JP2013014319A - 航空機軌跡に沿った気象学的モデリング - Google Patents

Abstract

【課題】航空機軌跡に対していくつかの気象データポイントを受け入れるように構成されている飛行管理システム（ｆｌｉｇｈｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ：ＦＭＳ）などのシステムに、航空機軌跡に関する近似気象データポイントを提供する方法を提供する。
【解決手段】航空機軌跡を受け取るステップ１２０と、受け取った軌跡に沿った気象予測データポイントを気象予測データベースから抽出して、気象予測データポイントのサブセットを形成するステップ１２４と、気象予測データポイントのサブセットの近似気象プロファイルを生成するステップ１２８と、近似気象データポイントをシステムに提供するステップ１３４と、をシステムに含める。
【選択図】図２

Description

本発明は、航空機軌跡に沿った気象学的モデリングに関する。

現代の航空機では、航空機の飛行中、到着予定時間や燃焼燃料を決定するために、航空機の飛行経路に沿ったウェイポイントでの気象データを考慮することが可能である。例えば、飛行管理システム（ｆｌｉｇｈｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ：ＦＭＳ）は、航空機が飛行している間に通信システムによって地上局からＦＭＳにアップロードされる、またはパイロットによって入力される風速や温度のデータを考慮することができる。利用可能な気象学的データの量は多く、かつ航空機の飛行経路に沿ってまたはその付近に複数のポイントを含むことができるが、この大量データをリアルタイムに使用するには実際上の制限が存在する。例えば、ＦＭＳは、気象データが入力されるデータポイントの数の点で制限される場合がある。通常、飛行経路データは、開始ポイント、終了ポイント、および恐らくは、１つまたは少数の航路上ウェイポイントとしてＦＭＳに提供される。データのそのような制限は、データに基づくＦＭＳ予測の精度を制限する可能性がある。別の実際上の制限は、航空機にデータを送信するコストが比較的高いことであり、現在送信は、航空機空地データ通信システム（Ａｉｒｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＡＣＡＲＳ）などの加入ベースの専用通信システムによる伝送によって行われている。

一実施形態において、ある航空機軌跡に関するいくつかの気象データポイントを受け入れるように構成されているシステムに、その航空機軌跡に関する近似気象プロファイルを提供する方法が、航空機軌跡を受け取るステップと、受け取った軌跡に沿った気象予測データポイントを気象予測データベースから抽出して、気象予測データポイントのサブセットを形成するステップと、気象予測データポイントのサブセットに制約されない近似データポイントの組を含み、気象予測データポイントのサブセットよりも少なく、かつシステムによって受け入れられる気象データポイントの数以下のデータポイントを有する、気象予測データポイントのサブセットの近似気象プロファイルを生成するステップと、近似気象データポイントをシステムに提供するステップとを含む。

航空機についての飛行経路を具現化するための航空機軌跡を概略的に示すグラフである。 本発明の一実施形態による方法の流れ図である。 図２の流れ図による方法の結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態による方法の結果を示すグラフである。

通常、航空機についての飛行経路は、上昇、巡航、および降下を含む。本発明を離陸から着陸までの完全な飛行経路の文脈で説明するが、独自の飛行経路に対する飛行中の更新を含む完全な飛行経路のすべて、またはいずれか一部にも適用可能である。これを説明するために、完全な飛行経路例を用いることにする。

最新の航空機は、飛行経路軌跡１０を生成し、飛行経路軌跡１０に沿って航空機を飛行させるための飛行管理システム（ｆｌｉｇｈｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ：ＦＭＳ）を備える。ＦＭＳは、コマンド、ウェイポイントデータ、およびそのすべてが航空オペレーションセンタから、またはパイロットから受信可能な気象データなどの追加情報に基づいて、航空機についての飛行経路軌跡１０を自動的に生成することが可能である。そのような情報は、通信リンクを使用して航空機に送信可能である。通信リンクは、パケット無線機および衛星アップリンクを含むが、それらに限定されない任意の様々な通信機構であってもよい。限定されない例としては、航空機空地データ通信システム（Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＡＣＡＲＳ）は、無線機または衛星によって航空機と地上局との間でメッセージを伝送するためのデジタルデータリンクシステムである。情報はまた、パイロットが入力することも可能である。

