JP2023112363A - 離着陸誘導装置、離着陸誘導方法、および、離着陸誘導システム - Google Patents

Abstract

【課題】 垂直離着陸機を安全に離着陸させる離着陸誘導装置を提供する。【解決手段】 管制領域内の各飛行体の位置を取得する飛行体位置検出部と、各飛行体に誘導経路を設定する誘導経路設定部と、各飛行体の周囲に仮想専有領域を設定する仮想専有領域設定部と、管制領域の状態を管理する管制領域状態管理部と、各飛行体と通信する通信部と、を備え、仮想専有領域同士の距離が警報状態閾値以下である場合に、管制領域状態管理部は、管制領域の状態を警戒状態に設定するとともに、通信部は、警報情報を飛行体に送信し、仮想専有領域同士が重複する場合、または、仮想専有領域同士の距離が警報状態閾値より小さい非常状態閾値以下である場合に、管制領域状態管理部は、管制領域の状態を非常状態に設定するとともに、通信部は、非管制飛行体に指定されたことを示す情報を誘導経路からより大きく逸れた飛行体に送信する離着陸誘導装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、垂直離着陸機等の飛行体の離着陸を誘導する、離着陸誘導装置、離着陸誘導方法、および、離着陸誘導システムに関するものである。

近年、都市部の渋滞や環境負荷の低減、また過疎地域への輸送手段の確保など様々な交通課題の解決を期待して、小型の電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ：electric vertical takeoff and landing aircraft）のニーズが高まっている。このｅＶＴＯＬは、複数の回転翼の夫々に設けたモータを個々に制御することで、垂直離着陸を含む多様な経路を飛行できる飛行体である。そのため、複数のｅＶＴＯＬの夫々が多様な経路で飛び交う状況も想定されるが、そのような状況下で各ｅＶＴＯＬをエアポートに安全かつ安定に離発着させるためには、エアポート側からの飛行管制が必須になると思われる。

ここで、一般的な航空機を管制対象とした地上設備に関する従来技術して、特許文献１に記載の技術がある。例えば、特許文献１の請求項１や段落００３９等では、並行配置された複数本の滑走路に着陸する複数の航空機に対して、航空機同士の距離または速度、加速度に基づいて予測される距離が異常接近と判定される距離よりも小さくなった場合に警報し、その異常状態が解消された場合に警報を停止する、着陸機接近警報装置について記載されている。

特許第４０４３１３３号公報

特許文献１の着陸機接近警報装置の利用により、各航空機の位置と速度、加速度などから予測される軌道に基づき着陸機同士の異常接近が警報されるため、空港管制官による着陸機の状況判断が容易になる。

しかしながら、特許文献１の着陸機接近警報装置は、同文献の図１や図２などから明らかなように、滑走路への進入方向が限定されているジェット旅客機等の航空機を管制対象とするものであり、多数の機体が多様な飛行経路で同時に離着陸することもあるｅＶＴＯＬの飛行管制を想定していない。また、特許文献１の着陸機接近警報装置は、空港管制官に管制情報を提供するものに留まり、各々の飛行体に安全な飛行経路を報知することを想定していない。

そこで、本発明の目的は、ｅＶＴＯＬに代表される垂直離着陸機を安全に離着陸させるため、エアポート上空での飛行管制をサポートするとともに、各飛行体に対し管制情報を提供することができる、離着陸誘導装置、離着陸誘導方法、および、離着陸誘導システムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の離着陸誘導装置は、管制領域内の飛行体の離着陸を誘導する離着陸誘導装置であって、前記管制領域内の各飛行体の位置を取得する飛行体位置検出部と、前記各飛行体に誘導経路を設定する誘導経路設定部と、前記各飛行体の周囲に仮想専有領域を設定する仮想専有領域設定部と、前記管制領域の状態を管理する管制領域状態管理部と、各飛行体と通信する通信部と、を備え、仮想専有領域同士の距離が警報状態閾値以下である場合に、前記管制領域状態管理部は、前記管制領域の状態を警戒状態に設定するとともに、前記通信部は、警報情報を前記飛行体に送信し、仮想専有領域同士が重複する場合、または、前記仮想専有領域同士の距離が前記警報状態閾値より小さい非常状態閾値以下である場合に、前記管制領域状態管理部は、前記管制領域の状態を非常状態に設定するとともに、前記通信部は、非管制飛行体に指定されたことを示す情報を前記誘導経路からより大きく逸れた飛行体に送信する離着陸誘導装置。

本発明の離着陸誘導装置、離着陸誘導方法、および、離着陸誘導システムによれば、ｅＶＴＯＬに代表される垂直離着陸機を安全に離着陸させるため、エアポート上空での飛行管制をサポートするとともに、各飛行体に対し管制情報を提供するができる。

実施例１の離着陸誘導システムを示す概念図。 実施例１の飛行体制御装置と離着陸誘導装置の機能ブロック図。 実施例１の飛行体の管制領域進入時の誘導フローチャート。 図３により設定された誘導経路と仮想専有領域の関係を示す概念図。 実施例１の飛行体の仮想専有領域飛行中の誘導フローチャート。 図５により再設定された誘導経路と仮想専有領域の関係を示す概念図。 管制領域が通常状態である場合の状態管理フローチャート。 仮想専有領域同士の距離を示す概念図。 管制領域が警戒状態である場合の状態管理フローチャート。 仮想専有領域同士の重複を示す概念図。 非常状態時の非管制飛行体に対する処理を示すフローチャート。 非常状態時の管制飛行体に対する処理を示すフローチャート。 実施例２の飛行体制御装置と離着陸誘導装置の機能ブロック図。 実施例２の仮想専有領域表示装置の表示の一例を示す概念図。 実施例３の飛行体制御装置と離着陸誘導装置の機能ブロック図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

