JP2020042054A - スカイダイビングトラッカー：スカイダイビングの安全性を向上させるための飛行データ収集および仮想現実シミュレータのための統合システム - Google Patents

Abstract

【課題】この統合されたスカイダイビング安全／訓練システムは、センサ、ハードウェア技術、およびソフトウェア技術を組み合わせて、スカイダイビングを改善する。【解決手段】スカイダイバーの訓練を劇的に改善し、スカイダイビングによる死亡の主な原因を防止することを補助する。このシステムは、飛行機に搭乗している複数のジャンパーについてのジャンプ後のデブリーフィングを改善するために飛行データを収集するため、および、数百回のジャンプを含む専門の専用飛行データベースを作成するために、低コストのトラッカー上での革新的な誤差補正を提供する。このデータは３Ｄインタラクティブマップにプロットされると共に、リアルタイム無線機バージョンは、空中または地上にいるチームをトラッキングでき、博物館は、このインタラクティブマッピングオプションを用いて、地球および月の見事なツアーを表示できる。【選択図】図２

Description

本発明は、関係付けられた３Ｄ仮想現実（ＶＲ）シミュレータと、デブリーフィングおよび事故調査のための３Ｄマッピング用の統合されたＧＰＳトラッキングデータ収集とを備えた、スカイダイビングの訓練および安全性に関し、また、スカイダイビング飛行データの拡張型専用データベースを用いたシミュレータの継続的な改善にも関する。本発明は、スモークジャンパー（遠隔地の火災に向かってスカイダイビングする消防士）または軍隊のチーム等の重要な任務についている、飛行機に搭乗している２〜１２名以上のスカイダイバーのチームを訓練することに焦点を当てたものである。既存のシステムは高価で、扱いにくく、用いるのに時間がかかり過ぎる。

スカイダイバーは、短時間または長時間の自由落下で飛行機から出る。次に、ジャンパーはパラシュートを開き、目標に向かって操舵する。既存のスカイダイビング訓練の特許は、スカイダイバーのチームを訓練するようには設計されていない。例えば、特許文献１に対応する特許文献２は、訓練のために高価な風洞を用いる。別の技術は、生徒にハーネスを装着させることを含むが、これは扱いにくく、各々が１０００００ドルを超える（２０１６年６月時点のＧＳＡの価格表）高価なものである。本出願人の軽量なシステムは、数分間でセットアップできると共に、ハードウェアのコストは５０００ドル未満であり（即ち、上記のハーネスシステムのコストの２０分の１であり）、それに加えて、ネットワークで接続された複数のジャンパーのチームを訓練する（図３）。

専門家によれば、最良の訓練は、初心者がインストラクターと共にタンデムでジャンプを開始して、認定スカイダイバーになるために進歩する、現実のスカイダイビングである。また、既存の訓練システムは、例えば、「BLM Final Accident Investigation」にあるMark Urbanの悲劇的な死のような６０ｒｐｍでの回転等の機能不全に対して十分な訓練が行われない。Urbanは、４５ｒｐｍの現実の飛行データに基づく本出願人の２０１７年８月のビデオのようなシミュレーションされた機能不全を練習したことがなかったのかもしれない。
危険なＹｏｕＴｕｂｅ（登録商標）スピン（座って視聴されたし）−https://youtu.be/U_Q82cvzQHA

特開２００４−５１９７３０号公報 米国特許第６，９２９，４８０号明細書

２０１３年には米国では３２０万件のジャンプが行われており、毎年数百人が負傷し、数十人が死亡している。本技術は、見事な３Ｄインタラクティブマップを含む、ジャンプ前のより良好な訓練およびジャンプ後のデブリーフィングを用いて、スカイダイビングをより安全なものにする。

本発明によるジャンプ前のスカイダイビング訓練およびジャンプ後のデブリーフィングのためのシステムは、
ジャンプ前シミュレータであって、キーストローク制御のみのベーシックオプションを有するコンピュータ、または、ユーザの腕の上下の動きがパラシュートの回転および速度を制御する現実のスカイダイバーと同様の腕の動きをトラッキングするセンサを有する最新の仮想現実ヘッドセットを有する、ジャンプ前シミュレータと、
トラッカーであって、ジャンプから得られたＧＰＳおよび他のデータが自動的に誤差補正され、この補正されたデータが、スカイダイビングのデータベースを強化し、これにより、シミュレータが継続的に改善されると共に、デブリーフィングのための３Ｄインタラクティブマップも生成される、トラッカーと
を有する。