図１は、航空機軌跡１０の形態で、航空機についての飛行経路を概略的に示すグラフである。軌跡は、出発空港など、軌跡開始ポイント１２から始まり、到着空港など、軌跡終了ポイント１４で終了する。開始ポイント１２と終了ポイント１４との間の軌道は、上昇段階（ｐｈａｓｅ）１６、巡航段階１８、および降下段階２０を含み、それらはすべて、軌跡１０に含まれる。

通常、上昇段階、巡航段階、および降下段階は、データポイントとしてＦＭＳに入力される。これを説明するために、用語「データポイント」は、ウェイポイント、航路上ウェイポイント、および高度を含む任意のタイプのデータポイントを含むことが可能であり、具体的な地理上の場所に限定するものでない。例えば、データポイントは、単に高度であっても、または具体的な地理上の位置であってもよく、それを経緯度など、任意の座標系によって示すことが可能である。限定されない例として、データポイントが３−Ｄであっても、または４−Ｄであってもよい（航空軌跡１０の４次元記述は、航空機が、任意の所与の時間ポイントで３Ｄ空間のどこにいるかを規定する）。それぞれのデータポイントは、温度データ、および風向き有りまたは風向き無しの風データを含むことが可能な気象データなど、関連情報を含むことが可能である。

上昇段階１６では、上昇最高部２２の高度Ａに対応するデータポイントが入力可能であり、巡航段階１８では、航路上ウェイポイントＢが入力可能であり、降下段階２０では、様々な高度が入力可能である。通常、航空機は、離陸後、上昇最高部２２までは上昇段階１６を保ち、次いで、巡航段階１８の間、航路上ウェイポイントが降下最高部２４まで続き、次いで、降下段階２０を開始する。上昇段階１６および降下段階２０における高度Ａは、これらの段階の間、航空機が自身の軌跡１０をそのような高度に近づけているという意味でのウェイポイントである。航路上ウェイポイントＢは、航空機の軌跡１０に沿って地上航法援助装置（Ｎａｖａｉｄｓ）の位置に基づいて選択可能である。巡航段階１８の間、特には大陸横断飛行の場合、高度のいくらかの変更はあり得、航空機が、ジェット気流などの卓越風の利点を利用するために、またはその衝撃を最小限に抑えるためにその高位を変更して、燃料は燃焼するがより高い高度に上昇するか、あるいは乱気流を避けることが可能であることが理解できる。

疑似ウェイポイントＰはまた、軌跡１０に含まれてもよく、軌跡１０のパラメータに関連する何らかの目的のために作成された人為的な参照ポイントであり、地上航法援助装置に限定するものでない。それらの疑似ウェイポイントは、軌跡に関する確立されたデータポイントの設定前でも、または設定後でも規定可能である。疑似ウェイポイントは、例えば、経緯度によって、または進路に沿うウェイポイントなど、現在の軌跡に沿った特定の距離によって、様々な方法で規定可能である。

上空の風と温度などの気象データは、データポイントのいずれかに対して入力可能である。そのような気象データは、ＦＭＳの飛行予測を向上させる。気象データは、リアルタイムの気象データまたは予測気象データを含むことが可能な気象データベースから得ることができる。そのような気象データベースは、特定の気象関連の現象に関するデータ（例えば、とりわけ風速、風向き、温度）、視程に関するデータ（例えば、霧がかかっている、曇っているなど）、降水に関するデータ(雨、霰、雪、氷晶雨など)、および他の気象上の情報を含むことが可能である。確実に航空機が所望の軌跡に正確に従うことができるようにするためには、気温および風は軌跡計算において説明されなくてはならないので、気象データベースは、局所的な空域の３−Ｄのリアルタイムの温度および風のモデル、ならびに４−Ｄの予測データを含むことが可能である。気象データベースは、具体的な緯度、経度、および高度におけるそのようなリアルタイムの、または予測される気象データを記憶することが可能である。

通常、軌跡上の所望のデータポイントに対応する気象データベースから、あるデータポイントからの気象データを使用することが最も正確である一方、すべての緯度、経度、および高度をそのデータベースで明らかにすることは不可能であり、米国や欧州の陸地全体にわたるポイントに対する気象データ、例えば、２Ｋｍごとの気象データについてはより精密な解像度が存在し、大西洋全体にわたるポイントに対しては解像度の低下が存在し得る。

