JP2024011010A - 積載物管理装置及び積載物管理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】回転翼型の航空機が安全に積載可能な重量を算出し、輸送効率の低下を抑制し、回転翼型航空機の飛行安全性を向上させる積載物管理装置を提供する。【解決手段】積載物管理装置1は、回転翼型の移動体20A~20Cに積載する積載物25A~25Dを管理する。積載物管理装置1は、移動体20A~20Cが飛行する空域の気象予測データを取得する気象予測データ取得部2と、気象予測データ取得部2が取得した気象予測データと、移動体20A~20Cの諸元と、飛行予定経路31とに基づき、移動体20A~20Cに働く外乱を予測する外乱予測部3と、移動体20A~20Cの積載可能重量範囲を、外乱予測部3が予測した外乱と、移動体20A~20Cの諸元とを用いて決定する積載重量決定部4と、積載重量決定部4が決定した積載可能重量範囲を出力する積載重量出力部5と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、積載物品管理装置及び積載物管理方法に関する。
回転翼型の航空機は、積載重量が増減すると機体の運動特性が変動するために、機体の安定性や航続距離等の機体性能が変動する。そのため、積載重量の影響を見誤った場合、機体の安定性低下や、航続距離不足による不時着等が発生するリスクが存在する。
当該リスクに対応するため、例えば特許文献1では、無人航空機を用いた農薬散布などの積載重量が大きく変動する用途において、無人航空機が飛行中に自機の重量を推定し、推定結果に基づいて制御則を当該重量に適したものに変更することで安定性を高める手法を提案している。
また、特許文献2では、無人航空機の積載重量と積載された蓄電池の蓄電容量を元に、無人航空機が飛行可能な航続距離を算出し、表示することで、運用者が飛行ルートの決定を安全かつ容易に行えるようにする手法を提案している。
回転翼型の航空機で貨物や旅客の輸送を行う場合、輸送効率向上の観点からは、回転翼型の航空機の積載重量をできる限り多くして運行することが望ましい。
一方で、回転翼型の航空機は機体の前後左右の各領域で発生する推力の和によって積載重量を支持しつつ、推力の差によって発生する回転モーメントによって機体の姿勢を制御しており、各領域で発生可能な最小推力ならびに最大推力は機械的制約や航空力学的制約によって制限されている。
そのため、強風などの外乱が大きい環境下で外乱に対抗して姿勢を制御しようとした場合、積載重量が過大な場合には、積載重量の支持に必要な推力と最大推力のマージンが小さいために、姿勢維持に必要な回転モーメントを生じることができず、不安定化するリスクが存在する。積載重量が過小な場合には、積載重量の支持に必要な推力と最小推力のマージンが小さいために、姿勢維持に必要な回転モーメントを生じることができず、不安定化するリスクが存在する。
特許文献1および特許文献2では、それぞれ与えられた積載重量に応じて安全性を向上させる技術が提案されているが、航空機の積載重量を事前に決定するものではなく、したがって不適切な積載重量で飛行してしまう可能性が有る。不適切な積載重量に対しては、航空機の安全性を確保することが困難な場合が生じる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、輸送効率の低下を抑制しつつ、回転翼型航空機の飛行安全性を向上させる積載物管理装置及び積載物管理方法を提供することである。
本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成される。
回転翼型の移動体に積載する積載物を管理する積載物管理装置において、回転翼型の前記移動体が飛行する空域の気象予測データを取得する気象予測データ取得部と、前記気象予測データ取得部が取得した気象予測データと、回転翼型の前記移動体の諸元と、飛行予定経路とに基づいて、回転翼型の前記移動体に働く外乱を予測する外乱予測部と、回転翼型の前記移動体の積載可能重量範囲を、前記外乱予測部が予測した外乱と、回転翼型の前記移動体の諸元と、を用いて決定する積載重量決定部と、前記積載重量決定部が決定した前記積載可能重量範囲を出力する積載重量出力部と、を備える。
