JP2017151839A - 飛行車両運航システム、飛行車両運航方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】安全性が高く、且つ、ユーザフレンドリな交通システムを提供する。【解決手段】飛行車両運航システム（１）が、飛行車両（２）と、飛行車両（２）の飛行を管制する管制システム（４）とを具備する。飛行車両（２）は、地上に設定された第１離着陸区間（２２）に飛行車両（２）が位置するときに自動運転に切り替え可能であるように構成される。飛行車両（２）が自動運転に切り替えられた後、管制システムは、飛行車両（２）が第１離着陸区間（２２）において離陸し、空中の特定の領域に設定された専用軌道である３次元道路（２３）を飛行し、地上に設定された第２離着陸区間（２２）において着陸するように飛行車両（２）を誘導する。飛行車両（２）が自動運転に切り替えられた後、第１離着陸区間（２２）からの離陸から第２離着陸区間（２２）への着陸までの動作は、管制システム（４）による制御の下、自動的に行われる。【選択図】図１

Description

本発明は、飛行車両運航システム及び飛行車両運航方法に関する。
近年、自動車に関する様々な先端技術の研究開発が活発になってきている。自動車に関する先端技術の一つの例は、自動車の自動運転システムである。自動運転システムは、ユーザの運転技術に依拠せずに自動車を運航させることを可能にし、ユーザフレンドリ性の向上のために有効である。自動運転システムについては、実証実験が行われており、運転の部分的な自動化（例えば、オートクルージング）については、既に実用化されている。
しかしながら、自動車が地上を走行するという特性により、自動運転システムによる完全な自動化においては、安全性の確保が課題となっている。例えば、地上を走行する場合には、人間によって運転される様々な車両（四輪車、自動二輪車、自転車等）や、歩行者等、変則的な動きをする障害物が存在し、また、道路状況や気象条件等により、センシングが困難な場合もある中、このような障害物を避けて安全性を確保することには技術的な困難性が存在している。
自動車に関する先端技術の他の例は、飛行車両（flying vehicle, flying car）である。本明細書でいう「飛行車両」は、有人機でも無人機でもよく、道路上の移動のための機構と、飛行するための機構とを備えた（ただし、道路上の移動のための機構と飛行するための機構の両方に共有される機器を備えていてもよい）機器であり、「空飛ぶ車」、「飛行自動車」等と称されることもある。飛行車両については、例えば、米国特許出願公報ＵＳ２０１５／０２４６７２０ Ａ１に開示されている。
しかしながら、有人の飛行物体の操縦には一般的に免許の取得が必要であるという法的な規制がある上、また、市街地等の障害物が多い地域では操縦者に高度な操縦技術が求められ、飛行車両は、ユーザフレンドリ性の点では課題がある。
なお、本発明に関係し得る技術としては、特開２０１４−２１０５７５号公報が、自動飛行及び自動着陸の機能を行う自動飛行システムを開示している。
米国特許出願公開ＵＳ２０１５／０２４６７２０ Ａ１ 特開２０１４−２１０５７５号公報
したがって、本発明の目的の一つは、安全性が高く、且つ、ユーザフレンドリな交通システムを提供することにある。本発明の他の目的及び新規の特徴は、下記の開示から当業者には理解されるであろう。
以下では、［発明を実施するための形態］において使用される番号・符号を付記しながら、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。
本発明の一の観点では、飛行車両運航システム（１）が、飛行車両（２）と、飛行車両（２）の飛行を管制する管制システム（４）とを具備する。飛行車両（２）は、地上に設定された第１離着陸区間（２２）に飛行車両（２）が位置するときに自動運転に切り替え可能であるように構成される。ここでいう「地上に設定された」とは、地上に設置された構造体（より厳密には、土地に定着する工作物）に設定されることも含む意味であることに留意されたい。飛行車両（２）が自動運転に切り替えられた後、管制システムは、飛行車両（２）が第１離着陸区間（２２）において離陸し、空中の特定の領域に設定された専用軌道である３次元道路（２３）を飛行し、地上に管制システム（４）により設定された第２離着陸区間（２２）において着陸するように飛行車両（２）を誘導する。飛行車両（２）が自動運転に切り替えられた後、第１離着陸区間（２２）からの離陸から第２離着陸区間（２２）への着陸までの動作は、管制システム（４）による制御の下、自動的に行われる。
好適な一実施形態では、飛行車両（２）は、人工衛星（５）から測位情報を受け取り、受け取った測位情報に基づいて、飛行車両（２）の３次元位置を特定し、該３次元位置を示す位置情報（１２）を管制システム（４）に送信するように構成されており、管制システム（４）は、飛行車両（２）の３次元道路（２３）の飛行において、位置情報（１２）に基づいて飛行車両（２）を誘導する。
また、飛行車両（２）が、人工衛星（５）から測位情報（１１）を受け取り、受け取った測位情報（１１）に基づいて、飛行車両（２）の３次元位置を特定し、３次元位置を示す位置情報（１２）を管制システム（４）に送信するように構成されている場合、飛行車両（２）は、飛行車両（２）に目的地が設定されると目的地を示す目的地情報（１９）を管制システム（４）に送信し、管制システム（４）は、飛行車両（２）の位置情報（１２）と目的地情報（１９）に基づいて、飛行車両（２）が飛行する３次元道路（２３）を選択することが好ましい。