気象データベースのそれぞれのデータポイントが、必ずしも軌跡１０上に位置するとは限らない。気象データベースに軌跡上のデータポイントに対応するデータポイントがない場合、利用可能な気象データが、軌跡上に位置する気象データを得るために補間されてもよく、補間された気象データは、ＦＭＳに入力可能である。あるいは、軌跡上のデータポイントに対して最も近い気象データポイントからの気象データが、ＦＭＳに入力されてもよい。

航空機の軌跡近傍における気象プロファイルの近い表示により、ＦＭＳの予測がより正確になるので、正確な気象データを持つことが重要であり、それによって、結果的に航空機の燃料使用量および到着時刻の推定が改善されることになる。通常、気象プロファイルを作成するために使用されるより多くの気象データは、その気象データがより最新のものであるので、より正確な気象プロファイルをもたらすことになる。

しかし、通常、ＦＭＳは、気象データがそれについて入力可能および最終的に軌跡予測に使用可能な飛行軌跡上のデータポイントの数を制限するので、ＦＭＳ自体が、気象データベースからのすべての関連気象データを地上局からＦＭＳに提示する性能を制限する可能性がある。多くのＦＭＳでは、許可されるデータポイントの総数が１０未満である一方、気象データベースは、軌跡に対して数百もの関連データポイントを有することが可能である。したがって、ＦＭＳが受け取ることのできるデータポイントの数には制限があるので、正確な気象データを提供すること課題になり得る。

さらには、地上から航空機への通信リンクにも、航空機の飛行軌跡に関連する広範な気象データを送信するのに利用可能な帯域幅に制限がある場合があるので、気象データの適時性は制限される可能性があり、いずれにしても、大量のデジタルデータを航空機に伝えるには費用がかかる可能性がある。最新のシステムは、データ送信のための関連手数料が比較的高額な加入ベースである。限定されない例として、現在、ＡＣＡＲＳを経由して送信される１文字当たりまたは１バイト当たりでの課金がとられている。したがって、航空機に送られる気象データの量もまた、帯域幅および費用に基づいて妨げられる可能性がある。そのため、ＦＭＳへの最新気象データを伝える費用もまた、実際上の制限である。最新の気象データの不足は、飛行時間が増加するにつれて、より一層の問題になる。

ＦＭＳに入力可能なデータポイントに対する制限、航空機にリアルタイムにデータを送信する費用、および飛行計画に沿った実際の気象データの不足は、ＦＭＳに使用されている気象データの正確さ、および気象データのリアルタイムな更新に対して実際上の制限を加える。本発明は、気象データベースからのデータに基づいてＦＭＳに適している近似気象プロファイルを提供することによって、これらの実際上の制限と関連する気象データの正確さに対処するが、プロファイルは、気象データベースにおける実際の気象データに限定するものではない。近似気象プロファイルは、人為的なデータを含むことが可能であり、それにより、ＦＭＳによって使用される場合の気象プロファイルは、気象データベースからのほんの少数のデータポイントのみが使用される場合よりも、実際の気象データをより正確に示すことになる。

本発明の方法の実施形態は、気象データポイントの近似の組を計算し、ＦＭＳに送信する。近似気象データポイントは、近似気象データポイントから生成される気象プロファイルが、完全な気象データベースから生成される実際の気象プロファイルに厳密に適合するように選択可能であり、それは飛行計画の段階のうちの１つまたは複数向けであっても、または飛行計画の段階の一部向けであってもよい。そのような近似気象データポイントは、ＦＭＳに入力可能なデータポイントの数によって実際上、制限される。より正確な気象プロファイルを得るために、近似気象データポイントのうちの１つ、複数、もしくはすべてが、具体的な地理的位置に対して対応する実際の気象データと同じではない人為的に作成された気象データを気象データベースの中に含んでも、および／または近似気象データポイントのうちの１つ、複数、もしくはすべてが、飛行経路上に位置しなくてもよい。

本発明の実施形態により、図２は、航空機軌跡に関するそのような近似気象データポイントをＦＭＳに提供する方法１００を示している。示すステップの順番は、単に例示を目的とするものであり、ステップが別の論理的順序で進んでも、または追加のもしくは介在するステップが、本発明から逸れることなく含まれてもよいことが理解されるように、いかなる形でも方法１００を限定するとは意味するものでない。方法１００は、概して、気象データ収集（１０２）、近似気象データポイントおよび近似気象プロファイルの計算（１０４）、および近似気象データポイントの出力（１０６）を含む。そのような方法１００が地上のシステムで実施可能であること、および関連する出力が通信リンクによって航空のＦＭＳに送信可能であることが企図される。