＜離着陸誘導システムの概略構成＞
図１は、本発明の実施例１に係る離着陸誘導システムを示す概念図である。この離着陸誘導システムは、エアポート２の上空に設定した管制領域Ｒ内の飛行体１の飛行を管制するシステムであり、特に、複数の飛行体１が並行して離着陸する場合に、各々の飛行体１を適切な経路に誘導することで、飛行体同士の接触を防止するためのシステムである。

飛行体１は、上記したｅＶＴＯＬに代表される小型の垂直離着陸機であり、パイロット等が搭乗したり荷物を搭載したりする本体１１と、モータによって個々に回転駆動する複数の回転翼１２と、外部と通信する飛行体側通信部１３を備えている。なお、回転翼１２は、エンジンで回転駆動するものであってもよい。

図１では、離着陸誘導システムの管制対象の飛行体１として、エアポート２に向けて飛行中の飛行体１ａ、１ｂと、エアポート２で待機中の飛行体１ｃを例示しているが、これら以外の飛行体１（例えば、エアポート２から離陸した飛行体１ｄ）を管制対象としても良い。

エアポート２には、各々の飛行体１の着陸位置を示す着陸帯２１が設けられている。また、エアポート２には、管制領域Ｒ内の飛行体１を管制する管制設備２２と、管制設備２２が飛行体１と通信する際に利用するエアポート側通信部２３と、エアポート２の周辺の環境情報を取得する環境情報取得部２４が設置されている。ここで環境情報とは、エアポート２の周辺の気象情報（天気、気温、降水量、風速等）や、着陸帯２１の情報（他の飛行体の使用の有無、物理的な障害物の有無、工事等の有無による使用可能状況）等である。

なお、図１において、飛行体１ａ用の着陸帯２１を着陸帯２１ａとしたように、本実施例では、各構成の符号の末尾にａ、ｂ、ｃを付すことで、飛行体１ａ、１ｂ、１ｃの何れに対応する構成かを区別する。

図１の管制領域Ｒ内を飛行する飛行体１の夫々には、破線で例示するように、個別の専用領域である仮想専有領域ｒが設定される。この仮想専有領域ｒは、複数の飛行体１が同時刻に同領域を飛行することがないように管制設備２２内の離着陸誘導装置２００が設定した領域であり、複数の飛行体１の離着陸を安全に誘導するために用いられる仮想的な領域である。

また、離着陸誘導装置２００は、一点鎖線で例示するように、着陸中の飛行体１の夫々に対して着陸帯２１へ誘導する誘導経路Ｇを設定する。なお、図１では、誘導経路Ｇを連続した線で表記しているが、離着陸誘導装置２００は、緯度経度高度で指定される複数の点の組み合わせで誘導経路Ｇを設定してもよい。

＜飛行体制御装置１００と離着陸誘導装置２００の機能構成＞
次に、図２の機能ブロック図を用いて、飛行体１が内蔵する飛行体制御装置１００と、管制設備２２が内蔵する離着陸誘導装置２００の機能構成について説明する。

ここに示すように、飛行体制御装置１００は、上記した飛行体側通信部１３に加え、誘導経路表示部１０１と、警報部１０２を有する。また、離着陸誘導装置２００は、上記したエアポート側通信部２３に加え、飛行体位置検出部２０１と、仮想専有領域設定部２０２と、誘導経路設定部２０３と、管制領域状態管理部２０４を有する。以下、各装置の各部詳細を順次説明する。

＜離着陸誘導装置２００＞
飛行体位置検出部２０１は、飛行体１から受信した当該飛行体の位置情報や、管制設備２２が持つレーダー等のセンサが取得した飛行体１の位置情報に基づいて、管制領域Ｒ内の飛行体１の現在位置を個々に検出する。

仮想専有領域設定部２０２は、飛行体位置検出部２０１が検出した飛行体１の現在位置の情報等を基に、飛行体１毎の仮想専有領域ｒを設定する。なお、仮想専有領域ｒの設定方法の詳細は後述する。

誘導経路設定部２０３は、着陸帯２１に着陸する飛行体１（図１の例では、飛行体１ａ、１ｂ）に対して着陸用の誘導経路Ｇを設定し、着陸帯２１から離陸する飛行体１（図１の例では、飛行体１ｃ）に対して離陸用の誘導経路Ｇ（図示せず）を設定する。なお、誘導経路Ｇの設定方法の詳細は後述する。

管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒ内の飛行体１の位置と仮想専有領域ｒと誘導経路Ｇ、および、飛行体１から得た情報を基に、管制領域Ｒの状態情報を生成したり、飛行体１に送信する管理情報（後述する、警報情報など）を生成したりする。なお、これらの情報の生成方法の詳細は後述する。

＜飛行体制御装置１００＞
誘導経路表示部１０１は、離着陸誘導装置２００から送信された誘導経路Ｇをパイロット等に認識させるヒューマンインタフェースであり、例えば、ディスプレイである。