また、本発明によるシステムは、重要な任務についている空中または地上にいる職員のシミュレーションされたまたは現実のリアルタイム３Ｄマップのための継続的に更新されるデータを提供する、地上とのまたは飛行中の飛行機とのリアルタイム通信のための長距離デジタル無線機またはネットワークを更に含み、職員の携帯電話通信に不具合が生じても、このシステムがチームのリアルタイムトラッキングを提供可能であり、このリアルタイムトラッキングを携帯電話ネットワークまたは他のネットワークに統合可能なものとしてもよい。

また、本発明によるシステムにおいては、上記のデータが、仮想現実スカイダイビングシミュレータを生成し、この仮想現実スカイダイビングシミュレータが、トラッカーデータベースおよび熟練したスカイダイバーからのフィードバックによって継続的に改善されるものとしてもよい。

また、本発明によるシステムにおいては上記のデータを、スカイダイビングを含む飛行のために使用可能な、および、博物館によって、６５インチのディスプレイ上における１２０〜３６０度のインタラクティブなビデオルーム内においてネットワーク化可能な宇宙の最も偉大な地質学的な場所および人工的な場所のツアーのために使用可能な、インタラクティブマップまたはビデオに変換するものとしてもよい。

また、本発明によるシステムは、世界中の任意の場所において、ラウンド型パラシュートおよびラム・エア型パラシュートをシミュレーションし、スカイダイバーのチームの任務地へと飛行中に飛行機内において安価且つコンパクトに使用可能な、独特の訓練システムのための、ＰＣおよび（ジャンパーが自分の転回および速度を制御するための）腕の動きのトラッキングセンサのみと共に携帯可能な、ユーザが単に自分の頭を転回させることによって探索する３Ｄ世界に没入するための仮想現実ヘッドセットを更に含むものとしてもよい。

また、本発明によるシステムは、既存の技術は対応していない、夜間または昼間のジャンプを見るため、および、１名以上のジャンパーを同時に見て、衝突を回避してチームとしてのパフォーマンスを行うために近接フォーメーションを練習するためのオプションを有する、ローカルまたはリモートでネットワークを介して共有されたシミュレーション飛行データを更に含み、この技術が、高いコスト効果で、ジャンパーのチームが迅速に練習して直ちに任務を開始することを可能にするものとしてもよい。

また、本発明によるシステムは、ジャンプ中に言葉による指示を提供するイヤホンまたはヘッドセット用のオプションを更に含むものとしてもよい。

本発明によるジャンプ中におけるリアルタイムまたは非リアルタイムトラッキングのためのシステムは、
チームジャンプの前に風速および風向を計算するリアルタイムまたは非リアルタイムトラッカーと、
着地場所および任務に基づいて、飛行機を飛行させる最適な飛行経路、並びに、スカイダイバーのチームをどこで降下させるかをパイロットに指示するために、データを飛行機へと中継する長距離デジタル無線機と
を含む。

特許請求の範囲の概要のフローチャート論理 本技術を用いたスモークジャンパーの訓練を示す 複数のスカイダイバーがチームとして働くことを可能にするネットワーク化されたバージョンを示す ＶＲ中における１３名のジャンパーの図を示す 本システムがスカイダイバーを自動的に評価することを示す 離陸から着地までの飛行機の飛行経路をプロットするリアルタイムトラッカーを示す トラッカーデータが、どのように動きのタイプ（即ち、飛行機、スカイダイブ等）とプロットを見るための最適な角度とを識別するかを示す トラッカーデータが、どのように動きのタイプ（即ち、飛行機、スカイダイブ等）とプロットを見るための最適な角度とを識別するかを示す トラッカーデータが、どのように動きのタイプ（即ち、飛行機、スカイダイブ等）とプロットを見るための最適な角度とを識別するかを示す トラッカーデータが、どのように動きのタイプ（即ち、飛行機、スカイダイブ等）とプロットを見るための最適な角度とを識別するかを示す トラッカーデータが、どのように動きのタイプ（即ち、飛行機、スカイダイブ等）とプロットを見るための最適な角度とを識別するかを示す

