JP3936336B2 - 空港地図表示システム及びデータ交換方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機地上誘導システム（ＳＧＳ、surface guidance systems）に関し、特に、航空機搭載のディスプレイシステムに空港の地図データを送るための通信交換に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の地上誘導を向上させることには、多大な関心が寄せられている。航空機が空港の滑走路に着陸すると、次のステップは航空機を乗客乗降ゲート等の所定の目的地までタキシングすることである。空港を構成する多数の滑走路やタキシーウェイ、ランプ、建物に囲まれて、パイロットは混乱したり迷ったりしがちである。この問題は、大空港でより深刻であり、多数の照明灯のため航空機を所定の目的地までタキシングさせるのがより難しくなる夜間は特に深刻である。
【０００３】
効率的なタキシングを行なえば、時間とコストが節約される。空港が混雑するにつれ、航空機が滑走路とゲートの間のタキシングに多大な時間を費やすことが多くなっている。パイロットが、間違ったターンをしたり、迷ったり、滑走路やタキシーウェイを間違えたりした場合は、タキシング時間は更に長くなる。更には、間違ったターン或いは走行ミスは、空港内の他の航空機に遅れを生じる。
【０００４】
空港地上誘導能力の主要な特徴として、空港の地図をパイロットが容易に利用できる形態で示す機能がある。この空港地図を表示する従来のアプローチとしては、パイロットの視野の前方に表示を行なうヘッドダウンディスプレイ（ＨＤＤ、head-down display）上に該情報を表示するアプローチがある。パイロットは通常、地上管制官によって許可されたタキシー経路を入力或いは選択する。空港地図は、航空機の現在位置を示し、また、タキシー経路も空港地図に重ねて表示される。この空港地図によって、パイロットはタキシー指示に対して航空機の位置を認識できる。地上誘導用の実用的なアビオニクスの導入に関する重要な様相には、ディスプレイスクリーンに空港地図を適切に表示するのに通常必要とされる大量のデータを転送するための通信バス或いはデータリンクを設けることが一般に含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空港地図システムを実際に導入する上での障害は、空港の地図を分かりやすく表示、好ましくは、タキシー経路や航空機の現在位置を空港の地図に重ね合わせて表示しなければならないことである。従来のアビオニクスシステムにおいては、空港地図の表示を、その空港地図をデジタル画像として記憶することによって行なっている。このアプローチは機能するが、この空港地図の表示方法では、各空港毎に大量のメモリを必要とする。空港地図のデジタル表示一個につき、１ギガバイトを超える量のメモリが消費される。更には、これらのデジタル地図では、表示システムへと地図データを送ることに対応した高速な通信バスが必要とされる。このような高速通信バスの必要性は、アビオニクスシステムの多くが限られたデータ記憶容量しか有さず、また高速バスを有さないことと相俟って、多くの航空機に空港地図を導入するための試みを難航させている。空港地図を表示するための別のアプローチとしては、航空機アビオニクスシステムを、大容量データ記憶能力と高速データバスを有する新しい機器にアップグレードすることが挙げられる。しかしながら、これらのシステムを設計し、検定し、既存のアビオニクススーツに統合し、またインストールしなければならない。これら全てを行なうことはアップグレードを高価にするため、多くの航空機の場合、このアプローチはコスト的に不可能である。
【０００６】
空港地図システムとは、単に空港地図を表示する機能を有するだけではなく、地図を有用なものとし且つ費用効果をもたらすのに適切なものでなければならない。また、地図システムは、既存の航空機アビオニクスシステムに、改造し組み込むことができるように設計するのが望ましい。
【０００７】
従って、コストを下げ、タキシーエラーを減じ、タキシング時間を短縮し、更には空港の効率を改善する方法を見出すという目標が引き続き存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上に述べた目標や他の目標を達成するために、本発明の空港地図表示システムは、独自のデータ交換方法を含む。このデータ交換方法は、新規の高速データバスを設計したり、或いは設置したりすること無しに、既存のデータバスを介しての空港地図データの通信を容易にする。本発明の空港地図表示システムは、特定の既存の表示システムにおいて見易いスケールに地図データを変換する。本発明をラスター型表示システムに導入し空港地図データを表示する場合、エンルートシンボルの場合とは対照的に、ベクトルグループラベルが定義し直され、空港地図シンボルが表示される。改造アプリケーションの場合、本空港地図表示システムは、タキシー関連ページが表示されている状態で既存のデュアルユースインプットが作動された時に動作する。