このとき、管制システム（４）は、飛行車両（２）の位置情報（１２）と目的地情報（１９）に基づいて、地上に設定された複数の離着陸区間（２２）のうちから飛行車両（２）が離陸すべき第１離着陸区間（２２）を選択し、選択した第１離着陸区間（２２）及び選択した３次元道路（２３）を含む飛行計画案（２０ａ）を飛行車両（２）に送信し、飛行車両（２）は、飛行計画案（２０ａ）を表示装置（３２ａ）で表示し、飛行計画案（２０ａ）が表示される表示装置（３２ａ）の表示画面には、飛行車両（２）を離陸する第１離着陸区間（２２）が示されていることが好ましい。
本発明の他の観点では、管制システム（４）を具備する飛行車両運航システム（１）によって飛行車両（２）を運航する飛行車両運航方法が提供される。当該飛行車両運航方法は、地上に設定された第１離着陸区間（２２）に飛行車両（２）が位置するときに飛行車両（２）を自動運転に切り替えるステップと、飛行車両（２）が自動運転に切り替えられた後、飛行車両（２）が第１離着陸区間（２２）において離陸し、空中の特定の領域に設定された専用軌道である３次元道路（２３）を飛行し、地上に設定された第２離着陸区間（２２）において着陸するように飛行車両（２）を誘導するステップとを具備する。飛行車両（２）が自動運転に切り替えられた後、第１離着陸区間（２２）からの離陸から第２離着陸区間（２２）への着陸までの動作は、管制システム（４）による制御の下、自動的に行われる。
本発明によれば、安全性が高く、且つ、ユーザフレンドリな交通システムが提供される。
本発明の一実施形態における飛行車両運航システムの構成を示す概念図である。 本実施形態における飛行車両運航システムの構成を示すブロック図である。 本実施形態における飛行車両の運航の手順の例を示すフローチャートである。 本実施形態における飛行車両の運航の手順の例を示すフローチャートである。 飛行車両の飛行を許可するか否かの判断における飛行車両と管制システムとの間の情報の交換を示す概念図である。 飛行計画案の作成と搭乗者への提示における、飛行車両２と管制システム４との間の情報の交換を示す概念図である。 飛行車両の飛行中における、飛行車両と管制システムとの間の情報の交換を示す概念図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の飛行車両運航システムの実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態における飛行車両運航システム１の構成を示す概念図である。本実施形態の飛行車両運航システム１は、飛行車両２を運航するためのものであり、地上に設置された地上基準局３と、管制システム４とを備えている。
飛行車両２は、有人機でも無人機でもよく、道路上の移動のための機構と、飛行するための機構とを備えている。なお、道路上の移動のための機構と飛行するための機構とは完全に分離されていなくてもよく、これらの機構の両方に共有される機器を備えていてもよい。飛行車両２は、当該飛行車両２の運航のための情報や指令を、地上基準局３を通じて管制システム４から受信し、また、管制システム４が飛行車両２を管制するために必要な情報を、地上基準局３を介して管制システム４に送信する。
飛行車両２の管制のためには、飛行車両２の３次元位置を精密に特定することが望ましく、本実施形態では、飛行車両２の３次元位置の特定のために、飛行車両２が複数の人工衛星５から測位情報１１を受信し、その測位情報を用いて自身の３次元位置を特定するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）技術が用いられる。人工衛星５としては、例えば、ＧＰＳ（global positioning system）衛星や準天頂衛星が用いられ得る。飛行車両２は、自身の３次元位置を示す位置情報１２を、地上基準局３を介して管制システム４に送信する。
地上基準局３は、飛行車両２の運航に必要な通信を飛行車両２との間で行う。加えて、本実施形態では、地上基準局３は、測位補強情報１３を飛行車両２に送信する。飛行車両２は、受け取った測位補強情報１３を用いて自身の３次元位置の特定の精度を向上させる演算を行う。飛行車両２の３次元位置の精度の向上のためには、ＶＲＳ（virtual reference station）−ＧＰＳ技術や、シュードライト技術を用いてもよい。
管制システム４は、飛行車両２の運航の管制を行うためのハードウェア装置（コンピュータシステム）である。管制システム４は、飛行車両２から受け取った位置情報１２に基づいて飛行車両２の管制を行う。より具体的には、例えば、管制システム４は、飛行経路指令１４及び飛行誘導指令１５を、地上基準局３を介して飛行車両２に送信する。ここで、飛行経路指令１４は、飛行車両２の飛行経路を指示する指令であり、飛行誘導指令１５は、飛行車両２の飛行速度を指示する指令である。
本実施形態の飛行車両運航システム１における飛行車両２の運航の概略は、下記のとおりである。飛行車両２は、地上に設定された離着陸区間２２から離着陸する。なお、「地上に設定された」とは、地上に設置された構造物（より厳密には、土地に定着する工作物）、例えば、道路、建築物、構築物等に設定されることも含む意味であることに留意されたい。離着陸区間２２は、例えば、自動車専用道路２１に設定され得る。また、離着陸区間２２は、地上に設置された他の建築物や構築物（例えば、工場、ビル、交通施設等）に設定されてもよい。図１には、一の離着陸区間２２しか図示されていないが、実際には、複数の離着陸区間２２があると理解されるべきである。また、本明細書において、「離着陸区間」という名称は、離陸と着陸の両方に用いられることを意味するのではなく、離陸と着陸のうちの少なくとも一方に用いられる区間を意味していることに留意されたい。飛行車両２の搭乗者は、自らの運転により、又は自動運転によって飛行車両２を離着陸区間２２に移動させる。飛行車両２が離着陸区間２２に移動した後、自動運転の状態でない場合には飛行車両２が自動運転に切り替えられ、飛行車両２が管制システム４による制御の下で離陸する。