方法１００は、予測される航空機軌跡を受け取るステップ（１２０）で始まる。これは開始および終了ポイント、ならびにウェイポイントを受け取るステップを含むことが可能であり、それらは軌跡を規定する。軌跡は、航空機上のＦＭＳが予測し、地上システムにダウンリンクすることも、または個別の地上ベースの軌跡予測システムが生成することも可能である。軌跡は４Ｄ（４次元−経度、緯度、高度、および時間）であっても、３Ｄの軌跡（時間を除く）であっても、または２Ｄの軌跡（経緯度のみ）であってもよいことが企図される。軌跡は処理され、軌跡に沿って様々なポイントが抽出される（１２２）。

次いで、気象予測データベースが、気象予測データポイントのサブセットを形成するために、軌跡に沿って抽出されたポイントについてクエリされる（１２４）。気象予測データは、使用される３Ｄまたは４Ｄの軌跡に対応する軌跡の領域では３Ｄまたは４Ｄの形式であるべきである。このように、気象予測データポイントを、気象予測データベースからの受け取った軌跡に沿って抽出して、気象予測データポイントのサブセットを形成することが可能である。そのような気象データポイントは、データポイントと関連する気象データポイントを含むことが可能である。気象データポイントは、ある気象データポイントがデータポイントからの所定の地理的距離の範囲内にある場合、データポイントと関連付け可能である。限定されない例として、具体的なデータポイントに対して抽出された気象データポイントは、データポイントの位置の２〜５Ｋｍの範囲内であることが可能である。気象予測データポイントは、風速、風向き、気温、湿度、および気圧のデータ要素のうちの少なくとも１つを含むことが可能である。

方法１００は、近似データポイントを計算し、近似データポイントから近似プロファイルを生成するステップ（１０４）が続き、それは、近似気象プロファイルを生成するための曲線適合ルーチンを含むことが可能である。近似気象プロファイルを生成するステップは、近似データポイントの独自の組を生成するステップ（１２６）と、近似データポイントの独自の組から近似プロファイルを生成するステップ （１２８）と、気象予測曲線と近似曲線との残差を決定するステップ（１３０）と、次いで、その残差が所定の閾値を満たすかどうかを決定するステップ（１３２）と、残差が所定の閾値を満たすまで、近似気象プロファイルの生成を繰り返すステップとを含むことが可能であることが企図される。

より具体的には、気象予測データポイントのサブセットから制約されない近似気象ポイントの組が決定可能である（１２６）。気象データの制限された組、または近似データポイントの組は、飛行のそれぞれの段階（上昇１６、巡航１８、および降下２０）について計算可能であること、および軌跡全体に対するポイントは、計算可能であること（１０４）、またはそれぞれの段階は、独立して計算可能であること（１０４）が企図される。近似気象データポイントは、軌跡上か、または軌跡から外れた実際の気象データポイントから補間可能である。任意の適切な補間法が使用されてもよい。

次いで、（１２６）で決定された近似データポイントの組を使用して、近似気象プロファイルを形成することが可能である（１２８）。近似気象プロファイルを生成するステップは、生成済みの近似データポイントから曲線を生成するステップを含むことが可能である。気象予測データポイントのサブセットと近似気象プロファイルとの残差の統計的量が決定される（１３０）。次いで、近似気象データポイントと関連気象プロファイルとが、気象予測データポイントのサブセットと近似気象プロファイルとの残差を制限する基準に適合するかどうかを決定するために、残差が所定の閾値を満たすかどうかが決定される（１３２）。残差量が閾値を下回る場合、方法は、継続することが可能である。残差量が閾値を上回る場合には、方法は、近似データポイントの新規独自の組を生成し（１２６）、残差が受け入れられるまで継続する。