警報部１０２は、離着陸誘導装置２００から送信された警報情報を、音声、発光、文字、画像などの形態で、パイロット等に報知するヒューマンインタフェースである。なお、誘導経路表示部１０１と警報部１０２は、一つのディスプレイを共用するものであっても良い。

＜誘導経路Ｇと仮想専有領域ｒの初期設定処理の一例＞
次に、図３と図４を用いて、飛行体１が管制領域外から管制領域Ｒに進入した場合の、離着陸誘導装置２００による仮想専有領域ｒと誘導経路Ｇの初期設定方法と、それらの情報の飛行体１での利用方法を説明する。

まず、図３のフローチャートを用い、図１の飛行体１ａが管制領域Ｒに進入する前後の状況を例に、本実施例の離着陸誘導システムの動作を説明する。

ステップＳ１１では、飛行体１ａが内蔵する飛行体制御装置１００の飛行体側通信部１３は、管制領域Ｒに進入する前に管制領域Ｒへの進入申請を送信する。この結果、離着陸誘導装置２００のエアポート側通信部２３は、管制領域Ｒに接近する飛行体１ａからの管制領域Ｒへの進入申請を受信する。

ステップＳ１２では、飛行体位置検出部２０１は、上記した何れかの方法で、飛行体１ａの現在位置を検出する。

ステップＳ１３では、離着陸誘導装置２００は、飛行体１ａの現在位置と管制領域Ｒを比較する。そして、飛行体１ａが管制領域Ｒに既に進入している場合は、ステップＳ１４に進み、飛行体１ａが管制領域Ｒに未だ進入していない場合は、ステップＳ１３を繰り返す。

ステップＳ１４では、離着陸誘導装置２００は、事前に申請された飛行体１ａの飛行計画情報を照合し、飛行体１ａを認証する。なお、飛行計画情報は、飛行計画の全体を統括する仕組みがある場合はそこから入手してもよい。

ステップＳ１５では、誘導経路設定部２０３は、飛行体１ａの現在位置と、飛行体１ａのために用意した着陸帯２１ａの位置に基づいて、飛行体１ａを安全に着陸帯２１ａに着陸させるための誘導経路Ｇａを設定する。なお、誘導経路Ｇａの設定時には、飛行体１ａの構造、能力、管制領域Ｒ内の他の飛行体１ｂとその仮想専有領域ｒｂ、管制領域Ｒの気象状態、周辺地域の状況などを加味して設計するとよい。

ステップＳ１６では、仮想専有領域設定部２０２は、少なくとも飛行体１ａの位置、速度、機体の状態などの飛行体１ａの情報と、誘導経路Ｇａと、既に管制領域Ｒ内を飛行している他の飛行体１ｂの仮想専有領域ｒｂの情報を基に、飛行体１ａの周辺に仮想専有領域ｒａを設定する。

ここで、図４の概略図を用いて、ステップＳ１５とステップＳ１６の処理によって設定された、誘導経路Ｇａと仮想専有領域ｒａの関係を説明する。図示のように誘導経路Ｇａが設定された場合、仮想専有領域ｒａは飛行体１ａの現在位置を含むように、かつ、誘導経路Ｇａに沿って設定される。この結果、仮想専有領域ｒａは、飛行体１ａの進行方向に長い形状となる。

なお、図１に例示するように、飛行体１ａの周辺に他の飛行体１ｂが存在する場合は、基本的には、その仮想専有領域ｒｂと一定以上の距離を持つように仮想専有領域ｒａを設定する。また、仮想専有領域ｒａは飛行体１ａが領域内で障害物を発見した場合に、ある程度の自由度を持って旋回回避できるような大きさに設定され、その大きさは飛行体１ａの構造、能力、管制領域Ｒの気象状態、周辺地域の状況などを加味して設定するとよい。ただし、全てを満足する仮想専有領域ｒａを設定できない場合は、仮想専有領域ｒｂと一部重複する仮想専有領域ｒａを設定することも許容される（詳細は、図１０で説明）。

次に、ステップＳ１７では、エアポート側通信部２３は、設定した誘導経路Ｇａを、飛行体１ａの飛行体側通信部１３に送信する。

ステップＳ１８では、飛行体１ａの誘導経路表示部１０１は、離着陸誘導装置２００から受信した誘導経路Ｇａをディスプレイ表示し、誘導経路Ｇａに沿った飛行をパイロットに促す。

このようにして、管制領域Ｒに進入した各々の飛行体１には、固有の誘導経路Ｇと仮想専有領域ｒが割り当てられ、飛行体１が安全に着陸できる経路が離着陸誘導装置２００によって管理されることになる。

＜誘導経路Ｇと仮想専有領域ｒの更新処理の一例＞
次に、図５と図６を用い、図３のフローチャートによって誘導経路Ｇと仮想専有領域ｒを割り当てた飛行体１が管制領域Ｒ内を更に飛行した場合の、離着陸誘導装置２００による仮想専有領域ｒの再設定方法と、その情報の飛行体１での利用方法を説明する。

