JP2023115457A - 管制装置、及び管制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信障害や障害物などの想定しうる異常事象が発生した場合でも、航空機が高い安全性を維持したまま飛行を維持できる管制装置、及び管制方法を提供する。【解決手段】航空機に対する管制装置であって、管制装置は、複数の航空機のそれぞれに対して、通常の飛行経路である主飛行経路と、副飛行経路を最低１つ以上設定する設定部と、主飛行経路と副飛行経路が、他の航空機の主飛行経路および副飛行経路と干渉しないようにする管理部とを備え、航空機または周辺空域に関する情報を入手し、当該情報が予め設定した所定条件に合致するとき、航空機が副飛行経路により運行することを許可することを特徴とする管制装置。【選択図】図１

Description

本発明は、航空機などの、周辺の物体との衝突回避が必要な移動体の管制装置、及び管制方法に関する。

現行の航空機に対する管制業務は、例えば管制官がレーダ情報や各航空機から送信されてくる情報等に基づいて、管制官の思考や判断等に基づいて各航空機に飛行経路を指示することにより行われている。しかし今後、旅客需要の拡大や無人機の普及に伴って航空機の交通量が増加した場合、現行の管制業務のままでは管制官の負担が増大して、安全な誘導業務に支障が生じることが懸念されており、管制システムの効率化が課題となっている。

そのため、例えば特許文献１では、管制局の管理空域に存在する複数航空機に対して、管理空域に進入してから退出するまでの経路を、衝突を発生させない条件下で最適化問題を解いて与えることで管制を効率化する管制手法を提案している。

また、特許文献２では、複数の航空機の現在位置と飛行予定経路の情報から、各航空機間の距離が最短となる地点と距離を算出し、当該距離が規定値を下回ることが予想された場合、当該航空機の飛行経路を修正することで、各航空機同士の距離を規定値以上に保つ管制手法を提案している。

特開２００９－２５１７２９号公報 特開２０１３－０３３４７４号公報

実際の管制システムにおいては、例えば航空機が管制側では認識していなかった鳥の群れや雷雲などの障害物を飛行経路上に発見した場合、当該航空機は当該障害物との衝突を避けるための回避行動をとることが望ましいが、特許文献１ならびに特許文献２に記載の方法では、航空機が管制局から指示された飛行経路を逸脱することは想定されておらず、したがって当該航空機が管制局が指示した飛行経路を逸脱した場合、管制局は当該航空機周辺の航空機に対して飛行経路の再設定が必要になるが、再設定に時間を要する場合には、再設定が完了するまでの間、安全性が低下した状態が継続してしまうリスクが存在する。

また、航空機と管制局の間の通信に通信障害が発生して、通信が断絶または遅延するリスクも存在するが、特許文献１ならびに特許文献２に記載の発明は通信障害を想定しておらず、管制局から指示された飛行経路に各航空機が追従することを前提としている。そのため、飛行中に通信障害等の異常事象が発生した場合に、飛行経路を更新することができず、各航空機は自身の判断で自律的に飛行経路の安全を確保することが求められ。安全性が低下するリスクが存在する。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、通信障害や障害物などの想定しうる異常事象が発生した場合でも、航空機が高い安全性を維持したまま飛行を維持できる管制装置、及び管制方法を提供することを目的とする。

以上のことから本発明においては、「航空機に対する管制装置であって、管制装置は、複数の航空機のそれぞれに対して、通常の飛行経路である主飛行経路と、副飛行経路を最低１つ以上設定する設定部と、主飛行経路と副飛行経路が、他の航空機の主飛行経路および副飛行経路と干渉しないようにする管理部と、航空機または周辺空域に関する情報を入手し、当該情報が予め設定した所定条件に合致するとき、航空機が副飛行経路により運行することを許可する管制部を備えることを特徴とする管制装置。」としたものである。

また本発明においては、「航空機に対する管制方法であって、複数の航空機のそれぞれに対して、通常の飛行経路である主飛行経路と、副飛行経路を最低１つ以上設定し、主飛行経路と副飛行経路が、他の航空機の主飛行経路および副飛行経路と干渉しないようにし、航空機または周辺空域に関する情報が予め設定した所定条件に合致するとき、航空機が副飛行経路により運行することを許可することを特徴とする管制方法。」としたものである。