本発明は、個々のスカイダイバーまたはスカイダイバーのチームのスカイダイビングの安全性を向上させるセンサ、ハードウェア技術、およびソフトウェア技術の驚くべき組み合わせを備えた、統合された最新のスカイダイビングの安全性および訓練システムを提供する。図１は、本システムが、どのようにして（１）スカイダイバーの訓練チームを劇的に改善し、（２）スカイダイビングによる死亡の主な原因（空中衝突を含む）を防ぐのに役立つかを強調したものである。

ブロック１において、本出願人の専用の誤差チェック機能を備えた低コストのトラッカー（コストが１０００ドル未満のトラッカー）が、クリーンな飛行データ（緯度等）を作成する。カルマンフィルターを用いて、ＧＰＳ／ＩＮＳデータ融合を研究した。３名以上のジャンパーが飛行機に搭乗している場合には、本システムは自動的に、的確に、ジャンパー間のデータをクロスチェックする。飛行機の経路、出口点／着地点、各ジャンパーの経路を示す３Ｄインタラクティブプロットが作成される。また、本技術は、着地時にジャンパーが地下３００フィートにいたことを示しているベストセラーのデジタル時計が非常に不正確であることを示しているトラッカーを評価する。

任意の数のジャンプ（即ち、１回のジャンプまたは数百万回のジャンプ）を含み得る専用スカイダイビングデータベースに詳細な飛行データが追加され（ブロック２）、これは、事故の調査／デブリーフィングに用いられ得るものであり、また、シミュレータの精度を向上させる。ネットワーク化されたシミュレータは、複数のジャンパーのチームが一緒に訓練することを可能にする（ブロック３）。飛行データは、ジャンパー／飛行機の３Ｄインタラクティブ飛行経路を作成する（ブロック４）。必要に応じて、ジャンパーには、イヤホンまたはヘッドセットを介して、目標に向かって誘導するためのリアルタイムコマンドが提供される（ブロック５）。熟練したジャンパーからのフィードバックが、このシミュレータを強化する（ブロック６）。この驚くべきスカイダイビング訓練システムは、ジャンプ前のシミュレーション、ジャンプ中の誘導、およびジャンプ後のデブリーフィングを提供する（ブロック７）。宇宙における最も偉大な場所（グランドキャニオン等）のインタラクティブな３Ｄツアーのための類似の技術（ブロック８）。トラッキングされたジャンプは、ジャンパー、パイロット、スポッターの訓練を改善する（ブロック９）。

「スカイダイバートラッカー」は、米国政府によって、何百ものジャンプの訓練において購入／使用されている。或るスカイダイバー訓練マネージャーは、それが彼らに「新人ジャンパーに対してパラシュート操作を教えるのに役立つと共に、経験豊富なジャンパーが技術を洗練させるのに役立つ。…あなた方のＧＰＳ誘導貨物配達システムのコンセプトは、貨物のパッケージを配達するためにより高い高度にとどまることが可能であることにより、任務のリスクが低減される」ので、「我々にとって関心がある」と書いている。
グランドキャニオンへの見事な「ＹｏｕＴｕｂｅ」スカイダイビングシミュレーション-http://youtu.be/n2srxXJlQs8
図２は、本出願人の非バーチャルリアリティ（ＶＲ）バージョンで訓練しているスモークジャンパー（ギア装着）２０１を示しているが、より強力なオプションは、ディスプレイ２０２が不要なＶＲヘッドセット２０４を示している。センサ２０３は、現実のスカイダイビングのようなユーザの腕の動きをトラッキングする。ジャンパーは、シュートを制御する仮想の（または現実の）トグルを引っ張る。彼らの腕がまっすぐ上に向いている場合には、彼らは最大速度でまっすぐ前進して飛ぶが、一方の（即ち、左）腕が下がっている場合には、彼らは左に曲がる。この技術は、ラムジャンパーおよびラウンドジャンパーの両方を訓練する。米国森林局の「U.S. Forest Service Ram-Air Parachute System Implementation Project（米国森林局ラム・エア型パラシュートシステム実装プロジェクト）」（２０１５年６月）は、「現在用いられているラウンド型のＦＳ−１４パラシュートシステムが、最終的には、スクエア型のラム・エア型パラシュートシステムによって置き換えられ、…ほとんどのジャンパーは、ラム・エアの方が、負傷や死亡によってキャリアを終えることにつながりやすいと考えていた」と決定したが、職場や家庭で使用できるこのシミュレータは、彼らの心配を和らげ得る。