飛行車両２が離陸した後、飛行車両２は、管制システム４による制御の下、自動誘導飛行（automatic guided flight）によって目的地の近くに位置する離着陸区間２２まで飛行する。離陸した後で飛行車両２が飛行する経路は、３次元道路２３に限定される。ここで、３次元道路２３とは、空中に設定された、飛行車両２が飛行を許可される特定の領域の専用軌道である。一実施形態では、３次元道路２３は、自動車専用道路２１の上空に設定される。なお、３次元道路２３の設定は、自動車専用道路２１の上空に限定されるものではなく、他の建築物や構築物の上空、海上、トンネル内などでもよい。３次元道路２３は、用途によって使い分けてもよく、図１には、一般的に使用可能な３次元道路２３である一般線が、符号２３ａで示されており、貨物の輸送（即ち、物流）に用いられる３次元道路２３である物流線が、符号２３ｂで示されている。飛行車両２の飛行経路、即ち、飛行車両２が飛行する３次元道路２３は、飛行車両２の目的地に基づいて管制システム４によって自動的に選択される。３次元道路２３の選択は、交通状況、気象状況、及び飛行車両２の計測機器群によって取得された計測機器情報等に基づいて最適化される。管制システム４は、飛行車両２が所望の３次元道路２３を所望の速度で飛行するように飛行経路指令１４及び飛行誘導指令１５を、地上基準局３を介して飛行車両２に送信する。
自動誘導飛行によって目的地の近くの離着陸区間２２まで飛行した後、飛行車両２は、当該離着陸区間２２に自動的に着陸する。飛行車両２の着陸の後、搭乗者は、自らの運転により、又は、自動運転によって着陸した離着陸区間２２から目的地まで飛行車両２を走行させる。
このような手順での飛行車両２の運航は、安全性とユーザフレンドリ性との両方の観点で有利である。本実施形態の飛行車両運航システム１では、飛行車両２の離着陸及び飛行が特定の領域（離着陸区間２２及び３次元道路２３）に制限される。したがって、離着陸区間２２及び３次元道路２３への他の車両（例えば、人によって運転される車両）や飛行体（例えば、ドローンのようなＵＡＶ（unmanned aero vehicle））の進入を制限することで、安全性を向上させることができる。その一方で、本実施形態の飛行車両運航システム１では、管制システム４による制御の下で飛行車両２が自動的に飛行するので、ユーザは、操縦免許の取得や操縦技術の習得が不要であり、ユーザフレンドリ性を向上させることができる。
以下では、飛行車両運航システム１の構成及び動作の詳細について説明する。
図２は、飛行車両運航システム１の構成、特に、飛行車両運航システム１に含まれる各装置の構成の一例を示すブロック図である。飛行車両２は、コントロール部３１、ユーザーインターフェース部３２と、アンテナ装置３３と、自動飛行システム３４とを備えている。
コントロール部３１は、推進装置３１ａと、制御機器３１ｂと、計測機器群３１ｃとを備えている。推進装置３１ａは、飛行車両２の推力を発生する装置であり、制御機器３１ｂは、飛行車両２の飛行方向の制御（操舵）を行う装置である。計測機器群３１ｃは、飛行車両２に含まれる様々な機器（例えば、推進装置３１ａ及び制御機器３１ｂ）の状態や、燃料タンクに残存する燃料残量を計測する。後述されるように、計測機器群３１ｃによって得られた情報は、自動飛行システム３４及び管制システム４に送られ、飛行車両２の制御及び管制に用いられる。
ユーザーインターフェース部３２は、飛行車両２に搭乗する搭乗者とのマン−マシンインターフェースとして動作する。ユーザーインターフェース部３２は、表示装置３２ａと入力装置３２ｂと生体診断装置３２ｃとを備えている。表示装置３２ａは、飛行車両２に搭乗する搭乗者に様々な情報を表示する。表示装置３２ａによって表示される情報は、自動飛行システム３４によって生成される。入力装置３２ｂは、搭乗者によって操作され、搭乗者による入力を受け取る。生体診断装置３２ｃは、飛行車両２に搭乗する搭乗者の生理的データの取得による健康状態の診断や生体情報の取得による生体認証を行う。生体診断装置３２ｃによる診断及び生体認証の結果は、自動飛行システム３４に送信され、更に、地上基準局３を介して管制システム４に送信される。
アンテナ装置３３は、地上基準局３との通信及び人工衛星５からの測位情報１１の受信に用いられる。
自動飛行システム３４は、受信機３４ａ、３４ｂと、慣性航法装置３４ｃと、３次元位置演算装置３４ｄと、飛行誘導システム３４ｅとを備えている。受信機３４ａは、人工衛星５から測位情報１１を受信し、受信機３４ｂは、地上基準局３から測位補強情報１３を受信する。慣性航法装置３４ｃは、それに搭載された慣性計測装置によって自らの位置や速度を算出する。３次元位置演算装置３４ｄは、人工衛星５から受信した測位情報１１と、地上基準局３から受信した測位補強情報１３と、慣性航法装置３４ｃの出力情報から、飛行車両２の３次元位置を特定し、飛行車両２の現在の３次元位置を示す位置情報１２を生成する。生成した位置情報１２は、地上基準局３を介して管制システム４に送信される。飛行誘導システム３４ｅは、飛行車両２の自動飛行を実現するための様々な演算や制御を行う。例えば、飛行誘導システム３４ｅは、３次元位置演算装置３４ｄによって得られた飛行車両２の位置情報１２、管制システム４から送られてくる飛行経路指令１４及び飛行誘導指令１５に応答して、飛行車両２が所望の飛行経路で飛行するように推進装置３１ａ及び制御機器３１ｂを制御する。