まず、図５のフローチャートを用いて、図１の飛行体１ａが着陸帯２１ａに更に接近する状況を例に、本実施例の離着陸誘導システムの動作を説明する。

ステップＳ２１では、離着陸誘導装置２００の飛行体位置検出部２０１は、管制領域Ｒ内を飛行する飛行体１ａの現在位置を検出する。

ステップＳ２２では、管制領域状態管理部２０４は、飛行体１ａの現在位置と仮想専有領域ｒａの境界形状に基づいて、飛行体１ａから仮想専有領域ｒａの縁との最短距離Ｌを算出し、距離Ｌが閾値Ｌ_ｔｈ以上であるかを判定する。そして、Ｌ≧Ｌ_ｔｈであればステップＳ２１に戻り、Ｌ＜Ｌ_ｔｈであればステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、誘導経路設定部２０３は、飛行体１ａの現在位置を基準に誘導経路Ｇａを再設定する。以上から分かるように、閾値Ｌ_ｔｈは、仮想専有領域ｒａを再設定するための閾値として機能するものである。なお、誘導経路Ｇａを再設定する際には、管制領域Ｒに進入した際に指定された着陸帯２１ａに着陸する方向に、飛行体１ａの構造、能力、管制領域Ｒ内の他の飛行体１ｂとその仮想専有領域ｒｂ、管制領域Ｒの気象状態、周辺地域の状況などを加味して設定するとよい。

ステップＳ２４では、仮想専有領域設定部２０２は、ステップＳ２３で再設定した誘導経路Ｇａを前提に、仮想専有領域ｒａを再設定する。なお、仮想専有領域ｒａを再設定する際にも、上記したステップＳ１６と同等の事情を考慮する。

ステップＳ２３、Ｓ２４の処理により、例えば図６に示すように、本来の誘導経路Ｇａから逸れた飛行体１ａに対しては、Ｌ＜Ｌ_ｔｈとなった時点で、誘導経路Ｇａ’と仮想専有領域ｒａ’が再設定される。なお、図６では、飛行体１ａが誘導経路Ｇａから逸れた結果、誘導経路Ｇａ’と仮想専有領域ｒａ’が再設定された例を示したが、飛行体１ａが誘導経路Ｇａに沿って飛行した場合も、飛行体１ａが仮想専有領域ｒａの縁に接近した時点で仮想専有領域ｒａ’が再設定されることは言うまでもない。

ステップＳ２５では、エアポート側通信部２３は、再設定した誘導経路Ｇ’を、飛行体１の飛行体側通信部１３に送信する。これにより、上記した、図３のステップＳ１８と同様に、最新の誘導経路Ｇ’がパイロットに報知される。

このように、誘導経路Ｇと仮想専有領域ｒを、飛行体１と仮想専有領域ｒとの位置関係に応じて再設定することで他の飛行体１ｂが飛行体１ａの周囲に存在しない状態を作り出し、複数の飛行体１が接近しないように管理することができる。従って、各々のパイロットが最新の誘導経路Ｇ’に従って飛行体１を飛行させることで、各々の飛行体１は安全に離着陸することができる。

＜管制領域Ｒ内に複数の仮想専有領域ｒが存在する場合＞
次に、図７と図８を用いて、管制領域Ｒ内に複数の仮想専有領域ｒが存在する場合に、離着陸誘導装置２００が管理する管制領域状態について説明する。

まず、図７のフローチャートを用いて、図１の飛行体１ａ、１ｂの夫々に仮想専有領域ｒａ、ｒｂが設定されている状況を例に、本実施例の離着陸誘導システムの動作を説明する。なお、このフローチャートの開始時点の管制領域状態は「通常状態」であるものとする。

ステップＳ３１では、離着陸誘導装置２００の管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒ内の仮想専有領域ｒａ、ｒｂの状態を監視する。

ステップＳ３２では、管制領域状態管理部２０４は、仮想専有領域ｒａ、ｒｂの距離Ｘを演算し、その距離Ｘが警戒状態閾値Ｘ_ｔｈ以上であるかを判定する。そして、Ｘ≧Ｘ_ｔｈであれば（仮想専有領域ｒａ、ｒｂが十分に離れていれば）、ステップＳ３１とステップＳ３２を繰り返し、Ｘ＜Ｘ_ｔｈであれば（仮想専有領域ｒａ、ｒｂが近接していれば）、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒの管理状態を「通常状態」から「警戒状態」に変更する。なお、警戒状態下での処理については後述する。

このように、管制領域状態管理部２０４は、複数の仮想専有領域の距離に応じて、管制領域Ｒの管理状態を変更することができる。

＜警戒状態下での離着陸誘導システムの動作＞
図９は、図７の処理によって管制領域Ｒが警戒状態に移行した場合の、離着陸誘導システムの処理を示すフローチャートであり、図１０は飛行体１ａが誘導経路Ｇａから大きく逸脱した結果、それに合わせて再設定された仮想専有領域ｒａが仮想専有領域ｒｂと重複する状態を示す概略図である。

図９のステップＳ４０では、管制領域状態管理部２０４は、エアポート側通信部２３を介して、飛行体１ａ、１ｂの夫々の飛行体側通信部１３に警報情報を送信する。なお、警報情報の送信先は、誘導経路Ｇａを大きく逸脱した飛行体１ａのみであってもよい。この場合、警報情報を受信した飛行体１ａの警報部１０２は、警報情報に基づいて音や光などの部を用いてパイロットに仮想専有領域ｒ同士が接近していることを知らせ、パイロットに離着陸誘導装置２００によって設定された誘導経路Ｇａに戻るように促す。ここで警報部１０２は接近量によって音や光の強度を高めて、緊急度を知らせるように設計してもよい。パイロットは警報情報に対して応答を飛行体側通信部１３とエアポート側通信部２３を介して離着陸誘導システムに送信する。