本発明によれば、通信障害や障害物などの想定しうる異常事象が発生した場合でも、航空機が高い安全性を維持したまま飛行を維持できる。

本発明の実施例によれば、通信障害の発生や障害物の発見などの想定しうる事象について、事前に管制局は当該事象の発生を所定条件とし、当該事象に対応可能な飛行経路を、当該所定条件に対応する副飛行経路として設定する。これによって、当該事象が発生した場合、システムは当該事象に対応する所定条件に対応する副飛行経路の飛行を即座に選択することが可能となり、航空機は互いに衝突するリスクを冒すことなく、確実な飛行の継続が可能となる。

本発明の実施例１に係る管制システムの機能構成例を示すブロック図。 本発明を用いて障害物を回避する際の飛行経路の模式図。 本発明の実施例２に係る管制システムの機能構成例を示すブロック図。 本発明の副飛行経路の設定例を示す模式図。 本発明の副飛行経路の区間に使用可能時間を設定した場合の模式図。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る管制システムの機能構成例を示すブロック図である。管制システムは、管制局１０と、１または複数の航空機２０が連携して構成されるシステムである。

このうち管制局１０は、設定部１１と、管理部１２と、管制部１３と、通信部１４を備えており、管制部１３は設定部１１と通信が可能であり、また管制部１３は通信部１４を介して複数の航空機２０と通信が可能である。管制局１０における設定部１１と、管理部１２と、管制部１３は、例えば地上のコンピュータ上にソフトウェアとして構築され、通信部１４は例えば電波や光を用いた無線通信装置として構築される。

各航空機２０は飛行制御部２１と飛行経路保存部２２と通信部２３を有しており、飛行経路保存部２２と飛行制御部２１はそれぞれ通信部２３を介して管制局１０と通信可能である。以下、各機能ブロック間の通信において通信部１４および通信部２３を介することが明確な場合、当該の記述を省略することがある。また、航空機２０は飛行を行う航空機であり、飛行制御部２１と飛行経路保存部２２は、例えば航空機２０に搭載されたコンピュータ上にソフトウェアとして構築され、通信部２３は例えば電波や光を用いた無線通信装置として構築される。ただし、航空機におけるシステムの構築方法はこれに限るものではなく、例えば飛行制御部２１や飛行経路保存部２２の機能をパイロット等の人によってこれを実行して、いわゆる手動運転とするものであってもよい。

以下、管制局１０側の動作を先に説明する。管制局１０での動作には、設定場面と、この設定に基づく運用場面とがある。最初に設定場面について説明する。

まず管制部１３は、管制局１０の管理空域に航空機２０が存在する場合、航空機２０の目的地点および飛行可能時間あるいは飛行可能距離あるいは航空機２０の諸元あるいは飛行性能に関するデータなどの航空機２０に関する情報Ｄ１を航空機２０内の飛行制御部２１より取得する。

その後、管制部１３は航空機２０に関する情報Ｄ１の一部または全部と、後述する副飛行経路を利用可能とするための所定条件Ｌを設定部１１に送信する。ここで所定条件Ｌとは、飛行経路上での危険を想定したものであり、例えばある空域の天候不安定などを想定する。この想定は現在の空域状態を考慮したものであっても、あるいは仮想のものであってもよい。

設定部１１は、管制部１３からの航空機２０に関する情報Ｄ１と、副飛行経路を利用可能とするための所定条件Ｌを入力し、また管理部１２と通信して他の航空機２０の飛行経路と干渉がないことを確認しながら、当該の航空機２０が通常飛行すべき経路である主飛行経路Ｄ２１と、所定条件Ｌが満たされた場合にのみ利用可能な副飛行経路Ｄ２２を１つ以上設定する。設定部１１における航空機２０ごとの飛行経路に関する情報Ｄ２（主飛行経路Ｄ２１と副飛行経路Ｄ２２）の生成は、管制空域に存在するすべての航空機２０に対して実施される。