管制システム４は、登録記録データベース４１と、リアルタイム情報データベース４２と、飛行管制演算装置４３とを備えている。
登録記録データベース４１には、飛行が許可されている飛行車両２が登録されている。登録記録データベース４１には、例えば、飛行が許可されている飛行車両２のそれぞれについて、飛行車両２を識別する車両識別情報（車両ＩＤ）、飛行車両２の搭乗者を示す個人識別情報、飛行車両２の性能を示す車両性能情報、及び、飛行車両２の飛行記録（飛行車両２が過去に飛行した記録）が登録されてもよい。
リアルタイム情報データベース４２には、当該管制システム４の管制エリア（当該管制システム４が飛行車両２の管制を行う地域）の状況を示す様々なデータが蓄積される。リアルタイム情報データベース４２には、例えば、管制エリアにおける交通の状況を示す交通情報、管制エリアの気象を示す気象情報、管制エリアに存在する障害物に関する情報である障害物情報、及び、管制エリアに存在する建造物に関する情報であるインフラ情報が蓄積されていてもよい。リアルタイム情報データベース４２に蓄積される情報（例えば、交通情報、気象情報、障害物情報及びインフラ情報）は、適宜の時間間隔で当該飛行車両運航システム１の外部のシステムから取得されてもよい。
飛行管制演算装置４３は、飛行車両２の管制を行うための様々な演算を行う。飛行車両２の管制には、例えば、飛行車両２から送信されてくる位置情報１２、計測機器情報１７、生体診断情報１８、及び、登録記録データベース４１、リアルタイム情報データベース４２に蓄積されている情報が用いられる。
続いて、本実施形態の飛行車両運航システム１における飛行車両２の運航について説明する。図３Ａ、図３Ｂは、本実施形態における飛行車両２の運航の手順の例を示すフローチャートである。
図３Ａに示されているように、本実施形態の飛行車両運航システム１においては、飛行車両２及び搭乗者の個人識別情報を事前に登録することが求められる（ステップＳ０１）。ステップＳ０１では、例えば、飛行車両２の車両識別情報、飛行車両２の搭乗者を示す個人識別情報及び飛行車両２の性能を示す車両性能情報が登録記録データベース４１に登録される。
本実施形態の飛行車両運航システム１においては、飛行車両２の離陸は離着陸区間２２でのみ認められるので、搭乗者は、自らの運転により、又は、自動運転により飛行車両２を離着陸区間２２まで移動させる（ステップＳ０２）。飛行車両２は、離着陸区間２２に到着するまでの間は、地上の道路を走行する。飛行車両２は、例えば、一般の自動車が走行できる一般道路を離着陸区間２２に到達するまで走行してもよい。搭乗者は、更に、飛行車両２のユーザーインターフェース部３２の入力装置３２ｂに目的地を入力して目的地を設定する（ステップＳ０３）。
飛行車両２が離着陸区間２２に進入すると（ステップＳ０４）、飛行車両２の飛行を希望する搭乗者は、入力装置３２ｂに所定の操作を行って飛行許可要求を発する（ステップＳ０５）。飛行許可要求は、地上基準局３を介して管制システム４に送信される。
飛行許可要求が管制システム４に送られると、飛行車両２の飛行を許可するか否かの判断が行われる（ステップＳ０６〜Ｓ０８）。図４は、飛行車両２の飛行を許可するか否かの判断における飛行車両２と管制システム４との間の情報の交換を示す概念図である。
まず、飛行の許可が求められた飛行車両２が登録されているかの確認が行われる（ステップＳ０６）。一実施形態では、飛行車両２を識別する車両識別情報１６が飛行車両２から地上基準局３を介して管制システム４に送信され、管制システム４に送信された車両識別情報１６が、登録記録データベース４１に登録された車両識別情報と照合される。これにより、当該飛行車両２が登録されているかが判断される。
飛行車両２の登録の確認と共に、飛行車両２に搭乗している搭乗者の確認を行ってもよい。この場合、登録記録データベース４１に個人識別情報が予め登録される。ユーザの確認においては、飛行車両２に搭乗している搭乗者の個人識別情報が飛行車両２から地上基準局３を介して管制システム４に送信され、管制システム４に送信された個人識別情報が、登録記録データベース４１に登録された個人識別情報と照合される。個人識別情報としては、生体認証を行うための生体情報を用いてもよい。この場合、登録記録データベース４１に登録される個人識別情報として搭乗者の生体情報が登録される。搭乗者の確認においては、生体診断装置３２ｃによって搭乗者の生体情報が取得され、飛行車両２に搭乗している搭乗者の生体情報が飛行車両２から地上基準局３を介して管制システム４に送信される。管制システム４に送信された生体情報と登録記録データベース４１に登録された生体情報とを用いて生体認証が行われ、これにより、飛行車両２に搭乗している搭乗者の確認が行われる。ただし、飛行車両２が搭乗者のいない無人機である場合は、搭乗者の確認は不要である。
飛行車両２が登録されていない場合、飛行車両２の飛行は許可されず、飛行車両２は、地上にある状態が維持されることになる（ステップＳ０６：ＮＧ）。また、飛行車両２に搭乗している搭乗者の確認が行われるときには、該搭乗者が登録されていない場合にも飛行車両２の飛行は許可されない。飛行車両２の飛行が許可されない場合、飛行の不許可が飛行車両２に通知され、飛行車両２の表示装置３２ａに表示される。