【０００９】
本発明の一様相においては、空港地図表示システムが、航空機のエンルート設定機能を提供するフライトマネジメントシステム（ＦＭＳ、flight management system）に対する拡張として統合される。ＦＭＳは既に多くの航空機に設置されており、本発明の空港地図表示システムを導入するために必要とされる多くの要素を含む。例えば、ＦＭＳはプロセッサやデータ記憶装置、ユーザインターフェイスを含み、通常、複数の表示システムと接続される。
【００１０】
本発明の別の様相においては、空港地図データは、使用する表示システムに合ったスケールに変換される。この様にして、本発明の空港地図表示システムは、多数の既存の表示システムに適合する。
【００１１】
本発明の更に別の様相は、既存のシステムのラスタ表示インターフェイスがベクトルグループラベルを定義し直すことにより操作され、空港地図シンボルの表示を容易にする。
【００１２】
本発明が、従来技術のシステムに対する大幅な改良であることは明らかである。更に、当業者は、本発明はＦＭＳと共に用いられる場合に限定されないことを認識するであろう。本発明を実施するためには、他のプロセッサやディスプレイスクリーン、データ入力デバイスも使用できることを認識しなければならない。
【００１３】
本発明の更なる特徴や利点については、以下の詳細な説明において記載する。本発明の一部は、その記述から当業者には容易に分かるものであり、また、次の詳細な説明、請求項及び添付の図面によって説明されたように本発明を実施することにより認識されるであろう。
【００１４】
上の記載は、本発明の例示にすぎず、請求項で定義される本発明の本質と特徴の理解のための概要を提供することを意図するものであることが理解されよう。添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するためのものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものである。図面は、本発明の種々の特徴と実施態様を示すものであり、それらについての説明と共に本発明の原理と動作を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施態様の詳細を次に記述するが、その実施例は添付の図面に示される。全ての図面を通じ、可能な限り、同一の或いは類似の部材には同一の参照番号が用いられている。
【００１６】
本発明に係る空港地図システムの例示的実施態様を図１に示す。図においてシステム全体を参照番号１０で表わす。本発明の空港地図システムの構成要素を、まず最初に簡単に説明し、後に詳細に説明する。本発明の最も一般的な用途は、統合された構成要素として、商用旅客機や貨物ジェット機等の航空機のＦＭＳに用いることである。従って、以下に本発明を、そのようなアプリケーションに関連して説明する。
【００１７】
図１に、本発明に係る空港地図システムと、関連する航空機システムのブロックダイアグラムを示す。各種航空機システムのいずれも本発明を含むことができるため、それらを総称的に空港地図表示システム１０と呼ぶ。空港地図表示システム１０は、飛行管理コンピュータ（ＦＭＣ、flight management computer）１１、多機能コントロール表示ユニット（ＭＣＤＵ、multifunction control display unit）１２、航法データベース（ＮＤＢ、navigation database）１３、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１４、電子飛行計器システム（ＥＦＩＳ）１５、マルチモードレシーバ（ＭＭＲ、multi mode receiver）１６、トランスポンダ１７、及び通信管理ユニット（ＣＭＵ、communications management unit）１８を含む。ＦＭＣ１１とＭＣＤＵ１２の全体を、総称として飛行管理システム（ＦＭＳ）と呼ぶ。
【００１８】