トラッカーの飛行データは、僅かな回数のジャンプのデータを用いて、用いられるパラシュートおよびペイロードのタイプをシミュレーションできる。現実の飛行データのパフォーマンスに基づいてカスタマイズできないシミュレータは、単なるゲームである。

図３は、チームを訓練するために、低コストのジャンプＶＲシミュレータ（コストが５０００ドル未満のシミュレータ）３０１、３０９をどのように数分間でセットアップできるかを示す。インストラクターは、３Ｄカラーマップ３１６上において、トップダウンビューで、全てのジャンパーを彼らの飛行データと共に見る。例えば、ヘッドセット３０１を装着したジャンパー１は、１２００フィート（３６５．７６メートル）ＡＧＬにおいてマップ上のＪ１にいる。チームの目標はこの島の北側である。彼らの装備はラップトップＰＣおよびセンサ／ヘッドセットであり、これらは１０分間でセットアップ可能である。チームは、ネットワーク上において、同じ室内で、または世界中で訓練できる。

このＶＲビュー内の１３名のジャンパーは、任務中に他のジャンパーとの衝突を回避しなければならない（図４）。

また、この技術は、科学博物館が、世界中および太陽系の最も偉大な地質学的な場所および人工的な場所の素晴らしい教育用バーチャルリアリティツアーを提供することを可能にする。この技術は圧倒的でありながら、手頃な価格であり、６５インチのディスプレイ上で見事な１２０〜３６０度のビデオルーム用にカスタマイズできる。

重要なスカイダイビングデータベース
このスカイダイビングトラッカーを用いて、４００を超えるスカイダイビングがトラッキングされており、これらは増え続けるジャンプ履歴の一部である。デブリーフィング／事故調査のために、３回クリックするだけで、飛行機／ジャンパーについての全ての飛行データを、インタラクティブな３Ｄマップ／ビデオと共に利用でき、直ちに利用できる。Mark UrbanのＢＬＭ事故報告書は、彼の死から８か月後に発行された。また、彼らは（数千ドルを投資して）「データを役に立たたないものにはしなかったものの、各データポイントに関連付けられた不確実性の程度を増加させ…飛行機の飛行速度に関する情報は提供されなかった」欠陥のあるデータロガーを用いた。

図５の左側部分は、目標（ボックス内の十字）から７８２〜１２０９フィート（約２３８．３５〜約３６８．５０メートル）において飛行機から出た１０名の新人スモークジャンパーを示している。彼らは１４７８〜１５８０フィート（４５０．４９４４〜４８１．５８４メートル）ＡＧＬ（地上からの高さ）において出た。

本出願人の専用の論理は、８ｍｐｈ（約１２．８７ｋｐｈ）の風速、飛行機のタイプ、用いられたパラシュートのタイプ（ラウンド型パラシュート）を自動的に計算した。彼らは通常、一度に２名ずつ（例えば、ジャンパー６および７）出て、ジャンパー７が目標の最も近くに着地した（グループで最良の８９フィート（約２７．１３メートル）であった）。ジャンパー６と７とを結ぶ線は、飛行機の飛行経路を示す。飛行機は６回旋回し、１０名のジャンパー全員を放った。灰色および黒の領域は木および茂みである。

この技術は、トラッカーからの数百万のデータポイントを自動的に３Ｄインタラクティブマップに変換し、スポッター、パイロット、ジャンパーを評価する。熟練したジャンパーは、通常、目標から５０フィート（１５．２４メートル）以内に着地する。２０１６年の２週間の訓練中に、飛行機に乗った複数の新人がこのトラッカーを用いた（図５）。新人ジャンパーは、第１週においては目標から平均２００フィート（６０．９６メートル）以上のところに着地したが、第２週までには、目標地点から１００フィート（３０．４８メートル）以内に着地し、劇的に向上した。