加えて、飛行車両２の自動点検、及び、搭乗者の生体自動診断が行われる（ステップＳ０７）。これは、飛行車両２の状態及び飛行車両２に搭乗している搭乗者の状態が、飛行に耐えられるか否かを判断するためである。一実施形態では、飛行車両２の計測機器群３１ｃにより飛行車両２の各機器（例えば、推進装置３１ａ、制御機器３１ｂ）の状態や燃料タンクの燃料残量が計測され、計測機器情報１７が生成される。計測機器情報１７が地上基準局３を介して管制システム４に送られ、管制システム４の飛行管制演算装置４３は、計測機器情報１７に基づいて飛行車両２の自動点検を行う。飛行車両２の自動飛行システム３４が計測機器群３１ｃにより取得された計測機器情報１７に基づいて飛行車両２の自動点検を行い、その自動点検の結果を管制システム４に通知してもよい。加えて、飛行車両２の生体診断装置３２ｃによって飛行車両２に搭乗するユーザの生理的データが取得され、更に、該生理的データに基づいて搭乗者の健康状態の診断が行われる。この診断結果を示す生体診断情報１８が、地上基準局３を介して管制システム４に送信される。
計測機器情報１７及び生体診断情報１８から飛行車両２の状態及び飛行車両２に搭乗している搭乗者の状態が、飛行に耐えられる状態でないと判断される場合、飛行車両２の飛行は許可されず、飛行車両２は、搭乗者によって運転される状態が維持されることになる（ステップＳ０６、Ｓ０７：ＮＧ）。飛行車両２の飛行が許可されない場合、飛行の不許可が飛行車両２に通知され、飛行車両２の表示装置３２ａに表示される。
飛行車両２の状態及び飛行車両２に搭乗している搭乗者の状態が飛行に耐えられると判断される場合、更に、飛行車両２に設定された目的地に応じた飛行計画案２０ａが、管制システム４の飛行管制演算装置４３によって作成される（ステップＳ０８）。飛行計画案は、例えば、飛行車両２の飛行経路の案や飛行経路の各位置の予定通過時刻を含んでいてもよい。飛行計画案は、飛行車両２の表示装置３２ａにより飛行車両２に搭乗する搭乗者に提示される（ステップＳ０９）。
図５は、飛行計画案の作成と搭乗者への提示における、飛行車両２と管制システム４との間の情報の交換を示す概念図である。この飛行計画案（図５では、符号２０ａで示されている）の作成においては、飛行車両２の位置情報１２と目的地情報１９とが管制システム４に送信される。上述のように、飛行車両２の位置情報１２は、人工衛星５から受信した測位情報１１と地上基準局３から受信した測位補強情報１３と慣性航法装置３４ｃの出力情報から特定された飛行車両２の現在の３次元位置を示す情報である。管制システム４の飛行管制演算装置４３は、受け取った位置情報１２と目的地情報１９とから飛行計画案２０ａを作成する。詳細には、目的地情報１９に基づいて着陸すべき離着陸区間２２が選択され、更に、その離着陸区間２２までの経路、即ち、着陸すべき離着陸区間２２に到達するまでに通るべき３次元道路２３が選択される。
この飛行計画案２０ａの作成においては、リアルタイム情報データベース４２に蓄積されている情報、例えば、交通情報、気象情報、障害物情報、インフラ情報が参照される。一実施形態では、着陸すべき離着陸区間２２及び着陸すべき離着陸区間２２に到達するまでに通るべき３次元道路２３が、リアルタイム情報データベース４２に蓄積されている交通情報、気象情報、障害物情報及びインフラ情報に基づいて選択される。例えば、交通情報に基づいて、混雑していない離着陸区間２２が着陸すべき離着陸区間２２として選択されてもよく、また、気象情報に基づき、天候が不良である離着陸区間２２以外の離着陸区間２２が着陸すべき離着陸区間２２として選択されてもよい。また、交通情報に基づいて、混雑していない３次元道路２３が着陸すべき離着陸区間２２までの経路として選択されてもよく、天候が不良である３次元道路２３以外の３次元道路２３が着陸すべき離着陸区間２２までの経路として選択されてもよい。また、障害物情報に基づき、障害物が存在しない３次元道路２３が着陸すべき離着陸区間２２までの経路として選択されてもよい。更に、人工衛星５、地上基準局３、離着陸区間２２の状態を示すインフラ情報に基づき、健全なインフラが確保されている３次元道路２３が着陸すべき離発着区間２２までの経路として選択されてもよい。
また、飛行計画案２０ａの作成においては、飛行車両２から計測機器情報１７が参照されてもよい。例えば、計測機器情報１７に示されている燃料残量が飛行計画案２０ａの作成の際に考慮されてもよい。
ここで、リアルタイム情報データベース４２に蓄積されている情報（例えば、交通情報、気象情報、障害物情報、インフラ情報）や計測機器情報１７から適切な飛行計画案２０ａの作成ができないと判断された場合には、飛行車両２の飛行は許可されない。飛行車両２の飛行が許可されない場合（ステップＳ０８：ＮＧ）、飛行の不許可が飛行車両２に通知され、飛行車両２の表示装置３２ａに表示される。この場合、飛行車両２は、地上にある状態が維持されることになる。
飛行計画案２０ａが作成されると、作成された飛行計画案２０ａが地上基準局３を介して飛行車両２に送信される。飛行計画案２０ａは、飛行車両２の表示装置３２ａに表示される。表示装置３２ａには、飛行計画案２０ａの承諾、不承諾を選択するプロンプトが表示され、搭乗者は、入力装置３２ｂを操作して飛行計画案２０ａの承諾、不承諾を選択する。搭乗者が飛行計画案２０ａを承諾すると、計画承認２０ｂが生成され、計画承認２０ｂが飛行車両２から地上基準局３を介して管制システム４に送信される。複数の飛行計画案２０ａが作成されてもよく、この場合、搭乗者は、作成された複数の飛行計画案２０ａのうち所望の飛行計画案を承諾してもよい。