ＦＭＣ１１は、プロセッサ１１Ａとメモリ１１Ｂを含む。プロセッサ１１Ａは、コマンドやデータを受け取り処理するのに適したものであれば、いかなるデータプロセッサでもよい。プロセッサ１１Ａは、必要とされるＦＭＳ及び空港地図のタスクをリアルタイムで処理するのに十分なスループットを有するマイクロプロセッサであるのが好ましい。メモリ１１Ｂは、動的データと変数を記憶するＲＡＭ（random access memory）と、プログラムデータと静的データを記憶するＲＯＭ（read-only memory）の両方を含むのが好ましい。プロセッサ１１Ａはメモリ１１Ｂと接続されており、プログラム命令とデータを読み出すと共に、変数を操作し、記憶する。プロセッサ１１Ａは、ＮＤＢ１３とも接続される。
【００１９】
ＮＤＢ１３は、空港地図データ及びタキシールートデータを含む。このデータは、要望に応じて、空港の滑走路やタキシーウェイ、ゲート、ランプ、標準タキシールート、空港の他の種々の所望の構造物或いは施設を記述するものである。空港地図データは、リンクされたリスト１３Ａとして記憶されているのが好ましく、標準タキシールート１３Ｂも、データベースに記憶されている。しかしながら要望に応じて、これらの空港地図データは他の各種フォーマットを用いて記憶することもできる。ＮＤＢ１３は、書き換え可能或いは置換え可能であるのが好ましく、これにより空港地図を表わすデータや標準タキシールートデータが必要に応じて簡単にアップデートでき、空港の滑走路やタキシーウェイ、構造物等の変更に関してデータを最新のものに維持することができる。ＮＤＢ１３は、ＰＲＯＭやＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気ディスクドライブ、光学ディスクドライブ等の種々の記憶保存テクノロジ、或いはこれらと共に類似のデバイスを各種組合せることによって構成される。動作上必要とされることは、単に空港地図を表わすデータを保存する能力のみである。
【００２０】
ユーザインターフェイスは、ＭＣＤＵ１２によって提供されるのが好ましい。ＭＣＤＵ１２はＦＭＣ１１やプロセッサ１１Ａと接続されている。ＭＣＤＵ１２は、表示スクリーン１２Ａ、ライン選択キー１９、及びキーパッド１２Ｂを含む。ＭＣＤＵ１２は一般に、エンルート飛行計画コマンドをＦＭＣ１１に入力したり、パイロットやクルー、オペレータに対してエンルート飛行データを表示スクリーン１２Ａを介して出力したりするのに使用される。ライン選択キー１９の操作により、表示された項目を素早く選択したり削除したりできる。本発明の一実施態様においては、空港での地上走行に関するユーザインターフェイスを提供するために、この既存のユーザインターフェイスを用いるが、他のインターフェイスも本発明を実施するために用いることができる。例えば、ＥＦＩＳ１５或いはＨＵＤ１４等の他のディスプレイも、これらのシステムはユーザインターフェイスを有するため、要望があればユーザインターフェイスの一部として使用することができる。
【００２１】
ＨＵＤ１４とＥＦＩＳ１５は、ＦＭＣ１１と表示信号１１Ｃを介して接続されている状態で示されている。ＨＵＤ１４は、像をパイロットの視線の先に配置されたコンバイナに投影し、パイロットが投影像を見るのと同時に、航空機のフロントガラスから外を見ることができるようにする。ＥＦＩＳ１５（ＨＤＤとも呼ばれる）は、通常、航空機のフロントガラスの下に配置される。ＥＦＩＳ１５は、一個以上のディスプレイスクリーンを含み、これらのディスプレイは通常、ＣＲＴ（cathode ray tubes）や平面パネルディスプレイ、或いは類似の機能を有するディスプレイデバイスを用いて実施される。空港地図を選択すると、その地図はパイロットに対して、ＨＵＤ１４或いはＥＦＩＳ１５上に表示されるのが好ましい。ＥＦＩＳ１５がより好ましいディスプレイデバイスである。ＥＦＩＳ１５、ＨＵＤ１４、及びＭＣＤＵ１２の各々は、本発明の実施に用いることができる表示スクリーンを有する。
【００２２】
通信システムも複数種、ＦＭＣ１１に接続される。ＭＭＲ１６は、全地球的測位システム（ＧＰＳ、global positioning system）信号やディファレンシャルＧＰＳ（ＤＧＰＳ）、狭域補強システム（ＬＡＡＳ、local area augmentation system）信号、広域補強システム（ＷＡＡＳ、wide area augmentation system）信号等の航行或いは位置信号を受信する。これらの信号はＦＭＣ１１に送られ、ＦＭＣ１１で航空機の空港施設に対する位置が決定される。この航空機位置情報、或いは他のソースからの類似の情報は、適切な表示信号１１Ｃを計算するために使用される。
【００２３】
トランスポンダ１７とＣＭＵ１８は、更なる入出力通信チャンネルを提供する。例えば、トランスポンダ１７は、放送型ＡＤＳ（ＡＤＳ−Ｂ、automatic dependent surveillance broadcast）等の信号を、他の航空機或いは航空交通管制（ＡＴＣ、air traffic control）から受信する。これらの情報は、他の航空機の位置を、表示されている空港地図に追加するために使用される。ＣＭＵ１８は、ＡＴＣ或いは類似の管制権限を有するものとのデータリンクを含み、このデータリンクを介して、タキシールートや計画、指示が送られ、交渉され、変更され、認可又は拒否される。