基本的に、近似データポイントおよび近似プロファイルの計算中（１０４）、曲線適合関数は、（１２４）で生成された気象予測データポイントのサブセットと、（１２８）で生成された近似気象プロファイルとの残差を最小限にする気象値を数学的に求める。（１２４）で生成された気象予測データポイントのサブセットは、近似気象プロファイルを生成する（１２８）ために使用されるデータポイントよりもはるかに高い解像度を有することは理解されよう。軌跡全体に沿うデータは即座に曲線適合可能であるか、または曲線適合関数は、降下の最高部と着陸、２つのウェイポイント、または全体として上昇の最高部と降下の最高部など、任意の２つの固定した位置間に使用可能であることが企図される。最小２乗法ソルバまたは他の曲線適合技法が、２つの残差を最小限にするために使用可能であることが企図される。閾値は、実験的に決定可能であり、ユーザは、自身のニーズに適合する近似プロファイルに、所定の閾値をきめ細かく合わせてもよいことが企図される。例えば、短い飛行では、エラーが、長い飛行における時間ほどは広がらないので、より大きいエラーを有することが受け入れられる場合がある。

近似データポイントと近似プロファイルとの計算の間（１０４）、他の気象ベースまたは軌跡ベースのエラーパラメータ、例えば、残差と勾配、性能パラメータ、またはウェイポイント間の飛行のデルタタイムが、近似データポイントを決定するために使用可能になる。曲線適合に使用される残差だけでなく、他の終了基準が、近似データポイントと近似気象プロファイルを出力すべきかどうかを決定するために評価可能である。閾値はまた、性能測定基準またはユーザ規定のパラメータとしても規定可能になる。近似データポイントの新規独自の組の生成には、１つまたは複数の新規近似気象データポイントが含まれてもよいこと、および使用される近似データポイントの数は同じままであってもよいことが企図されている。

あるいは、新規独自の組は、以前に使用されたものに加えて、１つまたは複数の追加の近似気象データポイントを含むことが可能である。近似気象データポイントの追加は、ＦＭＳが受け入れることが可能なデータポイントの数に関連するユーザ規定の基準によって制限され得る。例えば、その後、曲線適合に使用される残差は、位置の新規の組を使用して再計算されることになり、処理は、残差量が閾値を下回るか、または追加のポイントのユーザ規定の最大数が満たされるかのいずれかまで繰り返される。

さらには、風および温度の両方など、複数の気象データ情報が望まれる場合、気象データポイントの計算（１０４）は、それぞれの気象パラメータごとの選択位置が同じである場合、それぞれの変数ごとに曲線適合処理を繰り返すことによる多変数解法について実施可能である。一実装形態においては、気象データの制限された組の計算（１０４）は、一反復ごとに２回、すなわち１回は風に対して、もう１回は温度に対して要求され得る。どちらの場合にも、方法は、それぞれの選択位置で気象データの値を求めることが可能である。風を温度と分けることによって、種々の位置がそれぞれのパラメータごとに選択可能であり、これが要求されない場合、それらの位置は、同時に計算可能になる。

近似データポイントの組または近似気象プロファイルが、処理され、ＦＭＳに出力可能である（１３４）。情報が、ユーザによって要求される形式に再フォーマット可能であること、およびそのような再フォーマットされた情報が出力可能である（１３４）ことが企図される。例えば、方法１００で使用される内部計算は、気象位置座標として、移動する距離を使用することが可能であるが、情報を受け取るＦＭＳは、具体的な緯度／経度の位置での気象入力を要求する場合がある。したがって、ＦＭＳに対して適切な形式で情報を出力するために、方法１００は、データ表示間に変換を含むことが可能であることが企図される。

出力は、ＦＭＳに出力される飛行のそれぞれの段階ごとに設定を含むことが可能である。近似気象プロファイルを生成するステップが、地上局において行われ、通信リンクによって航空機に搭載されたＦＭＳにワイヤレスで送信される（１３４）ことが企図される。近似気象プロファイルは、航空機が飛行している間または地上にある間、飛行機に送信可能であることが企図される。したがって、ＦＭＳに送信されるデータは、航空機の残りの飛行中、直面される気象を最良に示すことが可能な制限された気象上のデータを含むことが可能である。