また、回転翼型の移動体に積載する積載物を管理する積載物管理装置の積載物管理方法において、回転翼型の前記移動体が飛行する空域の気象予測データを取得し、前記気象予測データと、回転翼型の前記移動体の諸元と、飛行予定経路とに基づいて、回転翼型の前記移動体に働く外乱を予測し、回転翼型の前記移動体の積載可能重量範囲を、予測した前記外乱と、回転翼型の前記移動体の諸元と、を用いて決定する。
本発明によれば、回転翼型の航空機が安全に積載可能な重量を算出することで、輸送効率の低下を抑制しつつ、回転翼型の航空機の飛行安全性を向上させる積載物管理装置及び積載物管理方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1に係る積載物管理装置1の機能構成例を示すブロック図である。
図1は、本発明の実施例1に係る積載物管理装置1の機能構成例を示すブロック図である。
図1において、積載物管理装置1は、気象予測データ取得部2と、外乱予測部3と、積載重量決定部4と、積載重量出力部5とを有する装置であり、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る。ただし、積載物管理装置1をハードウエアで構築することも可能である。
回転翼型の移動体である航空機20Aは、例えば電波や光を用いた無線通信または電線を用いた有線通信によって積載物管理装置1と通信可能である。気象予測提供サービス21は、例えば、気象庁の提供する気象予測データや、民間事業者によって提供される気象予測データである。
例えば、インターネット回線を通して積載物管理装置1と通信可能である。ここで、積載作業者22は、航空機20Aに積載する貨物(積載物)や旅客等を決定する作業者である。
表示端末9は、積載物管理装置1が管理するデータを表示することができ、積載作業者22は、表示端末9が表示するデータを確認することができる。
以下、積載物管理装置1の動作を説明する。
まず、気象予測データ取得部2は、気象予測提供サービス21より、積載物管理装置1が管理する空域(航空機20Aが飛行する空域)の気象予測データを取得する。ここで、気象予測データとは、例えば、風況や気温や気圧や湿度や降雨や降雪などの、航空機20Aの飛行に影響を与える気象条件に関する予測データである。
次に、外乱予測部3は、航空機20Aから航空機20Aの諸元(性能、性質、形態、素材、材質等の個々の要素の仕様やデータ)と飛行予定経路を取得し、気象予測データ取得部2から気象予測データを取得する。そして、当該飛行予定経路と当該気象予測データから、航空機20Aが当該飛行予定経路を飛行する際の機体周辺の気象条件を取得する。
そして、当該気象条件と航空機20Aの諸元を元に、航空機20Aに働く外乱を予測する。ここで、外乱とは例えば風によって航空機20Aの機体に働く外力や、低温によるバッテリー性能低下や着氷による空力性能低下などである。
次に、積載重量決定部4は、航空機20Aから取得した航空機20Aの諸元および飛行予定経路と、外乱予測部3から出力された外乱をもとに、航空機20Aが安定して飛行可能な積載可能重量範囲を算出する。積載重量決定部4は、回転翼型の航空機20Aの姿勢変化または位置変化を規定値以下にするために必要な回転翼型の航空機20Aの積載可能重量範囲を、外乱予測部3が予測した外乱と、回転翼型の航空機20Aの諸元とから決定する。ここで、上記規定値とは、航空機20Aが安定して飛行可能とするための姿勢変化または位置変化の限界値である。
次に、積載重量出力部5は、積載重量決定部4が算出した積載可能重量範囲を、積載作業者22に通知する。積載作業者22に積載可能重量範囲を通知する方法は、例えば、積載物管理装置1に備え付けられた出力画面を用いた表示や、通信を用いて作業者22が保有する表示端末9にデータを送信する方法等が考えられる。
積載重量出力部5は、積載可能重量範囲を回転翼型の航空機20Aに送信し、回転翼型の航空機20Aは、積載する積載物の積載重量が積載可能重量範囲に収まっていることを確認し、収まっていない場合には、積載重量が積載可能重量範囲に収まっていないことを表示端末9に送信し、表示端末9により表示させる。