【００２４】
航空界、特にアビオニクス産業界には通信に関する多数の規格がある。エアリンク社（ＡＲＩＮＣ、Aeronautical Radio, Inc.、２５５１リヴァロード（Riva Road）、アナポリス、メリーランド）は、アビオニクスに関する多数の規格を刊行している。これらの内の二刊行物は、航空通信規格を開示している。ＡＲＩＮＣ４２９は、航空機で頻繁に使用される通信バスに関する規格である。ＡＲＩＮＣキャラクタリスティック７０２Ａは、「高度飛行管理コンピュータシステム（Advanced Flight Management Computer System）」と題され、１９９６年１２月３１日に刊行されたもので、ＦＭＳと表示システム間の通信プロトコル等に関する。これら前述の両刊行物の記載を、本明細書の一部を構成するものとして、ここに援用する。
【００２５】
図２は、本発明のインターフェイスの定義のサンプルである。航空機に搭載されている既存のＥＦＩＳインターフェイスを利用するために、タキシー経路と空港地図の施設は、既存のベクトルグループラベルを利用する。これらのラベルは、エンルート記号の表示等の他の目的のために用意されたものである。本空港地図表示システムは、これらのベクトルグループラベルを使用し、タキシー経路（アクティブな経路、及び変更された経路の両方）と空港地図（例えば、滑走路やタキシーウェイ）を表わす。アクティブな飛行プランラベルがアクティブなタキシー経路に用いられ、変更された飛行プランラベルが、変更されたタキシー経路に用いられる。同様に、オフセット飛行プランラベルも、空港地図シンボルに用いられる。本空港地図は、舗装路の外形線を描き、また、種々の湾曲した舗装領域を描くためにコニック部も含む。位置（即ち、配置位置或いは座標）には、絶対緯度／経度座標が使用される。これらの座標は、ＢＮＲフォーマットの２０ビットのデータを使用する。ＢＮＲフォーマットはＡＲＩＮＣ仕様で言及されている。図３は、地上識別点用のサンプルフォーマットを示す。ここには、滑走路とタキシーウェイのためのテキスト形式の識別子（例えば、Ｒ２５、Ｂ４２）が含まれるのが好ましい。
【００２６】
図４は、緯度と経度座標を変換し、空港地図データ表示に必要とされる拡大スケーリングを行なう一アルゴリズムを示す。式１によって、Δ（デルタ）緯度が絶対緯度と基準緯度（即ち、航空機の緯度）から計算され、地球の半径定数が乗じられる。式２によって、Δ経度が基準経度と基準緯度から計算される。方向は、Δ緯度とΔ経路から計算される。距離は、Δ緯度とΔ経路から計算される。倍率を１０とする場合は、距離に１０を乗じることでスケールが計算される。要望に応じて、他の倍率を用いる場合は、別の乗数を用いることができる。新しい緯度と新しい経度で表わしたポジションの座標は、図４に示される式６と７によって計算される。
【００２７】
図５と６は、本発明によって得られる表示を示す。航空機記号５１が滑走路５２上に表示されている。滑走路５２は、二本の平行な破線によって示される。タキシールート５３は、滑走路５２に沿って前方に延び、左に方向を変え、更にタキシーウェイ５５に沿ってターミナルビルディング５４へと延びる。タキシーウェイ５５は、一本の破線で示されている。使用に際しては、様々な色を用いてシンボルが表示されるため、記号はより見やすくなる。例えば、滑走路５２は白い破線で表示され、タキシーウェイ５５は青い破線で表示され、タキシールート５３とビル５４は赤紫色の実線で表示される。図６は、ＥＦＩＳ表示スクリーン上で実施された、他の表示結果を示す。この表示はより大きなスケールで示されている（即ち、空港のより広い範囲が表示されている）。
【００２８】
添付の請求項によって定義された本発明の精神或いは範囲から逸脱することなく本明細書に記載した本発明の好ましい実施態様に対して種々の変更を加え得ることは当業者であれば分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る空港地図表示システムの一実施態様のブロック図である。
【図２】本発明のインターフェイスの定義のサンプルである。
【図３】本発明の地上識別フォーマットのサンプルである。
【図４】本発明のスケーリングアルゴリズムのサンプルを示すフローチャートである。
【図５】本発明の空港地図表示スクリーンである。
【図６】本発明の空港地図表示スクリーンである。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 空港地図表示システム