また、軌跡気象プロファイルが、気象予測データポイントのサブセットから航空機軌跡に沿った気象予測について生成可能であることも企図される。軌跡気象プロファイルを生成するステップは、気象予測データポイントから気象予測曲線を生成するステップを含むことが可能である。これは、連続気象プロファイル曲線を形成するステップを含むことが可能である。気象プロファイル曲線の形成は、軌跡上に直接位置するポイントに、関連気象データポイントを補間するステップを含むことが可能である。任意の適切な曲線適合法が使用されてもよい。そのような場合、気象プロファイル曲線と近似曲線との残差が決定可能であり（１３０）、次いで、方法は、その残差が所定の閾値を満たすかどうかを決定するステップ（１３２）など、上述のステップを継続することが可能であることが理解できる。

図３は、本発明の方法の結果の例を示すグラフである。より具体的には、気象予測データポイントのサブセット２００を、軌跡、ならびに計算済みの近似データポイントの組２０２と、区分的に曲線適合を使用する結果的に生じた近似気象プロファイル２０４とに沿って示している。気象データの解像度は、気象予測データポイントのサブセット２００においては非常に高いので、ポイントが連続線を形成するように見えることが可能であることが理解できる。計算済みの近似データポイントの組２０２は、ポイント２１０、２１２、および２１４を含み、それらは、３つの近似データポイントにおける風速データを示す。図示のように、近似データポイント２０２は、気象予測データポイントのサブセット２００から外れて位置し、気象予測データポイントのサブセット２００から、最小残差を有する近似気象プロファイル２０４を提供するために方法１００によって選択されると同時に、データポイントの組がＦＭＳによって認められた所定の数以下の気象データポイントを含むということによって制約されるが、実際の気象データを含むことに関しては制約されない。気象データは、近似気象プロファイル２０４を生成するために、例えば、区分的に曲線適合を使用することによって、これらのポイント２１０、２１２、および２１４のそれぞれの間に補間可能である。近似気象プロファイル２０４は、ポイント２１０と２１２の間に第１の補間気象データセグメント２１６を含み、ポイント２１２と２１４の間に第２の補間気象データセグメント２１８を含む。

それぞれの補間セグメント２１６と２１８による近似気象プロファイル２０４の正確さについては何らかの問題があり得、したがって、本発明の方法は、ＦＭＳに送信される気象データ（１３４）が、可能な最小残差量を有することを確実にするために様々な修正形態を含むことが可能であることが企図される。図４は、限定されない例として、修正形態の一部をグラフに示しており、それは、気象予測データポイントの同じサブセット２００と比較したとき、残差が少ない近似気象プロファイル３０４を得るために使用可能である。

まず、ポイント３１０、３１２、および３１４を含む３つの代替近似気象データポイント３０２を示している。残差を減少させるために、軌跡１０の終了ポイントに対応する気象データポイント３１４は、その位置における気象予測データ、または真の気象として定められている。位置を特定する一方法は、上昇および降下の高度によるもの、および巡航の距離によるものである。それぞれの段階の終了ポイントにおける値を定めることにより、飛行の段階間のデータに不連続性が生じないという利点もまた、もたらされることが企図される。これは、飛行全体に沿う気象が段階によって最適化される場合は特に有用であり得、軌跡全体に沿う気象が即座に決定される場合には不必要になり得る。これは、段階を組み合わせることによって、結果的に生じる風プロファイルが、確実に区分的に連続的であるという理由からであり、終了ポイント値を定める理由はもはや存在しなくなる。

近似気象プロファイル３０４と、気象予測データポイントのサブセット２００との残差をさらに制限するためには、３１６、３１８、および３２０における追加の近似気象データポイントを含むように示している疑似ポイントが、独自の近似データポイントの組に追加可能である。本発明の方法は、疑似ポイントに補間気象予測データを与えるステップを含むことが可能であることもまた企図される。そのような補間気象データは、疑似ポイント周辺の気象予測データポイントから抽出可能である。あるいは、実際の気象予測データがそのような疑似ポイントについて使用可能であることが企図される。

実際には、疑似ウェイポイント３１６、３１８、および３２０を有する近似気象プロファイル３０４では、ポイント間の補間は、補間セグメント３２２、３２４、３２６、３２８、および３３０によるより短い距離について行われる。より小さい残差エラーは、追加の疑似ポイントによるより短い距離について補間することで達成可能であるため、そのような疑似ポイントを有する近似気象プロファイル３０４には、疑似ポイントを持たない近似気象プロファイルよりも一層の正確さがもたらされる可能性がある。