図３Ａに図示されているように、飛行計画案２０ａが承諾されると（即ち、計画承認２０ｂが管制システム４に送信されると）、飛行車両２の自動運転が開始される（ステップＳ１０）。飛行車両２は、管制システム４による制御の下、離着陸区間２２を自動運転で走行する。
飛行車両２の自動運転が開始された後、飛行車両２は、管制システム４による制御の下、離着陸区間２２の所望の位置から自動的に離陸する（ステップＳ１１）。離着陸区間２２から離陸した後、管制システム４は、飛行車両２を３次元道路２３に誘導し、図３Ｂに図示されるように、３次元道路２３における飛行車両２の自動誘導飛行（automatic guided flight）が開始される（ステップＳ１２）。
図６は、飛行車両２の飛行中における、飛行車両２と管制システム４との間の情報の交換を示す概念図である。
飛行車両２の飛行中においては、飛行車両２の位置情報１２が、地上基準局３を介して管制システム４に逐次に送信される。上述のように、飛行車両２の位置情報１２は、人工衛星５から受信した測位情報１１と地上基準局３から受信した測位補強情報１３と慣性航法装置３４ｃの出力情報から特定された飛行車両２の現在の３次元位置を示す情報である。
管制システム４は、飛行車両２から受け取った位置情報１２に基づき、承諾された飛行計画案２０ａに示された経路上の３次元道路２３を飛行車両２が飛行するように飛行車両２を誘導する。飛行車両２の誘導は、飛行経路指令１４及び飛行誘導指令１５を飛行車両２に送信することによって行われる。上述のように、飛行経路指令１４は、飛行車両２の飛行経路を指示する指令であり、飛行誘導指令１５は、飛行車両２の飛行速度を指示する指令である。飛行車両２の飛行誘導システム３４ｅは、飛行車両２の位置情報１２、管制システム４から送られてくる飛行経路指令１４及び飛行誘導指令１５に応答して、飛行車両２が所望の経路で飛行するように推進装置３１ａ及び制御機器３１ｂを制御する。
飛行車両２の飛行中においても、飛行車両２の自動点検、及び、搭乗者の生体自動診断が行われてもよい（ステップＳ１３）。一実施形態では、飛行車両２の計測機器群３１ｃにより飛行車両２の各機器（例えば、推進装置３１ａ、制御機器３１ｂ）の状態や燃料タンクの燃料残量が計測され、計測機器情報１７が生成される。計測機器情報１７が地上基準局３を介して管制システム４に送られ、管制システム４の飛行管制演算装置４３は、計測機器情報１７に基づいて飛行車両２の自動点検を行う。飛行車両２の自動飛行システム３４が計測機器群３１ｃにより取得された計測機器情報１７に基づいて飛行車両２の自動点検を行い、その自動点検の結果を管制システム４に通知してもよい。加えて、飛行車両２の生体診断装置３２ｃによって飛行車両２に搭乗する搭乗者の生理的データが取得され、更に、該生理的データに基づいて搭乗者の健康状態の診断が行われる。この診断結果を示す生体診断情報１８が、地上基準局３を介して管制システム４に送信される。
飛行車両２の自動点検、及び、搭乗者の生体自動診断の結果、飛行経路の変更が必要であると判断される場合、飛行経路の再設定が行われる（ステップＳ１５）。例えば、飛行車両２の自動点検の結果、飛行車両２が飛行計画案２０ａに示された飛行に耐えられないと判断された場合、管制システム４の飛行管制演算装置４３により飛行経路の再設定が行われる。また、搭乗者の生体自動診断の結果、搭乗者が飛行計画案２０ａに示された飛行に耐えられないと判断された場合、飛行経路の再設定が行われる。
また、飛行車両２の飛行中においては、飛行経路の３次元道路２３の気象状況や交通状況が確認されてもよい（ステップＳ１４）。具体的には、リアルタイム情報データベース４２に蓄積されている気象情報や交通情報のうち、飛行経路の３次元道路２３における気象状況や交通状況を示す気象情報及び交通情報が、管制システム４の飛行管制演算装置４３によって照会される。照会された気象情報及び交通情報に基づいて、飛行計画案２０ａに示された飛行経路が気象状況や交通状況の観点から適切でない場合、飛行経路の変更が必要であると判断され、飛行経路の再設定が行われる（ステップＳ１５）。
飛行経路の変更が必要ないと判断された場合には、そのまま、着陸すべき離着陸区間２２に到達するまで飛行車両２の自動誘導飛行が行われる。
飛行車両２の自動点検、搭乗者の生体自動診断、気象情報、交通情報、障害物情報及びインフラ情報の照会の結果、飛行経路を変更すべきと判断される場合、飛行経路の再設定が行われる（ステップＳ１５）。飛行経路の再設定は、最新の位置情報１２、気象情報、交通情報、障害物情報及びインフラ情報に基づいて行われる。
飛行経路の再設定が行われると、再設定された飛行経路を含む新たな飛行計画案２０ａが飛行車両２の表示装置３２ａに表示される。表示装置３２ａには、飛行計画案２０ａの承諾、不承諾を選択するプロンプトが表示され、搭乗者は、入力装置３２ｂを操作して新たな飛行計画案２０ａの承諾、不承諾を選択する。搭乗者が新たな飛行計画案２０ａを承諾すると、以後、新たな飛行計画案２０ａに沿って自動誘導飛行が行われる。
ただし、安全性の観点から必要がある場合、例えば、飛行車両２及び／又は搭乗者が飛行に耐えられないと判断される場合には、近くの離着陸区間２２に着陸するように強制的に飛行経路の再設定が行われる。新たな飛行計画案２０ａを承諾しない場合も、近くの離着陸区間２２に飛行車両２が着陸するように飛行経路が再設定される。