本発明の一実施例によれば、積載作業者22は積載重量管理装置1の出力する積載可能重量範囲に応じて、積載物の重量が当該積載可能重量範囲に収まるように、積載物を選択することによって、容易に航空機20の安全性を維持しながら、積載物を選択することが可能となる。
本発明を使用しない場合、例えば積載作業者22はどのような気象条件でも安定して航空機20が飛行できるよう、実際に積載可能な重量よりも少ない貨物や旅客を航空機20に積載したり不要なバラストを積載することで、輸送コストの増大を招いたり、不適切な積載重量で航空機20を飛行させ、安定性を低下させる可能性が存在する。
ここで、積載重量決定部4が積載可能重量範囲を算出する手法の一例を以下に示す。
積載可能重量範囲を算出する一例のブロック図を図2に示す。図2のブロック図に示されたシミュレーション方法を用いて、積載重量33を順次変化させながら、航空機20Aが飛行予定経路31を、外乱32を受けながら飛行した際の位置および姿勢35の変動を予測し、予測した変動が規定値以下となる積載可能重量範囲を算出する。
ここで、機体制御系36は、航空機20Aを制御する制御則を示し、機体モデル37は物理的特性によって決定される航空機20Aの運動モデルを示し、機体モデル37は機体制御系36からの制御指令34と、外乱32を元に航空機20Aの位置・姿勢の予測を行う。
航空機20Aの諸元は、機体制御系36と機体モデル37に反映され、航空機20Aの飛行予定経路は飛行予定経路31に反映され、シミュレーションが行われる。
また、本発明の実施例1では、図3に示すように、事前に風速等の外乱32に対して、航空機20Aが姿勢変化または位置変化またはその両方を規定値以下に保って飛行可能な安定境界線40を求めておく。
図3において、安定境界線40の上方領域が飛行不可能領域であり、安定境界線40の下方領域が飛行可能領域である。そして、外乱予測部3が出力した外乱32に応じて、当該外乱32と当該安定境界線40との交点から、積載可能重量範囲を算出する。積載重量決定部4は、外乱の値と積載物の積載重量との関係から移動体である航空機20Aが安定して飛行可能な安定境界線と、予測された外乱の値との交点から移動体である航空機20Aに積載される積載物の重量を決定する。
以上のように、本発明の実施例1によれば、航空機20Aが飛行する飛行予定経路31の気象予測データと、外乱32と、航空機20Aの諸元とに基いて、航空機20Aが安定して安全に飛行可能な積載可能重量範囲を算出して、表示端末9等の表示装置に表示するように構成したので、輸送効率の低下を抑制しつつ、回転翼型の航空機20Aの飛行安全性が向上された積載物管理装置及び積載物管理方法を提供することができる。
(実施例2)
次に、本発明の実施例2について説明する。
次に、本発明の実施例2について説明する。
図4は、本発明の実施例2に係る積載物管理装置1の機能構成例を示すブロック図である。
実施例2は、全体積載物管理装置7の内部に、一機または複数(図示した例では3機)の航空機(移動体)20A、20B、20Cに対して、それぞれ動作する複数(図示した例では3つ)の積載物管理装置1と、輸送計画部6を内包し、複数の航空機20A、20B、20Cに対する積載物の効率的な管理を可能としたものである。
積載物リスト8は、一機または複数の航空機20A、20B、20Cによって輸送されるべき積載物に関するデータであり、例えば宛先や重量などの情報を保持したデータである。積載物リスト8は、例えばコンピュータ上の記録媒体のなかに実装される。
また、輸送計画部6は、例えば積載物管理装置1と共に、地上のコンピュータ上に構築されるソフトウェアである。
輸送計画部6は、各積載物管理装置1から各航空機20A、20B、20Cの積載可能重量範囲を、各航空機20A、20B、20Cから飛行予定経路を、積載物リスト8から複数の積載物の重量と宛先をそれぞれ受信し、当該情報より、各航空機20A、20B、20Cに積載する積載物を割当て、当該割当結果を積載作業者22が観察することができる表示端末9(図4では図示を省略する)に出力する。
輸送計画部6は、各航空機20A、20B、20Cに積載する積載物を割り当てる際には、目的に応じて様々な割当を行うことが可能である。例えば、宛先を同じにする積載物と、当該宛先に飛行する航空機20A、20B、20Cを抽出し、航空機20A、20B、20Cのうちの該当する航空機に積載される積載物の積載重量を最大化するよう、割り当てを行うことが考えられる。