疑似ポイント位置は、いくつかの異なる方法を使用して選択可能である。簡単な選択肢は、組における任意の他のポイントから最小距離などの制約を受けやすい、最高残差値を有する位置を使用することになる。別の選択肢は、近似データポイントにおける２つの位置間で、最高平均残差または総残差を有するセグメントを見つけること、およびこのセグメントの中間ポイントを選択することである。位置はまた、完全な風プロファイルの勾配の変化率に基づいても選択可能になる。他の選択肢は、近似気象プロファイル対気象予測データポイントサブセットを使用して、性能量または第２の航空機の予測を計算し、最大差を有する疑似ポイント位置を選択することが可能になる。そのような比較に使用する対象の一般的なパラメータは、軌跡の特定のポイントにおける到着時刻、使用される燃料、段階によって移動する距離、対地速度、および所要のエンジン推力レベルのうちの少なくとも１つを含むことが可能である。さらには、特定の位置もしくは位置タイプの重み付けまたは優先順位付けなどの発見的規則が使用可能であることが企図される。

方法が、軌跡１０の任意の特定の段階、または全体として軌跡１０における気象登録の最大数または位置など、ユーザ制約を可能にすることも企図される。上述の方法はまた、ユーザ制約も考慮に入れることも可能であり、近似データポイントをユーザ制約の所与の組に最適化することになる。ＦＭＳに送信可能なデータポイントの最大数を規定するデータポイント閾値が設定可能であることが企図される。そのような閾値は、システム制限の閾値であっても、またはユーザ規定の閾値であってもよい。限定されない例として、ＦＭＳシステムは、５つの気象データポイントの所定のデータポイント閾値を有することが可能であり、したがって、データポイント閾値は、近似気象データポイントの量を制限するように、システムによって設定可能である。ユーザは、コスト上の理由で、ＦＭＳが受け入れることが可能なデータポイントの量よりも少なく制限を設定することが可能である。したがって、方法１００の間に、近似気象データポイントの数が所定のデータポイント閾値よりも大きいかどうかが決定可能である。所定の閾値を下回る残差を得ることを目指して、最大ポイント閾値を超えて規定されるいくつかの疑似ポイントが存在し得る。これは、巡航段階が比較的長い場合には特に真実であり得る。そのような場合、方法１００は、自動的に所定の閾値を増加させ、要素１２６〜１３２を再実行しても、または方法１００は、単純に疑似ポイント位置を選択して、残差エラーを最小限にしてもよい。こうして、疑似ポイントは、あまりに少ない近似データポイントによる補間によって近似気象プロファイルを作成することから生じるエラーを抑制する際に、最も大きな影響が存在するポイントにおいて挿入可能である。

上述の発明は、大規模な気象予測を処理し、ＦＭＳに提供すべき縮小されたデータを計算し、そのような縮小データは、航空機の軌跡近傍における気象プロファイルのより近い表示をもたらす。本発明は、多くのＦＭＳが、このデータを記憶するのに利用可能な限定されたメモリを有し、軌跡予測に使用するための限定された数の要素のみを受け取ることが可能であることを考慮する。近似データポイントは、気象予測データポイントのサブセットと、近似気象プロファイルとの残差を最小限にするように選択されると同時に、近似情報をＦＭＳに出力するように要求される通信要件を最小限にし、いずれのユーザ制約の範囲内にもとどまるように、近似データポイントの数を最小限にする。航空機の軌跡近傍における気象プロファイルのより近いそのような表示は、より正確なＦＭＳ予測をもたらし、それによって、航空機の燃料使用量および到着時刻の推定の改善がもたらされることになる。さらには、本発明は、実に少ない反復を含み、それぞれの反復は、自己完結型最適化ステップである。長い軌跡予測は、近似データポイントの計算には必要でなく、航空機軌跡は、システムへの入力として一度だけ計算されるに過ぎない。

本書は、最良のモードを含めて本発明を開示するために、また当業者が任意の装置またはシステムを製造し、使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含めて本発明を実施することを可能にするように例を使用している。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思い付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例は、それらの例が特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内であるものとする。