ステップＳ４１では、管制領域状態管理部２０４は、警報情報送信後も管制領域Ｒ内の仮想専有領域ｒの状況を監視する。

ステップＳ４２では、管制領域状態管理部２０４は、仮想専有領域ｒａ、ｒｂの距離Ｘを演算し、距離Ｘが警戒閾値Ｘ_ｔｈ以上であるかを判定する。そして、Ｘ≧Ｘ_ｔｈであればステップＳ４３に進み、Ｘ＜Ｘ_ｔｈであればステップＳ４６に進む。

ステップＳ４３では、管制領域状態管理部２０４は、飛行体１ａから応答が得られたかを確認する。そして、応答が得られない場合はステップＳ４０に戻り、応答が得られた場合はステップＳ４４に進む。なお、応答の有無は、例えば、空港管制官の音声での呼びかけに対して飛行体１ａのパイロットが音声で応答したかや、飛行体１ａが与えられた誘導経路Ｇａ上に復帰したか、等に基づいて判定することができる。

ステップＳ４４では、管制領域状態管理部２０４は、警報情報の送信を停止する。

ステップＳ４５では、管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒの状態を「警戒状態」から「通常状態」に戻した後、図７の監視処理に復帰する。

一方、ステップＳ４２からステップＳ４６に移行した場合は、管制領域状態管理部２０４は、仮想専有領域ｒａ、ｒｂの重複を確認する。そして、重複しない場合にはステップＳ４０に戻り、重複する場合はステップＳ４７に進む。なお、上記のステップＳ１６で説明したように、仮想専有領域設定部２０２は、基本的には、仮想専有領域ｒｂと重複しないように仮想専有領域ｒａを設定するが、飛行体１ａ、１ｂが近接する場合や飛行体の状態の変化（故障など）などによって、飛行体１ａの飛行に最低限必要とされる仮想専有領域ｒａを設定した場合に、仮想専有領域ｒｂと仮想専有領域ｒａとを重複して設定せざるを得ない状況になり（図１０参照）、そのような状況にはステップＳ４６からステップＳ４７に進むこととなる。

ステップＳ４７では、管制領域状態管理部２０４は、仮想専有領域ｒ同士が重複する要因となった飛行体１ａを非管制飛行体に設定する。ここで、非管制飛行体とは、管制領域Ｒ内を飛行しているが、離着陸誘導装置２００の指示に従っていないと見做された飛行体のことである。

なお、本ステップの条件に代えて、管制領域Ｒに進入した際に計画された仮想専有領域ｒの再設定回数に比べて多く仮想専有領域が再設定された飛行体、または、進入した際に設定された誘導経路Ｇからの逸脱量がより大きい方の飛行体、または、直近の逸脱量が大きい方の飛行体を、非管制飛行体に指定してもよい。

ステップＳ４８では、管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒの状態情報を「警戒状態」から、より緊急度の高い状態を示す「非常状態」に変更する。なお、非常状態での処理については後述する。

このように警戒状態の時の処理を行うことで、誘導経路Ｇからの逸脱量が大きい飛行体１ａに対して状態を把握させ、誘導経路の方向に戻ること促すため、管制領域Ｒ内の飛行体１ａ、１ｂを十分な間隔をもって誘導することができる。また、飛行体１ａが何らかの理由（障害物、故障など）で誘導経路から大きく逸脱せざるを得ないことを仮想専有領域ｒａとｒｂの距離から把握し、その場合は管制領域Ｒの状態を非常状態に移行し、非常状態の誘導を行うことができる。また、本実施例では仮想専有領域ｒが重複した場合に非常状態に移行するとしたが、閾値となる距離を設定し、それとの比較により非常状態に移行することにしてもよい。

＜非常状態下での離着陸誘導システムの動作＞
次に、管制領域Ｒが非常状態であり、飛行体１ａが非管制飛行体（管制指示に従っていない飛行体）、飛行体１ｂが管制飛行体（管制指示に従っている飛行体）である場合の、離着陸誘導システムの処理の一例を説明する。

＜＜非管制飛行体（飛行体１ａ）に関する処理＞＞
図１１は、管制領域Ｒが非常状態である場合に非管制飛行体（飛行体１ａ）に関して行われる処理を示すフローチャートである。

ステップＳ５０では、管制領域状態管理部２０４は、非管制飛行体（例えば、飛行体１ａ）に対して、非管制飛行体に指定されたことを通知する。この際に、飛行体１ａの警報部１０２の音や光の強度で示すことにしてもよい。

ステップＳ５１では、仮想専有領域設定部２０２は、非管制の飛行体１ａの周辺に、非常状態下の仮想専有領域ｒａを再設定する。この非常状態下の仮想専有領域ｒａは、非管制の飛行体１ａと管制飛行体である他の飛行体１ｂの衝突を避けるために設定される領域で、例えば非管制の飛行体１ａの周辺に通常時よりも大きな仮想専有領域として設定し、非管制の飛行体１ａの不確定な動作に対して他の管制飛行体１ｂが十分に衝突を避けられるような距離を保つようにするとよい。

ステップＳ５２では、管制領域状態管理部２０４は、非管制の飛行体１ａに対して再設定された仮想専有領域ｒａが他の飛行体の仮想専有領域ｒｂと重複するかを再度確認する。そして、重複する場合はステップＳ５０に戻り、重複しない場合は、ステップＳ５３に進む。