管理部１２は、設定部１１が複数の航空機２０に対して設定した飛行経路に関する情報Ｄ２（主飛行経路Ｄ２１と副飛行経路Ｄ２２）を保存するとともに、設定部１１が飛行経路を生成する場合、当該飛行経路が他の航空機の飛行経路と干渉しないことを確認したのち、当該飛行経路に関する情報Ｄ２を保存する。

また管理部１２は、航空機の飛行経路と干渉しないことを確認された当該航空機の飛行経路の使用許可Ｄ３を設定部１１に与える。なお、使用許可Ｄ３を設定部１１に与えるタイミングは、飛行経路に関する情報Ｄ２が確定後直ちに行ってもよいし、或は運行状態の中で管制部１３の求めに応じて適宜送信するものであってもよい。

次に実際の運行場面での管制局１０側の動作について説明する。まず管制部１３は、飛行制御部２１より航空機２０に関する情報Ｄ１、および航空機２０周辺の空域に関する情報Ｄ４を受信する。他方において、主飛行経路Ｄ２１および副飛行経路Ｄ２２から適切な飛行経路を選択し、航空機２０に送信する。

次に実際の運行場面での航空機２０側の制御について説明する。飛行制御部２１は飛行経路保存部２２に保存された飛行経路情報Ｄ２をもとに、航空機２０に取り付けられた各種アクチュエータの駆動を行い、航空機２０が当該飛行経路に追従するよう制御を行うとともに、航空機２０に関する情報Ｄ１、および航空機２０周辺の空域に関する情報Ｄ４を管制部１３に送信する。また飛行経路保存部２２は、管制部１３から送信された飛行経路に関する情報Ｄ２を保存し、飛行制御部２１に送信する。

航空機２０は、航空機２０に関する情報Ｄ１、および航空機２０周辺の空域に関する情報Ｄ４を管制部１３に送信している。あるいは、パイロット判断で、航空機や飛行経路上の問題を管制局１０に送信する。これらは航空機からのアラート信号として管制局１０に認知され、管制部１３はアラート信号が予め設定した所定条件に合致するとき、アラート検知段階で副飛行経路Ｄ２２の使用許可Ｄ３を航空機２０に返信する。

本発明によれば、例えば図２に示すように管制局１０が当初に指定した主飛行経路Ｄ２１上に、例えば雷雲などの、管制局１０が把握していない回避すべき障害物３５が存在した場合でも、所定条件Ｌが満たされた場合にのみ利用可能な副飛行経路Ｄ２２に切り替え、運行することで、安全に航空機２０の管制が可能となる。

本発明を使用しない場合、例えば航空機２０は障害物３５を発見した段階で、飛行経路Ｄ２１の修正を管制局１０に要求することが考えられるが、飛行経路Ｄ２１の周辺に他の航空機の飛行経路が設定されていた場合、飛行経路Ｄ２１の修正を即座に行うことができず、航空機２０はやむなく障害物３５との衝突リスクを許容するか、他の航空機との衝突リスクが増加することを許容して飛行経路Ｄ２１から逸脱して飛行することを強いられる可能性が存在する。

一方、本発明によれば、例えば所定条件Ｌとして、主飛行経路Ｄ２１における飛行が危険であると判断された場合を事前に定義し、当該所定条件Ｌに対応する副飛行経路として例えば副飛行経路Ｄ２２を設定しておくことで、管制部１３は航空機制御部２１より障害物３５に関する情報を受けた際に、即座に副飛行経路Ｄ２２を選択し、当該飛行経路を飛行経路保存部２２に送信することで、他航空機との衝突リスクを冒すことなく安全な回避行動を指示することが可能となる。

図３は本発明の実施例２に係る管制システムの機能構成例を示すブロック図である。主飛行経路Ｄ２１ならびに所定条件Ｌならびに副飛行経路Ｄ２２の情報を航空機２０に共有する実施例における機能構成例を示すブロック図である。