１０ 飛行経路軌跡
１２ 軌跡開始ポイント
１４ 軌跡終了ポイント
１６ 上昇段階
１８ 巡航段階
２０ 降下段階
２２ 上昇の最高部
２４ 降下の最高部
１００ 近似気象データポイントを提供する方法
１０２ 気象データ収集
１０４ 近似気象データポイントおよび近似気象プロファイルの計算
１０６ 近似気象データポイントの出力
１２０ 予測航空機軌跡を受け取るステップ
１２２ 軌跡が処理される
１２４ 気象予測データベースがクエリされる
１２６ 軌跡気象プロファイルが生成可能である
１２８ 近似データポイントの独自の組を生成するステップ
１３０ 近似データポイントの独自の組から近似プロファイルを生成するステップ
１３２ 気象予測曲線と近似曲線との残差を決定するステップ
１３４ 残差が所定の閾値を満たすかどうかを決定するステップ
１３６ 近似データポイントまたは近似気象プロファイルが処理され、ＦＭＳに出力可能である
２００ 生成された実際の軌跡気象プロファイル
２０２ 計算済みの近似データポイントの組
２０４ 近似気象プロファイル
２１０ ポイント（風速データ）
２１２ ポイント（風速データ）
２１４ ポイント（風速データ）
２１６ 第１の補間気象データセグメント
２１８ 第２の補間気象データセグメント
３０２ 近似気象データポイント
３０４ 近似気象プロファイル
３１０ ポイント
３１２ ポイント
３１４ ポイント
３１６ 追加の近似気象データポイント
３１８ 追加の近似気象データポイント
３２０ 追加の近似気象データポイント
３２２ 補間セグメント
３２４ 補間セグメント
３２６ 補間セグメント
３２８ 補間セグメント
３３０ 補間セグメント

Claims (10)

1. 航空機軌跡に関するいくつかの気象データポイントを受け入れるように構成されているシステムに、前記航空機軌跡に関する近似気象プロファイルを提供する方法であって、
   前記航空機軌跡を受け取るステップと、
   前記受け取った軌跡に沿った気象予測データポイントを気象予測データベースから抽出して、気象予測データポイントのサブセットを形成するステップと、
   気象予測データポイントの前記サブセットに制約されない近似データポイントの組を含み、気象予測データポイントの前記サブセットよりも少なく、かつ前記システムによって受け入れられる気象データポイントの数以下のデータポイントを有する、気象予測データポイントの前記サブセットの近似気象プロファイルを生成するステップと、
   近似データポイントの前記組を前記システムに提供するステップと
   を含む方法。
2. 近似気象プロファイルを生成する前記ステップが、
   ａ）近似データポイントの独自の組を生成するステップと、
   ｂ）近似データポイントの前記独自の組から近似曲線を生成するステップと、
   ｃ）気象予測データポイントの前記サブセットと前記近似曲線との残差を決定するステップと、
   ｄ）前記残差が所定の閾値を満たすまでａ〜ｄを繰り返すステップと
   を含む請求項１記載の方法。
3. 近似気象プロファイルを生成する前記ステップが、前記近似データポイントを生成するステップを含む請求項１または２記載の方法。
4. 前記生成済みの近似データポイントのうちの少なくとも１つが、気象予測データポイントの前記サブセットから離れている請求項３記載の方法。
5. 近似予測プロファイルを生成する前記ステップが、前記生成済みの近似データポイントから曲線を生成するステップを含む請求項３または４記載の方法。
6. 前記航空機軌跡が、複数の段階を含み、近似気象プロファイルは、前記段階のうちの少なくとも１つのために提供される請求項１乃至５記載の方法。
7. 前記システムが、前記航空機軌跡に関する所定の数の気象データポイントを受け入れるように構成された飛行管理システム（ＦＭＳ）である請求項１乃至６記載の方法。
8. 気象予測データポイントの前記サブセットから、前記航空機軌跡に沿った前記気象予測に対する軌跡気象プロファイルを生成するステップをさらに含む請求項１乃至７記載の方法。
9. 軌跡気象プロファイルを生成する前記ステップが、前記気象予測データポイントから気象予測曲線を生成するステップを含む請求項８記載の方法。
10. 近似気象プロファイルを生成する前記ステップが、
    ａ）近似データポイントの独自の組を生成するステップと、
    ｂ）近似データポイントの前記独自の組から近似曲線を生成するステップと、
    ｃ）前記気象予測と前記近似曲線との残差を決定するステップと、
    ｄ）前記残差が所定の閾値を満たすまでａ〜ｄを繰り返すステップと
    を含む請求項９記載の方法。