ステップＳ５３では、管制領域状態管理部２０４は、非管制の飛行体１ａからの応答の有無を確認する。そして、応答がない場合はステップＳ５０に戻り、応答がある場合はステップＳ５４に進む。なお、応答の有無は、ステップＳ４３と同等の方法で確認することができる。

ステップＳ５４では、管制領域状態管理部２０４は、非管制と見做した飛行体１ａが管制下に復帰したと判断し、その飛行体１ａに対する非管制飛行体の指定を解除する。

ステップＳ５５では、管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒの状態情報を「非常状態」から「警戒状態」に戻し、図９で示した警戒状態下の処理を再開する。

＜＜管制飛行体（飛行体１ｂ）に関する処理＞＞
図１２は、管制領域Ｒが非常状態である場合に管制飛行体（飛行体１ｂ）に関して行われる処理を示すフローチャートである。

ステップＳ６１では、管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒ内の全ての管制飛行体に対して管制領域Ｒが非常状態になったことを通知する。

ステップＳ６２では、仮想専有領域設定部２０２と誘導経路設定部２０３は、非管制の飛行体１ａの仮想専有領域ｒａと重複する場合など、必要に応じて、管制下の飛行体１ｂについても誘導経路Ｇｂと仮想専有領域ｒｂを再設定する。

ステップＳ６３では、管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒの状態を近隣の他エアポートまたは運航全体を統括管理するサーバ等に対して連絡する。ここでは図示しないが、他エアポートまたは運航全体統括管理サーバと通信を介して情報を伝達するとよい。また、同時に他エアポートの離着陸帯や管制領域Ｒの空き状況などの情報を収集する。

ステップＳ６４では、管制領域状態管理部２０４は、管制下の飛行体１ｂに対し、管制領域Ｒ内に留まるか、管制領域Ｒ外に退避するかの要望を問い合わせる。

ステップＳ６５では、管制領域状態管理部２０４は、管制下の飛行体１ｂの管制領域Ｒ内の待機要望の有無を確認する。そして、待機要望がある場合にはステップＳ６６に進み、待機要望が無ければステップＳ７５に進む。

ステップＳ６６では、管制領域状態管理部２０４は、管制下の飛行体１ｂの内部情報を取得する。なお、内部情報とは、管制下の飛行体１ｂの飛行可能時間、バッテリや燃料の残量、故障の有無などである。

ステップＳ６７では、管制領域状態管理部２０４は、取得した内部情報に基づき、管制下の飛行体１ｂの状態を判定する。具体的には、管制下の飛行体１ｂが正常に飛行できるか、および、十分な飛行可な時間が残されているかを判定する。そして、管制下の飛行体１ｂの状態が正常と判定された場合は、ステップＳ６８に進み、そうでなければステップＳ７５に進む。

ステップＳ６８では、飛行体位置検出部２０１は、管制下の飛行体１ｂの飛行状態を判定する。そして、管制下の飛行体１ｂが降下中の場合はステップＳ６９に進み、そうでなければステップＳ７２に進む。

ステップＳ６９では、誘導経路設定部２０３は、管制下の飛行体１ｂが降下するための誘導を継続する。

ステップＳ７０では、仮想専有領域設定部２０２と誘導経路設定部２０３は、図５に示したフローチャートに従い、管制下の飛行体１ｂについて誘導経路Ｇｂと仮想専有領域ｒｂを再設定する。

ステップＳ７１では、飛行体位置検出部２０１は、管制下の飛行体１の着陸が完了したかどうかを判定する。そして、管制下の飛行体１ｂの着陸が完了した場合は処理を終了し、着陸未完了の場合は着陸完了するまでステップＳ７０，Ｓ７１を繰り返す。

一方、ステップＳ６８で降下中ではないと判断され、ステップＳ７２に進んだ場合は、離着陸誘導装置２００は、管制下の飛行体１ｂに対し、非管制の飛行体１ａに近ければ飛行体１ａから遠ざかる誘導を継続し、非管制の飛行体１ａから遠ければ待機または従前の誘導を継続する。

ステップＳ７３では、仮想専有領域設定部２０２と誘導経路設定部２０３は、図５に示したフローチャートに従い、管制下の飛行体１ｂについて誘導経路Ｇｂと仮想専有領域ｒｂを再設定する。

ステップＳ７４では、管制領域状態管理部２０４は、管制領域Ｒの状態が非常状態から通常状態または警戒状態に復帰したかを確認し、何れかの状態に移行するまでステップＳ７３，Ｓ７４を繰り返す。

また、ステップＳ６５で管制領域Ｒ内の待機の要望がない場合、または、ステップＳ６７で故障状態または十分な飛行状態がない場合に進んだステップＳ７５では、離着陸誘導装置２００は、管制下の飛行体１ｂの状態に応じて近隣ポートへの誘導またはエアポート内の空きエリアに着陸するための誘導を行う。

ステップＳ７６では、仮想専有領域設定部２０２と誘導経路設定部２０３は、図５に示したフローチャートに従い、管制下の飛行体１ｂについて誘導経路Ｇｂと仮想専有領域ｒｂを設定する。