本発明の実施例2を適用しない場合、例えば、実施例1の方法では、図5に示すように、積載可能重量の異なる航空機20A、20B、20Cと複数の積載物である貨物25(25A、25B、25C、25D)が存在する場合を想定する。
航空機20Aの積載可能重量範囲は50~60kg、航空機20Bの積載可能重量範囲は20~40kg、航空機20Cの積載可能重量範囲は20~40kgとする。そして、貨物25Aは10kg、貨物25Bは20kg、貨物25Cは30kg、貨物25Dは50kgとする。
図5に示すように、最初に航空機20Aの積載量を最大化するために貨物25A、25B、25Cを航空機20Aに積載すると、積載重量は60kgとなり、航空機20Aの積載可能重量範囲の最大重量となる。
残された貨物25Dは50kgであるため、航空機20Bおよび20Cの積載可能範囲を超過する。よって、貨物25Dは、航空機20Bおよび20Cには積載できず、積み残しが発生する。
ここで、実施例2によれば、輸送計画部6により、複数の航空機20A、20B、20Cの全てに対して、複数の貨物25A、25B、25C、25Dを適切に分配することにより、複数の航空機20A、20B、20C間で積載する重量の最適化が可能となり、航空機20A、20B、20Cの積載可能重量範囲の制限を満たしたうえで、貨物25A、25B、25C、25Dを適切に積載することが可能となる。
図6に示した例では、航空機20Aに貨物25D(50kg)を積載し、航空機20Bに貨物A(10kg)及び貨物25B(20kg)を積載し、航空機20Cに貨物25C(30kg)を積載する。
図7は、表示端末9の表示部9Dに表示される各航空機20A、20B、20Cに積載される貨物の表示例である。表示端末9の表示部9Dにおける左上部に表示された航空機20A、20B、20Cのマークのうちのいずれかを選択してタッチすることにより、表示画面の中央左領域に選択された航空機が表示され、中央右領域に選択された航空機の積載可能重量範囲と、積載される貨物と、その貨物の重量が表示される。
図7には、航空機20Bが選択された例が示され、選択された航空機20Bと、選択された航空機20Bの積載可能重量範囲20~50kgと、積載される貨物Aの重量(10kg)と、貨物B(20kg)とが、表示部9Dに表示されている。
積載作業者22は、表示端末9の表示部9Dに表示された内容に基づいて、積載作業を行うことができる。
表示端末9の表示部9Dには、図7に示したような表示内容の他に、図3に示したグラフを別画面として表示してもよい。
また、過誤により、その航空機の積載重量可能範囲外の貨物が指定されていた場合には、表示端末9の表示部9Dに注意喚起の表示(赤色表示等)を行うことも可能である。
実施例2によれば、複数の航空機20A、20B、20Cが飛行する飛行予定経路31の気象予測データと、外乱32と、航空機20A、20B、20Cの諸元とに基いて、複数の航空機20A、20B、20Cが安定して安全に飛行可能な積載可能重量範囲を算出して、表示端末9等の表示装置に表示するように構成したので、輸送効率の低下を抑制しつつ、回転翼型の複数の航空機20A、20B、20C飛行安全性が向上された積載物管理装置及び積載物管理方法を提供することができる。
また、実施例2によれば、複数の航空機20A、20B、20Cの積載可能重量範囲の制限を満たしたうえで、複数の貨物25A、25B、25C、25D25を適切に積載することが可能となる。
なお、上記実施例1および実施例2では、積載重量出力部5は、積載可能重量範囲を積載作業者22に通知する例や輸送計画部6に出力する例を示したが、積載重量出力部5は、積載可能重量範囲を航空機20A、20B、20Cに通知してもよい。
本発明の実施例1及び2においては、航空機20A、20B、20Cは、自機または駐機場等に備え付けられた重量計測装置を用いて、実際に積載されている積載物重量を計測し、積載物重量を積載可能重量範囲と比較することで、飛行前に確実に積載重量が積載可能重量範囲に収まっていることを確認できる。
本発明によれば、積載作業者22のヒューマンエラー等によって、積載物重量が不適切となった場合であっても、それを検知し、危険な状態で飛行するリスクを低減することが可能となる。