実施例１では、航空機２０からのアラート信号を受けてから予め安全が確保されている副飛行経路Ｄ２２の使用許可Ｄ３を航空機２０に伝達するものとしたが、実施例２では予め安全が確保されている副飛行経路Ｄ２２を航空機２０に保持し、航空機２０側の判断で副飛行経路Ｄ２２の使用を可能としたものである。

実施例２では、実施例１に対して、管制部１３が管制部１５に、飛行経路保存部２２が飛行経路保存部２６にそれぞれ置換されるとともに、飛行経路判断部２５が追加されることで、主飛行経路Ｄ２１のみならず、所定条件Ｌならびに副飛行経路Ｄ２２を管制局１０から航空機２０に共有可能としている。

管制部１５は、管制部１３と同様に管制局１０が管理する空域である管理空域に航空機２０が存在する場合、航空機２０の目的地点と、飛行可能時間あるいは飛行可能距離あるいは航空機の諸元あるいは飛行性能に関するデータなどの航空機２０に関する情報Ｄ１を飛行制御部２１より取得する。

また管制部１５は、航空機２０に関する情報Ｄ１の一部または全部と、所定条件Ｌを設定部１１に送信し、主飛行経路Ｄ２１と所定条件Ｌに対応した副飛行経路Ｄ２２を設定部１１より取得する。そして、管制部１５は、設定した主飛行経路Ｄ２１と、所定条件Ｌおよび副飛行経路に関する情報の一部または全部を、航空機２０内の飛行経路保持部２６に送信する。飛行経路保存部２６は、管制部１５より送信された主飛行経路Ｄ２１と、所定条件Ｌおよび副飛行経路Ｄ２２に関する情報Ｄ２を保存する。

飛行経路判断部２５は、飛行制御部２１から受信した、航空機２０に関する情報Ｄ１および航空機２０周辺の空域に関する情報Ｄ４と、飛行経路保存部２６が保存する主飛行経路Ｄ２１と、所定条件Ｌおよび副飛行経路Ｄ２２に関する情報Ｄ２をもとに、適切な飛行経路を選択して飛行制御部２１に送信するとともに、選択した飛行経路の情報を管制部１５に送信する。

本実施例によれば、通信部１４と通信部２３の通信障害などによって、航空機２０が地上局１０との通信が不可能となり、管制部１５より飛行経路の指示が不可能となった場合であっても、例えば所定条件Ｌとして通信障害が発生した場合を定義し、当該所定条件Ｌに対応する飛行経路として、管制局１０の管理空域外の点や緊急着陸地点までの経路を設定することで、航空機２０は自律的に当該副飛行経路を選択することによって、他航空機との衝突リスクを上げることなく安全な回避行動を行うことが可能となる。

上記実施例では、所定条件Ｌおよび副飛行経路Ｄ２２を地上局１０と航空機２０の通信によって共有する例を示したが、所定条件Ｌおよび副飛行経路Ｄ２２の一部または全部は、事前の規則に従ってこれを共有してもよい。当該実施例では飛行経路判断部２５および飛行経路保存部２６は副飛行経路Ｄ２２に関する情報を地上局１０から飛行中に随時する必要がなくなり、通信量の削減および処理の簡素化が可能となる。

上記実施例において、航空機２０は地上局１０から与えられた各副飛行経路Ｄ２２について、その副飛行経路Ｄ２２を選択する可能性がなくなった場合、当該副飛行経路Ｄ２２の開放を地上局１０に明示的に指示しても良い。これによって、管制局１０は不要になった副飛行経路Ｄ２２の削除を行い、新たな当該副飛行経路Ｄ２２と干渉する飛行経路の設定を行うことが迅速に可能となる。

副飛行経路Ｄ２２は任意の形状または領域として設定可能であるが、特定の要件を満たすことで、安全性を高めることが可能となる。図４に設定例の一部を示す。

例えば副飛行経路Ｄ２２Ａに示すように緊急着陸地点５０までの経路とし、あるいは副飛行経路Ｄ２２Ｂに示すように管理空域５２の外の点までの経路とした場合、航空機２０は副飛行経路Ｄ２２Ａ、あるいはＤ２２Ｂでの飛行を開始したのち、管制局１０との通信を必要とすることなく、また、他の航空機の飛行経路との干渉のおそれなく、飛行を終了または管制局１０の管理空域外へ移動することが可能となる。そのため、管制局１０の機能が故障等によって停止した際でも、安全な航行の継続が可能となる。