ステップＳ７７では、離着陸誘導装置２００は、飛行体１ｂが管制領域Ｒから離脱したことが確認されるまでステップＳ７６，Ｓ７７を繰り返す。

このような構成と処理を行う離着陸誘導装置２００によって、管制領域Ｒ内の飛行体１同士が衝突しない十分な距離を保つように、安全性を高めた離着陸を行うことができる。本実施例内で着陸と記載した箇所は離陸に当てはめても同様に安全性を高められる効果が得られる。特に多数飛行体が管制領域Ｒ内を飛行する場合や、降下上昇時の動作に自由度が高い垂直離着陸機に適用可能で離着陸の効率と誘導作業の効率化を図ることができる。

また、本実施例１では仮想専有領域ｒの距離に基づいた管制領域Ｒの状態遷移を行ったが、仮想専有領域ｒの距離に代えて、管制領域Ｒへの進入時に設定した誘導経路Ｇからの逸脱量を基に状態を遷移してもほぼ同等の効果が得られる。

また、本実施例では警戒状態から非常状態への移行を判断する際に、仮想専有領域ｒ同士の重複を判断基準として設定したが、仮想専有領域同士の距離Ｘと非常状態閾値Ｘ_ｅｍを比較し、Ｘ＜Ｘ_ｅｍとなる場合に非常状態に遷移するとしてもほぼ同等の効果が得られる。なお、非常状態は警戒状態より緊急度の高い状態であるため、非常状態に移行するための非常状態閾値Ｘ_ｅｍには、警戒状態に移行するための警戒状態閾値Ｘ_ｔｈよりも小さな値が設定される。

次に、本発明の実施例２について、図１３、図１４を用いて説明する。図１３は実施例２に係る着陸誘導システムの飛行体制御装置１００と離着陸誘導装置２００の構成を示すブロック図である。なお、実施例１と共通する構成は同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例２において、実施例１と異なるところは、実施例１ではエアポート側の離着陸誘導装置２００のみが把握していた管制領域Ｒ内の仮想専有領域Ｇの情報を飛行体１でも把握、表示できるように、仮想専有領域表示部１０３を追加した点にある。例えば、仮想専有領域表示部１０３には、図１４に示すように、飛行体１ａ、１ｂの位置と仮想専有領域ｒａ、ｒｂ、誘導経路Ｇａ、Ｇｂの情報、仮想専有領域ｒ同士の距離Ｘを示すようにするとよい。

本実施例によれば、飛行体１のパイロットは、離着陸誘導装置２００から警報情報が発生される前に、仮想専有領域ｒ同士の距離Ｘと自飛行体１の位置関係を把握できるため、仮想専有領域を考慮した障害物を回避するための軌道を検討することができる。

本実施例２によれば実施例１の効果に加えて、警戒状態、非常状態になる可能性を低減することができるため、効率的な離着陸が可能となる効果も得られる。

次に、本発明の実施例３について、図１５を用いて説明する。図１５は本発明の実施例３に係る着陸誘導システムの飛行体制御装置１００と着陸誘導装置２００の構成を示すブロック図である。なお、上記実施例と共通する構成は同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例１、２では、搭乗したパイロットが操縦したり、あるいは、人が遠隔操縦したりする飛行体１を想定していたが、本実施例では、自律飛行可能な飛行体１を想定している。このため、飛行体制御装置１００には、実施例１，２の構成に代え、誘導経路認識部１１１、情報認識部１１２、状況認識部１１３、自動飛行制御部１１４、状況判断部１１５、からなる、自律飛行用のシステムを備える。

誘導経路認識部１１１は、離着陸誘導装置２００から送信された誘導経路Ｇ情報を飛行体１で認識するための処理部である。

情報認識部１１２は、離着陸誘導システムから送信された警報情報を認識する処理部である。

状況認識部１１３は、飛行体１の内部の充電状況や機器の状態、図示しない外界センサによって取得する外部の障害物情報、気象情報などの飛行体１内外の状況を認識する処理部である。

自動飛行制御部１１４は、離着陸誘導装置２００から与えられる誘導経路Ｇの情報と状況認識部１１３で得られる飛行体１内外の情報を基に、飛行体１の飛行軌道を決定し、飛行体１を制御して飛行させる処理部である。

状況判断部１１５は、離着陸誘導装置２００から与えられる情報、状況認識部１１３が収集した情報、自動飛行制御部１１４の制御情報に基づき行き先、離着陸誘導システムへの返答などを判断する処理部である。

各処理フローは実施例１で示したものと同等だがパイロットの代わりに状況判断部１１５の応答に基づいて図９や図１１の処理フローが実行される点が異なる。そのため、飛行体１側システムが自動飛行で飛行する場合も、実施例１とほぼ同等の効果を得ることができる。

１…飛行体、
１１…本体、
１２…回転翼、
１３…飛行体側通信部、
１００…飛行体制御装置、
１０１…誘導経路表示部、
１０２…警報部、
１０３…仮想専有領域表示部、
１１１…誘導経路認識部、
１１２…情報認識部、
１１３…状況認識部、
１１４…自動飛行制御部、
１１５…状況判断部、
２…エアポート、
２１…着陸帯、
２２…管制設備、
２３…エアポート側通信部、
２４…環境情報取得部、
２００…離着陸誘導装置、
２０１…飛行体位置検出部、
２０２…仮想専有領域設定部、
２０３…誘導経路設定部、
２０４…管制領域状態管理部
Ｇ…誘導経路、
Ｒ…管制領域
ｒ…仮想専有領域