更なるオプション
本出願人は、４００ドル未満の安価なデジタル無線機をアンテナと共に用いて、ジャンパーに飛行機から出るタイミングを通知するために、理想的な飛行経路上のパイロットにリアルタイムの飛行データを提供する。また、単純なストリーマーが、風況をテストするが、本出願人の統合的なソリューションを用いて、パイロットとジャンパーに通知するために、最新の風況が送信される。要するに、空中および地上の両方におけるトラッキングのためのリアルタイムデータが提供されると共に、このリアルタイム誘導システムを用いて、補給ロボットを作った（以下に示す）。

緊急医療システム
本出願人の証明された技術は、目標から３０フィート（約９．１４メートル）以内に着地可能である。パラシュートが開いた際、モーターが、トグルに取り付けられたナイロンコードを引っ張って、第１回目の成功したロボットテスト飛行において示されているように、パラシュートを目標の着地場所へと自律的に誘導する。
「ＹｏｕＴｕｂｅ」ロボット飛行試験−https://www.youtube.com/watch?v=jEDibD18O4E&feature=youtube_gdata
米軍は、（山火事で散らかった森林とは異なる）大きい開けた領域で機能する高価なシステムを有する。しかし、シリア戦争中には、ロボット補給ユニットが正確に着地せずに目標から１／２マイル（約０．８キロメートル）離れて着地したために、米国国防総省はテロリストに１００万ドルの武器を届けることとなった。この失敗は、小さいペイロードを正確に着地させるために、本願のＶＲのような手動制御でオーバーライドする必要性を示しており、このオプションは、より高価なユニットは備えていない。

緊急警報ネットワーク
携帯電話通信に不具合が生じてヤーネル（Yarnell）で死亡した２０人の消防士のような地上クルーをリアルタイムでトラッキングする。長距離デジタル無線機（高々１００マイルまでの範囲を有するデジタル無線機、図６）を有する９００ＭＨｚネットワークをカスタマイズできる。彼らの事故報告（２０１３年６月３０日）には、「シェルターが展開されたとき、ＶＬＡＴ（Very Large Air Tanker）は火の上方に静止し、クルーの位置が決定されたら直ちに難燃剤を投下するために待機していた」と記されている。本技術があれば、（１）ＶＬＡＴに難燃剤を投下する場所を指示するために、彼らの位置を自動的にブロードキャストできたか、または、（２）ＶＬＡＴが失敗した場合には、スカイダイビングロボットが、閉じ込められた消防士に水を浴びせるために正確に水を届けることができ、役立ったかもしれない。リアルタイムトラッカー１２０２は、無線、ＧＰＳ、パラシュートを有し、コストは１０００ドル未満であり、重量は２ポンド（約９０７グラム）である。リアルタイムトラッカー１２０２は、飛行機から出るまで、飛行機内におけるリアルタイムトラッカー１２０２の位置をブロードキャストし、次に、風速／および飛行機の飛行方向１２０１を正確に中継し、１００００フィート（約３０４８メートル）において旋回している飛行機が、スモークジャンパーおよび消防士の地上における正確なＧＰＳ位置を常に監視できることを確認した。

図７〜図１１は、トラッカーデータをどのように用いて、動きのタイプ（飛行機、スカイダイビング等）を識別し、データの誤差を補正し、３Ｄインタラクティブマップまたはビデオにおいてプロットを見るための最適な角度および視点を計算するかを示している。

スカイダイビングトラッカーは、既存の機能を遥かに超えた、（１）ジャンプ前に、世界中の任意の現実の場所における練習を可能にする仮想現実チームシミュレータと、（２）スカイダイバーのチームによって用いられる正確なパラシュートおよびペイロードについて、および、ジャンプ後のデブリーフィング／事故調査のための３Ｄグラフィックスのために、シミュレータをカスタマイズするために用いられ得る飛行データを作成する、４オンス（約１１３グラム）以下の低コストのトラッカー（コストが１０００ドル未満のトラッカー）とによって、スカイダイバーの個人およびチームのスカイダイビングの訓練および安全性に革命をもたらす。このスカイダイビングトラッカーは、あらゆるジャンプに対して用いられるべきである。