例えば副飛行経路Ｄ２２Ｃに示すような円環状の経路や、副飛行経路Ｄ２２Ｄに示す領域のように、航空機２０が継続的に飛行可能な経路または領域とした場合、航空機２０は副飛行経路Ｄ２２Ｃ、Ｄ２２Ｄでの飛行を開始したのち、管制局１０からの新たな飛行経路の指示を長時間にわたって待機することが可能となる。

上記の実施例１および実施例２では、副飛行経路Ｄ２２は簡便のため水平面内での経路または領域として図示したが、実際には航空機は高度方向の移動も可能であり、高度方向も含めて立体的に経路または領域を設定してもよい。

上記の実施例１および実施例２では、副飛行経路Ｄ２２の形状の一例を示したが、これらの一部または全部の組み合わせも副飛行経路として考えられる。

副飛行経路Ｄ２２は、その一部または全部の区間について、当該区間の使用可能時間を設定してもよい。図５は、本発明の管制システムの一実施形態において、副飛行経路Ｄ２２の区間に使用可能時間を設定した場合の一例を示す図である。

航空機２０Ｂは副飛行経路Ｄ２２１を用いて、航空機２０Ａは副飛行経路Ｄ２２３と副飛行経路Ｄ２２２を用いて、それぞれ緊急着陸地点５０への着陸が計画されている。ここで、副飛行経路Ｄ２２１からＤ２２３に傍記された時間は、当該飛行経路区間に設定された使用可能時間を示す。

副飛行経路の区間に使用可能時間が設定されていない場合、副飛行経路Ｄ２２１と副飛行経路Ｄ２２２は干渉してしまうため、このような副飛行経路を設定することは不可能であるが、副飛行経路の区間に使用可能時間を規定することで、当該副飛行経路を飛行する機体同士が衝突するリスクを回避して同一空間を利用する副飛行経路の設定が可能となる。このため、管理空域の利用効率を高めることが可能となる。

もしくは同一空間を利用する副飛行経路を利用するための所定条件Ｌとして、当該副飛行経路を先行して飛行する機体が当該飛行経路の利用を終えたことを確認した場合としても良い。本例では、例えば副飛行経路Ｄ２２２を利用するための所定条件Ｌを、航空機２０Ｂが副飛行経路Ｄ２２１の利用を終えたことを確認した場合とすることで、航空機２０Ａは航空機２０Ｂからの通信などの手段で当該所定条件Ｌが満たされたことを確認して、安全に副飛行経路Ｄ２２２へ進入することが可能となり、管理空域の利用効率を高めることが可能となる。

なお管理部１２において、飛行経路の干渉を判断する手法は様々な手法が考えられるが、例えば飛行経路の周辺に、航空機の寸法と測位性能と制御誤差と許容逸脱範囲の一部または全部をあわせた距離を加えた距離を持たせた円筒状等の空間を仮想占有区間として定義し、当該仮想占有空間同士の接触の有無によって、干渉の有無を判定する手法が考えられる。

以上のように、本発明の実施例について説明してきたが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、上述した以外の様々な変形例も含まれる。例えば上記した実施例に設けられた全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を削除したり、他の構成に置き換えたりすることも可能である。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０：管制局、１１：設定部、１２：管理部、１３：管制部、１４：通信部、１５：管制部、２０：航空機、２１：飛行制御部、２２：飛行経路保存部、２３：通信部、２５：飛行経路判断部、２６：飛行経路保存部、Ｄ２１：主飛行経路、Ｄ２２：副飛行経路、３５：障害物、Ｄ２２Ａ：副飛行経路、Ｄ２２Ｂ：副飛行経路、Ｄ２２Ｃ：副飛行経路、Ｄ２２Ｄ：副飛行経路、５０：緊急着陸地点、５２：管理区域境界線、２０Ｂ：航空機、２０Ｂ：航空機、Ｄ２２１：副飛行経路、Ｄ２２３：副飛行経路、Ｄ２２２：副飛行経路