上記実施例2において、飛行予定経路および飛行予定時刻の一方もしくはその両方を変更する必要が生じた場合は、輸送計画部6は、航空機20A、20B又は20Cの飛行予定経路および飛行予定時刻の一方もしくはその両方の変更を航空機20A、20B又は20Cに指示し、当該変更後の飛行予定経路について、積載可能重量範囲を決定するように、外乱予測部3、積載重量決定部4および積載重量出力部5に指示する機能を有するように構成することもできる。
上記実施例2によれば、例えば、特定の宛先への積載物が過大となった際に、積載物が少ない宛先へ飛行予定であった航空機20A、20B又は20Cの一部の飛行予定経路を変更したり、気象条件が悪い時間を避けることで各航空機20A、20B又は20Cの積載可能重量を増加させたりすることで、積載物の積み残しが発生するリスクを低減することができる。
上記実施例2によれば、例えば特定の宛先への積載物が過大となった際に、積載物が少ない宛先へ飛行予定であった航空機20A、20B又は20Cの一部の飛行予定経路を変更し、積載物の積み残しが発生するリスクを低減することができる。
また、上記実施例2において、積載物リスト8は積載物の重量に加えて、積載物の形状に関するデータ(情報)を保持しており、輸送計画部6は各積載重量管理装置1の外乱予測部3ならびに積載重量決定部4に、積載物リスト8に保持された、当該航空機20に積載を予定する予定積載物の形状に関するデータ(情報)を送信し、送信した形状を有する予定積載物を当該航空機20A、20B又は20Cに積載した状態での積載可能重量範囲を算出するように指示する機能を有しても良い。つまり、積載物25A~25Dの形状に関する情報に基づいて、形状を有する積載物25A~25Dを航空機20A~20Cに積載した状態での積載可能重量範囲を算出する。
また、上記実施例2においては、複数の積載物管理装置1を備えることとしたが、積載物管理装置1を一つとして、気象予測データ取得部2、外乱予測部3、積載重量決定部4及び積載重量出力部5のそれぞれが、複数の航空機20A、20B及び20Cに対する情報(気象予測データ、外乱、積載重量)の取得等を行うように構成することもできる。
また、上記実施例2によれば、例えば積載物の体積が大きい場合など、積載物を積載することが航空機20A、20B又は20Cの空力特性や運動特性に大きく影響するような場合に、積載を予定する予定積載物の形状に関するデータ(情報)を外乱予測部3ならびに積載重量決定部4に送信することより、正確に積載可能重量範囲を求めることが可能となる。
1・・・積載物管理装置、2・・・気象予測データ取得部、3・・・外乱予測部、4・・・積載重量決定部、5・・・積載重量出力部、6・・・輸送計画部、7・・・全体積載物管理装置、8・・・積載物リスト、9・・・表示端末、9D・・・表示部、20A、20B、20C・・・航空機、21・・・気象予測サービス、22・・・積載作業者、25A、25B、25C、25D・・・貨物(積載物)、31・・・飛行予定経路、32・・・外乱、33・・・積載重量、34・・・制御指令、35・・・位置・姿勢、36・・・機体制御系、37・・・機体モデル、40・・・安定境界線
Claims (11)
- 回転翼型の移動体に積載する積載物を管理する積載物管理装置において、
回転翼型の前記移動体が飛行する空域の気象予測データを取得する気象予測データ取得部と、
前記気象予測データ取得部が取得した気象予測データと、回転翼型の前記移動体の諸元と、飛行予定経路と、に基づいて、回転翼型の前記移動体に働く外乱を予測する外乱予測部と、
回転翼型の前記移動体の積載可能重量範囲を、前記外乱予測部が予測した外乱と、回転翼型の前記移動体の諸元と、を用いて決定する積載重量決定部と、
前記積載重量決定部が決定した前記積載可能重量範囲を出力する積載重量出力部と、
を備えることを特徴とする積載物管理装置。 - 請求項1に記載の積載物管理装置において、
表示端末を備え、
前記積載重量出力部は、前記積載可能重量範囲を回転翼型の前記移動体に送信し、回転翼型の前記移動体は、積載する前記積載物の積載重量が前記積載可能重量範囲に収まっていることを確認し、収まっていない場合には、積載重量が前記積載可能重量範囲に収まっていないことを前記表示端末に送信し、前記表示端末により表示させることを特徴とする積載物管理装置。 - 請求項1または請求項2に記載の積載物管理装置において、