着陸すべき離着陸区間２２に到達すると、飛行車両２の自動着陸が行われ（ステップＳ１６）、更に、飛行車両２は、離着陸区間２２での自動運転走行モードに移行する（ステップＳ１７）。
その後、飛行による飛行車両２及び搭乗者への影響を把握するために、飛行車両２の自動点検及び搭乗者の生体自動診断が行われる（ステップＳ１８）。一実施形態では、飛行車両２の計測機器群３１ｃにより飛行車両２の各機器（例えば、推進装置３１ａ、制御機器３１ｂ）の状態や燃料タンクの燃料残量が計測され、計測結果を示す計測機器情報１７が地上基準局３を介して管制システム４に送信される。管制システム４の飛行管制演算装置４３は、計測機器情報１７に基づいて飛行車両２の自動点検を行う。加えて、飛行車両２の生体診断装置３２ｃによって飛行車両２に搭乗する搭乗者の生理的データが取得され、更に、該生理的データに基づいて搭乗者の健康状態の診断が行われる。この診断結果を示す生体診断情報１８が、地上基準局３を介して管制システム４に送信される。
また、３次元道路２３における飛行に対する課金等の理由により必要な場合、飛行車両２の識別、及び、搭乗者の識別が行われる（ステップＳ１９）。飛行車両２を識別する車両識別情報１６が飛行車両２から地上基準局３を介して管制システム４に送信され、管制システム４に送信された車両識別情報１６が、登録記録データベース４１に登録された車両識別情報と照合される。また、飛行車両２に搭乗している搭乗者の個人識別情報が飛行車両２から地上基準局３を介して管制システム４に送信され、管制システム４に送信された個人識別情報が、登録記録データベース４１に登録された個人識別情報と照合される。
その後、着陸した離着陸区間２２での飛行車両２の自動運転が終了される（ステップＳ２０）。離着陸区間２２での自動運転が終了した後、搭乗者は、自らの運転により、又は、自動運転によって飛行車両２を地上の道路を走行させて目的地まで移動する（ステップＳ２１）。
以上に述べられた飛行車両２の運航は、安全性とユーザフレンドリ性との両方の観点で有利である。本実施形態では、飛行車両２の離着陸及び飛行が特定の領域（離着陸区間２２及び３次元道路２３）に制限される。したがって、離着陸区間２２及び３次元道路２３への他の車両や飛行体の進入を制限することで、安全性を向上させることができる。その一方で、本実施形態の飛行車両運航システム１では、管制システム４による制御の下で飛行車両２が自動的に飛行するので、ユーザフレンドリ性を向上させることができる。
図３Ａ、図３Ｂに示された飛行車両２の運航手順では、飛行車両２が離陸する離着陸区間２２が、搭乗者によって選択されているが、飛行車両２が離陸する離着陸区間２２を含む飛行計画案が、管制システム４によって作成されてもよい。一実施形態では、飛行車両２が地上にあるときに搭乗者が飛行車両２に目的地を設定すると、飛行車両２の現在の位置を示す位置情報１２と目的地を示す目的地情報１９とが、飛行車両２から管制システム４に送信される。
管制システム４は、位置情報１２と目的地情報１９を受け取ると、飛行計画案２０ａを作成する。飛行計画案２０ａは、飛行車両２が離陸すべき離着陸区間２２を含んでいる。詳細には、位置情報１２と目的地情報１９に基づいて、飛行車両が離陸すべき離着陸区間２２及び着陸すべき離着陸区間２２が選択され、更に、離陸する離着陸区間２２及び着陸する離着陸区間２２の間の経路、即ち、離陸する離着陸区間２２から着陸する離着陸区間２２までの飛行において通るべき３次元道路２３が選択される。
この飛行計画案２０ａの作成においては、リアルタイム情報データベース４２に蓄積されている情報、例えば、交通情報、気象情報、障害物情報、インフラ情報が参照される。一実施形態では、着陸すべき離着陸区間２２及び着陸すべき離着陸区間２２に到達するまでに通るべき３次元道路２３が、リアルタイム情報データベース４２に蓄積されている交通情報、気象情報、障害物情報及びインフラ情報に基づいて選択される。例えば、交通情報に基づいて、混雑していない離着陸区間２２が離着陸する離着陸区間２２として選択されてもよく、また、気象情報に基づき、天候が不良である離着陸区間２２以外の離着陸区間２２が離着陸する離着陸区間２２として選択されてもよい。また、交通情報に基づいて、混雑していない３次元道路２３が離陸する離着陸区間２２と着陸する離着陸区間２２の間の経路として選択されてもよく、天候が不良である３次元道路２３以外の３次元道路２３が離陸する離着陸区間２２と着陸する離着陸区間２２の間の経路として選択されてもよい。また、障害物情報に基づき、障害物が存在しない３次元道路２３が離陸する離着陸区間２２と着陸する離着陸区間２２の間の経路として選択されてもよい。また、人工衛星５、地上基準局３、離着陸区間２２等の状態を示すインフラ情報に基づき、健全なインフラが確保されている３次元道路２３が着陸すべき離着陸区間２２までの経路として選択されてもよい。
また、飛行計画案２０ａの作成においては、飛行車両２から計測機器情報１７が参照されてもよい。例えば、計測機器情報１７に示されている燃料残量が飛行計画案２０ａの作成の際に考慮されてもよい。
このようにして作成された飛行計画案２０ａは、飛行車両２の表示装置３２ａに表示され、飛行車両２に搭乗する搭乗者に提示される。表示装置３２ａに表示される飛行計画案２０ａの表示画面には、飛行車両２を離陸すべき離着陸区間２２が示されており、飛行車両２に搭乗する搭乗者は、その表示画面から、飛行車両２を離陸すべき離着陸区間２２を知ることができる。離陸すべき離着陸区間２２に到着した後、飛行車両２の入力装置３２ｂに所定の操作を行って飛行許可要求を発すると、飛行計画案２０ａの作成（ステップＳ０８）を除き、図３Ａ、図３Ｂの運航手順と同様の手順が行われ、飛行車両２の自動離陸、自動誘導飛行、及び、自動着陸が行われる。