Claims (11)

1. 航空機に対する管制装置であって、
   管制装置は、複数の航空機のそれぞれに対して、通常の飛行経路である主飛行経路と、副飛行経路を最低１つ以上設定する設定部と、
   前記主飛行経路と前記副飛行経路が、他の航空機の主飛行経路および副飛行経路と干渉しないようにする管理部と、
   航空機または周辺空域に関する情報を入手し、当該情報が予め設定した所定条件に合致するとき、前記航空機が前記副飛行経路により運行することを許可する管制部を備えることを特徴とする管制装置。
2. 請求項１に記載の管制装置であって、
   前記管制部は、前記航空機から航空機あるいは周辺空域に関する前記情報を入手し、当該情報が予め設定した所定条件に合致するとき、前記航空機が前記副飛行経路により運行することを許可する信号を前記航空機に送信することを特徴とする管制装置。
3. 請求項１に記載の管制装置であって、
   前記管制部は、前記設定部により定め、前記管理部により他の航空機の主飛行経路および副飛行経路と干渉しないように確認された前記主飛行経路と前記副飛行経路を、前記所定条件とともに、前記航空機に送信しておき、
   前記副飛行経路での運行を前記航空機で判断することを特徴とする管制装置。
4. 請求項１に記載の管制装置であって、
   前記設定部は、各航空機の目的地点と、飛行可能時間あるいは飛行可能距離あるいは諸元あるいは飛行性能などの航空機に関する情報を用いて、前記副飛行経路を設定することを特徴とするの管制装置。
5. 請求項１に記載の管制装置であって、
   前記設定部は、副飛行経路を管制圏外の点を終点とする飛行経路、もしくは着陸地点を終点とする飛行経路、もしくはホバリングに必要な空間、もしくは円環状等の継続的に飛行が可能な経路または空域、もしくは指定高度範囲の空間、もしくはこれらの組み合わせを含む飛行経路を設定することを特徴とする管制装置。
6. 請求項１に記載の管制装置であって、
   前記設定部は、副飛行経路上の一部または全部の区間について、当該区間の使用可能時間を規定することを特徴とする管制装置。
7. 請求項１に記載の管制装置であって、
   前記管理部は、飛行経路の周囲に航空機の寸法と測位性能と制御誤差と許容逸脱範囲の一部または全部から規定される仮想占有空間を定義し、仮想占有空間同士の接触の有無によって干渉有無を管理することを特徴とする管制装置。
8. 請求項１に記載の管制装置であって、
   前記管制部により共有された副飛行経路の一部または全部について、当該副飛行経路を用いた飛行を行う可能性がなくなった場合、前記管制部は当該副飛行経路が不要であることを前記航空機から受信することを特徴とする管制装置。
9. 航空機に対する管制方法であって、
   複数の航空機のそれぞれに対して、通常の飛行経路である主飛行経路と、副飛行経路を最低１つ以上設定し、前記主飛行経路と前記副飛行経路が、他の航空機の主飛行経路および副飛行経路と干渉しないようにし、航空機または周辺空域に関する情報が予め設定した所定条件に合致するとき、前記航空機が前記副飛行経路により運行することを許可することを特徴とする管制方法。
10. 請求項９に記載の管制方法であって、
    前記航空機から航空機あるいは周辺空域に関する前記情報を入手し、当該情報が予め設定した所定条件に合致するとき、前記航空機が前記副飛行経路により運行することを許可する信号を前記航空機に送信することを特徴とする管制方法。
11. 請求項９に記載の管制方法であって、
    他の航空機の主飛行経路および副飛行経路と干渉しないように確認された前記主飛行経路と前記副飛行経路を、前記所定条件とともに、前記航空機に送信しておき、前記副飛行経路での運行を前記航空機で判断することを特徴とする管制方法。

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