２０２ ディスプレイ
２０３ センサ
２０４ ＶＲヘッドセット
３０１、３０９ ジャンプＶＲシミュレータ
３１６ ３Ｄカラーマップ
１２０２ リアルタイムトラッカー

Claims (8)

1. ジャンプ前のスカイダイビング訓練およびジャンプ後のデブリーフィングのためのシステムにおいて、
   ジャンプ前シミュレータであって、キーストローク制御のみのベーシックオプションを有するコンピュータ、または、ユーザの腕の上下の動きがパラシュートの回転および速度を制御する現実のスカイダイバーと同様の腕の動きをトラッキングするセンサを有する最新の仮想現実ヘッドセットを有する、ジャンプ前シミュレータと、
   トラッカーであって、ジャンプから得られたＧＰＳおよび他のデータが自動的に誤差補正され、該補正されたデータが、スカイダイビングのデータベースを強化し、これにより、前記シミュレータが継続的に改善されると共に、デブリーフィングのための３Ｄインタラクティブマップも生成される、トラッカーと
   を有することを特徴とするシステム。
2. 重要な任務についている空中または地上にいる職員のシミュレーションされたまたは現実のリアルタイム３Ｄマップのための継続的に更新されるデータを提供する、地上とのまたは飛行中の飛行機とのリアルタイム通信のための長距離デジタル無線機またはネットワークを更に含み、前記職員の携帯電話通信に不具合が生じても、前記システムがチームのリアルタイムトラッキングを提供可能であり、該リアルタイムトラッキングを携帯電話ネットワークまたは他のネットワークに統合可能な、請求項１記載のシステム。
3. 前記データが、仮想現実スカイダイビングシミュレータを生成し、該仮想現実スカイダイビングシミュレータが、トラッカーデータベースおよび熟練したスカイダイバーからのフィードバックによって継続的に改善される、請求項１記載のシステム。
4. 前記データを、スカイダイビングを含む飛行のために使用可能な、および、博物館によって、６５インチのディスプレイ上における１２０〜３６０度のインタラクティブなビデオルーム内においてネットワーク化可能な宇宙の最も偉大な地質学的な場所および人工的な場所のツアーのために使用可能な、インタラクティブマップまたはビデオに変換する、請求項１記載のシステム。
5. 世界中の任意の場所において、ラウンド型パラシュートおよびラム・エア型パラシュートをシミュレーションし、スカイダイバーのチームの任務地へと飛行中に飛行機内において安価且つコンパクトに使用可能な、独特の訓練システムのための、ＰＣおよび（ジャンパーが自分の転回および速度を制御するための）腕の動きのトラッキングセンサのみと共に携帯可能な、ユーザが単に自分の頭を転回させることによって探索する３Ｄ世界に没入するための仮想現実ヘッドセットを更に含む、請求項１記載のシステム。
6. 既存の技術は対応していない、夜間または昼間のジャンプを見るため、および、１名以上のジャンパーを同時に見て、衝突を回避してチームとしてのパフォーマンスを行うために近接フォーメーションを練習するためのオプションを有する、ローカルまたはリモートでネットワークを介して共有されたシミュレーション飛行データを更に含み、この技術が、高いコスト効果で、ジャンパーのチームが迅速に練習して直ちに任務を開始することを可能にする、請求項１記載のシステム。
7. ジャンプ中に言葉による指示を提供するイヤホンまたはヘッドセット用のオプションを更に含む、請求項１記載のシステム。
8. ジャンプ中におけるリアルタイムまたは非リアルタイムトラッキングのためのシステムであって、
   チームジャンプの前に風速および風向を計算するリアルタイムまたは非リアルタイムトラッカーと、
   着地場所および任務に基づいて、飛行機を飛行させる最適な飛行経路、並びに、スカイダイバーのチームをどこで降下させるかをパイロットに指示するために、データを飛行機へと中継する長距離デジタル無線機と
   を含むことを特徴とするシステム。