Claims (13)

1. 管制領域内の飛行体の離着陸を誘導する離着陸誘導装置であって、
   前記管制領域内の各飛行体の位置を取得する飛行体位置検出部と、
   前記各飛行体に誘導経路を設定する誘導経路設定部と、
   前記各飛行体の周囲に仮想専有領域を設定する仮想専有領域設定部と、
   前記管制領域の状態を管理する管制領域状態管理部と、
   各飛行体と通信する通信部と、を備え、
   仮想専有領域同士の距離が警報状態閾値以下である場合に、前記管制領域状態管理部は、前記管制領域の状態を警戒状態に設定するとともに、前記通信部は、警報情報を前記飛行体に送信し、
   仮想専有領域同士が重複する場合、または、前記仮想専有領域同士の距離が前記警報状態閾値より小さい非常状態閾値以下である場合に、前記管制領域状態管理部は、前記管制領域の状態を非常状態に設定するとともに、前記通信部は、非管制飛行体に指定されたことを示す情報を前記誘導経路からより大きく逸れた飛行体に送信することを特徴とする離着陸誘導装置。
2. 請求項１に記載の離着陸誘導装置において、
   前記仮想専有領域は、前記飛行体の現在位置を含み、かつ、前記誘導経路に沿って設定されることを特徴とする離着陸誘導装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の離着陸誘導装置において、
   前記仮想専有領域は、前記飛行体が回避行動をとるために必要な大きさを有しており、前記飛行体が前記仮想専有領域の縁に一定以上近づいた際に、仮想専有領域設定部によって再設定されることを特徴とする離着陸誘導装置。
4. 請求項１に記載の離着陸誘導装置において、
   前記通信部は、前記仮想専有領域が接近する要因となった飛行体に前記警報情報を送信することを特徴とする離着陸誘導装置。
5. 請求項１に記載の離着陸誘導装置において、
   前記管制領域が非常状態に設定された場合、前記仮想専有領域設定部は、前記非管制飛行体の周辺に通常状態時の仮想専有領域よりも広い仮想占有領域を設定することを特徴とする離着陸誘導装置。
6. 請求項１に記載の離着陸誘導装置において、
   前記管制領域が非常状態に設定された場合、前記誘導経路設定部は、管制下の飛行体に対し、前記非常状態及び前記飛行体の状態に応じた誘導経路を設定することを特徴とする離着陸誘導装置。
7. 請求項６に記載の離着陸誘導装置において、
   前記誘導経路設定部は、
   前記管制下の飛行体が降下前の場合には、該飛行体を管制領域外に誘導する誘導経路を設定し、
   前記管制下の飛行体が降下中の場合には、該飛行体を着陸させる誘導経路を設定することを特徴とする離着陸誘導装置。
8. 請求項６に記載の離着陸誘導装置において、
   前記誘導経路設定部は、前記管制下の飛行体に対し、前記非管制飛行体から遠ざかる方向に誘導する誘導経路を設定することを特徴とする離着陸誘導装置。
9. 請求項１に記載の離着陸誘導装置において、
   仮想専有領域同士が重複せず、または、仮想専有領域同士の距離が前記非常状態閾値より大きく、かつ、前記非管制飛行体から応答があった場合に、前記管制領域状態管理部は、前記管制領域の状態を非常状態から警戒状態に変更するとともに、前記通信部は、前記飛行体に前記非管制飛行体の指定が解除されたことを示す情報を送信することを特徴とする離着陸誘導装置。
10. 請求項９に記載の離着陸誘導装置において、
    仮想専有領域同士の距離が前記警戒状態閾値より大きく、かつ、前記飛行体から応答があった場合に、前記管制領域状態管理部は、前記管制領域の状態を警戒状態から通常状態に変更するとともに、前記通信部は、前記飛行体への前記警報情報の送信を停止することを特徴とする離着陸誘導装置。
11. 請求項１に記載の離着陸誘導装置と、
    飛行体と、を有する離着陸誘導システムであって、
    前記飛行体は、
    前記離着陸誘導装置から受信した前記誘導経路を表示する誘導経路表示部と、
    前記離着陸誘導装置から受信した前記警報情報を報知する警報部と、
    を備えることを特徴とする離着陸誘導システム。
12. 請求項１１に記載の離着陸誘導システムにおいて、
    前記飛行体は、前記離着陸誘導装置から受信した前記仮想占有領域を表示する仮想専有領域表示部を備えることを特徴とする離着陸誘導システム。
13. 管制領域内の飛行体の離着陸を誘導する離着陸誘導方法であって、
    前記管制領域内の各飛行体の位置を取得するステップと、
    前記各飛行体に誘導経路を設定するステップと、
    前記各飛行体の周囲に仮想専有領域を設定するステップと、
    前記管制領域の状態を管理するステップと、
    各飛行体と通信するステップと、
    仮想専有領域同士の距離が警報状態閾値以下である場合に、前記管制領域の状態を警戒状態に設定するとともに、警報情報を前記各飛行体に送信するステップと、
    仮想専有領域同士が重複する場合、または、前記仮想専有領域同士の距離が前記警報状態閾値より小さい非常状態閾値以下である場合に、前記管制領域の状態を非常状態に設定するとともに、非管制飛行体に指定されたことを前記誘導経路からより大きく逸れた飛行体に送信するステップと、
    を有することを特徴とする離着陸誘導方法。

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