以上には、本発明の実施形態が具体的に記載されているが、本発明が上記の実施形態に限定されると解釈してはならない。本発明が様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。
１ ：飛行車両運航システム
２ ：飛行車両
３ ：地上基準局
４ ：管制システム
５ ：人工衛星
１１ ：測位情報
１２ ：位置情報
１３ ：測位補強情報
１４ ：飛行経路指令
１５ ：飛行誘導指令
１６ ：車両識別情報
１７ ：計測機器情報
１８ ：生体診断情報
１９ ：目的地情報
２０ａ ：飛行計画案
２０ｂ ：計画承認
２１ ：自動車専用道路
２２ ：離着陸区間
２３ ：３次元道路
３１ ：コントロール部
３１ａ ：推進装置
３１ｂ ：制御機器
３１ｃ ：計測機器群
３２ ：ユーザーインターフェース部
３２ａ ：表示装置
３２ｂ ：入力装置
３２ｃ ：生体診断装置
３３ ：アンテナ装置
３４ ：自動飛行システム
３４ａ ：受信機
３４ｂ ：受信機
３４ｃ ：慣性航法装置
３４ｄ ：３次元位置演算装置
３４ｅ ：飛行誘導システム
４１ ：登録記録データベース
４２ ：リアルタイム情報データベース
４３ ：飛行管制演算装置

Claims (6)

  1. 飛行車両と、
    前記飛行車両の飛行を管制する管制システム
    とを具備し、
    前記飛行車両は、地上に設定された第１離着陸区間に前記飛行車両が位置するときに自動運転に切り替え可能であるように構成され、
    前記飛行車両が自動運転に切り替えられた後、前記管制システムは、前記飛行車両が前記第１離着陸区間において離陸し、空中の特定の領域に設定された専用軌道である３次元道路を飛行し、地上に設定された第２離着陸区間において着陸するように前記飛行車両を誘導し、
    前記飛行車両が自動運転に切り替えられた後、前記第１離着陸区間からの離陸から前記第２離着陸区間への着陸までの動作が、前記管制システムによる制御の下、自動的に行われる
    飛行車両運航システム。
  2. 請求項１に記載の飛行車両運航システムであって、
    前記飛行車両は、人工衛星から測位情報を受け取り、受け取った前記測位情報に基づいて、前記飛行車両の３次元位置を特定し、前記３次元位置を示す位置情報を前記管制システムに送信するように構成されており、
    前記管制システムは、前記飛行車両の前記３次元道路の飛行において、前記位置情報に基づいて前記飛行車両を誘導する
    飛行車両運航システム。
  3. 請求項１に記載の飛行車両運航システムであって、
    前記飛行車両は、人工衛星から測位情報を受け取り、受け取った前記測位情報に基づいて、前記飛行車両の３次元位置を特定し、前記３次元位置を示す位置情報を前記管制システムに送信するように構成されており、
    前記飛行車両は、前記飛行車両に目的地が設定されると前記目的地を示す目的地情報を前記管制システムに送信し、
    前記管制システムは、前記飛行車両の前記位置情報と前記目的地情報に基づいて、前記飛行車両が飛行する前記３次元道路を選択する
    飛行車両運航システム。
  4. 請求項３に記載の飛行車両運航システムであって、
    前記管制システムは、前記飛行車両の前記位置情報と前記目的地情報に基づいて、地上の道路に設定された複数の離着陸区間のうちから前記飛行車両が離陸すべき前記第１離着陸区間を選択し、選択した前記第１離着陸区間及び選択した前記３次元道路を含む飛行計画案を前記飛行車両に送信し、
    前記飛行車両は、前記飛行計画案を表示装置で表示し、
    前記飛行計画案が表示される前記表示装置の表示画面には、前記飛行車両を離陸する前記第１離着陸区間が示されている
    飛行車両運航システム。
  5. 管制システムを具備する飛行車両運航システムによって飛行車両を運航する飛行車両運航方法であって、
    地上に設定された第１離着陸区間に前記飛行車両が位置するときに前記飛行車両を自動運転に切り替えるステップと、
    前記飛行車両が自動運転に切り替えられた後、前記飛行車両が前記第１離着陸区間において離陸し、空中の特定の領域に設定された専用軌道である３次元道路を飛行し、地上に設定された第２離着陸区間において着陸するように前記飛行車両を誘導するステップ
    とを具備し、
    前記飛行車両が自動運転に切り替えられた後、前記第１離着陸区間からの離陸から前記第２離着陸区間への着陸までの動作が、管制システムによる制御の下、自動的に行われる
    飛行車両運航方法。
  6. 請求項５に記載の飛行車両運航方法であって、
    更に、
    前記飛行車両が、人工衛星から測位情報を受け取り、受け取った前記測位情報に基づいて、前記飛行車両の３次元位置を特定し、前記３次元位置を示す位置情報を前記管制システムに送信するステップを具備し、
    前記飛行車両の前記３次元道路の飛行においては、前記位置情報に基づいて前記飛行車両が誘導される
    飛行車両運航方法。
JP2016035188A 2016-02-26 2016-02-26 飛行車両運航システム、管制システム及び飛行車両運航方法 Active JP6626366B2 (ja)

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