１１Ａ プロセッサ
１２ 多機能コントロール表示ユニット
１２Ａ 表示スクリーン
１３ 航法データベース
１４ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
１５ 電子飛行計器システム（ＥＦＩＳ）
１９ ライン選択キー

Claims (23)

1. 航空機のための空港地図表示システムであって、
   表示スクリーンと地図選択インプットとを有するユーザインターフェイスと、
   少なくとも一種の空港地図を表わすデータを記憶することができるデータ記憶装置と、
   前記表示スクリーン、前記地図選択インプット、及び前記データ記憶装置に接続されたプロセッサと
   を含み、前記プロセッサは、基準ポイントに対して相対的に計算された位置ポイントを含む空港地図データを生成し、相対位置ポイントをスケーリングし、スケーリングされた相対位置ポイントを絶対位置ポイントに変換し、表示スクリーンに前記空港地図データを提供する、空港地図表示システム。
2. 前記基準ポイントが前記航空機である、請求項１に記載の空港地図表示システム。
3. 前記位置ポイントが緯度と経度の座標を表わすものである、請求項１に記載の空港地図表示システム。
4. 前記空港地図を表わすデータが滑走路とタキシーウェイを表わすデータを含む、請求項１に記載の空港地図表示システム。
5. 前記空港地図を表わすデータがタキシールートを表わすデータを含む、請求項１に記載の空港地図表示システム。
6. 前記空港地図を表わすデータが、ゲート、ターミナルビルディング、滑走路、タキシーウェイ、ランプエリア、及び除氷ステーションからなる群から選択される一種の構造物を表わすデータを含む、請求項１に記載の空港地図表示システム。
7. 前記位置ポイントをスケーリングし、拡大又は縮小した空港構造物を表示する、請求項１に記載の空港地図表示システム。
8. 前記位置ポイントが地球の半径値の関数である、請求項７に記載の空港地図表示システム。
9. 前記空港地図データが、エンルート飛行シンボルを表わすことを目的としたラスタラベルを含む、請求項１に記載の空港地図表示システム。
10. 前記ユーザインターフェイスがＥＦＩＳコントロールパネルを含む、請求項１に記載の空港地図表示システム。
11. 前記ユーザインターフェイスが、タキシー関連ページがアクティブな場合に空港地図データの表示を行なうデュアルユースインプットを含む、請求項１に記載の空港地図表示システム。
12. 前記データ記憶装置が所定の標準タキシールートを記憶する、請求項１に記載の空港地図表示システム。
13. 前記表示スクリーンがヘッドダウンディスプレイ（ＨＤＤ）である、請求項１に記載の空港地図表示システム。
14. 前記表示スクリーンがヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）である、請求項１に記載の空港地図表示システム。
15. 前記ユーザインターフェイスが多機能コントロール表示ユニット（ＭＣＤＵ）を含む、請求項１に記載の空港地図表示システム。
16. 前記プロセッサが飛行管理コンピュータ（ＦＭＣ）である、請求項１に記載の空港地図表示システム。
17. 航空機内において空港地図データを交換する方法であって、
    基準位置の座標を得る段階と、
    空港構造物の座標を得る段階と、
    前記基準位置に対する、空港構造物の相対的な構造物座標を計算する段階と、
    相対構造物座標をスケーリングする段階と、
    スケーリングされた相対構造物座標を絶対位置座標に変換する段階と、
    前記構造物座標を表示デバイスに送る段階と
    を含む、方法。
18. 前記基準位置が前記航空機の一部分である、請求項１７に記載の空港地図データ交換方法。
19. 前記相対構造物座標をスケーリングする段階が、基準座標と空港施設座標の関数としてスケーリングすることを含む、請求項１７に記載の空港地図データ交換方法。
20. タキシールート座標を前記基準位置に対して相対的に計算し、前記タキシールート座標を前記表示デバイスに送る段階を更に含む、請求項１７に記載の空港地図データ交換方法。
21. タキシー関連ページが表示スクリーン上に表示されている状態でデュアルユースインプットが作動された時に動作し、前記構造物座標を表示デバイスに送る段階を更に含む、請求項１７に記載の空港地図データ交換方法。
22. 前記基準位置と絶対位置座標を表示デバイスに送る段階を更に含む、請求項１７に記載の方法。
23. 絶対位置座標を表示デバイスに表示する段階を更に含む、請求項１７に記載の方法。

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