複数の前記移動体のそれぞれの積載可能重量範囲と、輸送する積載物に関する情報と、に基づいて、複数の前記移動体のそれぞれに積載する前記積載物を決定する輸送計画部を備え、
前記積載重量決定部は、
前記気象予測データ取得部が取得した複数の前記移動体が飛行する空域の気象予測データ、複数の前記移動体の諸元、および前記飛行予定経路に基づいて、前記外乱予測部により予測された複数の前記移動体のそれぞれに働く外乱と、
複数の前記移動体の前記諸元と、
を用いて、複数の前記移動体の姿勢変化または位置変化を規定値以下にするために必要な複数の前記移動体のそれぞれの積載可能重量範囲を決定することを特徴とする積載物管理装置。 - 請求項3に記載の積載物管理装置において、
前記輸送計画部は、前記移動体の飛行予定経路または飛行予定時刻を変更する必要性が生じた場合は、前記飛行予定経路または前記飛行予定時刻の変更を前記移動体に指示し、変更後の前記飛行予定経路について、前記積載可能重量範囲を出力するように、前記外乱予測部、前記積載重量決定部および前記積載重量出力部に指示することを特徴とする積載物管理装置。 - 請求項3に記載の積載物管理装置において、
複数の前記移動体に積載を予定する前記積載物の形状に関する情報を保持する積載物リストを備え、
前記輸送計画部は、前記積載物リストに保持された前記積載物の形状に関する情報を、前記外乱予測部および前記積載重量決定部に送信し、前記形状を有する前記積載物を前記移動体に積載した状態での積載可能重量範囲を算出するように指示することを特徴とする積載物管理装置。 - 請求項5に記載の積載物管理装置において、
前記積載重量決定部は、前記外乱の値と前記積載物の積載重量との関係から前記移動体が安定して飛行可能な安定境界線と、予測された前記外乱の値との交点から前記移動体に積載される前記積載物の重量を決定することを特徴とする積載物管理装置。 - 回転翼型の移動体に積載する積載物を管理する積載物管理装置の積載物管理方法において、
回転翼型の前記移動体が飛行する空域の気象予測データを取得し、
前記気象予測データと、回転翼型の前記移動体の諸元と、飛行予定経路とに基づいて、回転翼型の前記移動体に働く外乱を予測し、
回転翼型の前記移動体の積載可能重量範囲を、予測した前記外乱と、回転翼型の前記移動体の諸元と、を用いて決定することを特徴とする積載物管理方法。 - 請求項7に記載の積載物管理方法において、
前記積載可能重量範囲を回転翼型の前記移動体に送信し、回転翼型の前記移動体は、積載する前記積載物の積載重量が前記積載可能重量範囲に収まっていることを確認し、収まっていない場合には、積載重量が前記積載可能重量範囲に収まっていないことを表示端末により表示させることを特徴とする積載物管理方法。 - 請求項7または請求項8に記載の積載物管理方法において、
複数の前記移動体が飛行する空域の気象予測データ、複数の前記移動体の諸元、および前記飛行予定経路に基づいて、予測された複数の前記移動体のそれぞれに働く前記外乱と、
複数の前記移動体の前記諸元と、
を用いて、複数の前記移動体の姿勢変化または位置変化を規定値以下にするために必要な複数の前記移動体のそれぞれの積載可能重量範囲を決定し、
複数の前記移動体のそれぞれの積載可能重量範囲と、輸送する積載物に関する情報とに基づいて、複数の前記移動体のそれぞれに積載する前記積載物を決定することを特徴とする積載物管理方法。 - 請求項9に記載の積載物管理方法において、
前記移動体の飛行予定経路または飛行予定時刻を変更する必要性が生じた場合は、前記移動体の飛行予定経路または飛行予定時刻を変更し、変更後の前記飛行予定経路について、前記積載可能重量範囲を決定することを特徴とする積載物管理方法。 - 請求項9に記載の積載物管理方法において、
複数の前記移動体に積載を予定する前記積載物の形状に関する情報を保持する積載物リストに保持された前記積載物の形状に関する情報に基づいて、前記形状を有する前記積載物を前記移動体に積載した状態での積載可能重量範囲を算出することを特徴とする積載物管理方法。
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