JP4085539B2

JP4085539B2 - 脳波で起動される航空機用自動操縦装置

Info

Publication number: JP4085539B2
Application number: JP31138199A
Authority: JP
Inventors: 義隆平野
Original assignee: 義隆平野
Priority date: 1999-09-12
Filing date: 1999-09-12
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2019-09-12
Also published as: JP2001080584A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
脳波で起動される、航空機用自動操縦システムに関するものである。
【従来の技術】
今日の航空機は、人の耐性を越える動き、たとえば、非常に高い加速度を伴う動きをすることがある。
このため、パイロットは一時的視覚喪失に陥ることもある。
特開平４−４６８９９が知られておるが、これは上記のような空間識失調が生じたケースで、パイロットが緊急機体復元スイッチを押すことにより、そのケースに対処しようとした、立派なものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイロットがひどく損傷しておる時、又、意識を喪失しておる時には、上記の機体復元スイッチを押すことさえできないのである。
本発明は、この点に鑑みて、なされたものである。
なお、米国特許４９４９７２６は、脳波を用いて、機器のオンオフを行う仕組みを開示しておるが、それは覚醒時の脳波を用いるのであり、本出願と趣旨が異なる。又、米国特許４９４９７２６では、デルタ波を扱っていない。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
脳波入力手段１と、
脳波の中の、睡眠の始まりに関わるθ波、深い睡眠に関わるδ波を解析する脳波分析手段２と、
航空機用自動操縦手段３から、成るものである。図１。
【作用】
パイロットの脳波を脳波入力手段１を通して、脳波分析手段２により解析し、
なんらかの事情で、パイロットが意識喪失に陥ったことを、
δ波の比率が非常に高くなったことにより検出し、その場合に自動操縦手段３を脳波分析手段２の指示で、自動的に起動するものである。
なお、パイロットが疲労のために、居ねむりにおちいった時、
それを θ波の比率が高まったことで検出し、自動操縦手段３を起動することもできる。以上は、パイロットによる手動操縦がなされているときの本発明の動作である。δ波の比率、θ波の比率に応じて、それぞれ、事前に入力された特別の飛行プログラムを動かすことができるし、又、在来の自動操縦モードへ入ってもよい。
既に、在来の自動操縦モードに入っているときに、上記のケースが生じたら、たとえば、θ波の比率が高まったら、在来の自動操縦モードを継続してもよい。たとえば、θ波とδ波の積算値の比率が高くなって、居眠りが進んだことが検出されたら、又、δ波の比率が高くなり、意識喪失が検出されたら、事前に用意された、特別の自動操縦モードへ入る、つまり、特別の飛行プログラムに従うこともできる。もちろん、これらのケースで在来の自動操縦モードに入ることもよく、飛行の目的に応じて、ユーザにより、それぞれのケースにおける対応の仕方が決定せられる。
自動操縦手段３の機能を、計測と飛行制御に大別すれば、その計測機能は常時、動かすことができ、覚醒時のパイロットの参考に供することができる。又、覚醒時において、在来の自動操縦飛行が、自動操縦手段３により、可能であることは、もちろんである。本システムの特徴は、パイロットの意識喪失時、あるいは、睡眠により、パイロット自身による飛行状況の確認がなされなくなった時に、それ専用に、事前に入力された手順、飛行プログラムに従って、該航空機を、自動的に運航せしめる点である。
【０００５】
【実施例】
脳波入力手段１としては、脳波計を用いることができる。
脳波分析手段２は、増幅器６、帯域通過フィルタ７、Ａ／Ｄコンバータ８、そしてコンピュータ９、もしくは、マイクロプロセサ９から成るものである。
図８。
脳波のうち、δ波は睡眠時に現れるものであり、０．５〜３．５Ｈｚ．
θ波は、居ねむりし始める時に現れるものであり、３．５〜７．５Ｈｚ。
このθ波、δ波の周波数帯域は、脳医学の進歩により、今後少し変わる可能性が有るし、又、個人差も有り、さらに、年令によっても、少し変わろう。
他に、覚醒時に現れるα波、β波が有ることが知られておる。
【０００６】
脳波入力手段１と、先駆的な脳波分析手段を統合した、優れた先行技術が
ＨＡＬ＜ＨｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃＡｃｔｉｖａｔｉｏｎＬｅｖｅｌＤｅｔｅｃｔｏｒ＞として知られておる。
ＳｔｅｖｅＣｉａｒｃｉａ＜Ｊｕｌｙ１９８８、”ＢＹＴＥ”＞
ここでは、本システムの脳波分析手段２の特徴となる部分を述べる。
入力された脳波は、高速フーリエ変換することで、その周波数成分が得られる。その周波数分布をＢ（ｆ）とする。ここにｆは脳波の周波数、Ｂ（ｆ）は脳波の強度、脳波信号の振幅である。
これを、θ波やδ波の周波数帯域で積分したものが、θ波や、δ波の信号強度である。それらを元にして、図２のδｐ，図３のθｐが得られる。
ここで図２、図３の分母は、脳波の全周波数成分＜０．５〜３０．５Ｈｚ＞についての、脳波信号の積分値である。図２の分子は、δ波の脳波信号の積分値である。図３の分子は、θ波の脳波信号積分値である。
δｐは、脳波の全成分中で、δ波が占める比率であり、
θｐは、脳波の全成分中で、θ波が占める比率である。
【０００７】
δｐ，θｐと共に、図４、図５のδｐ’，θｐ’を用いることもできる。
図４、図５でｍａｘ（δ）は δ波の信号成分の最大値である。
ｍａｘ（θ）は θ波の信号成分の最大値である。
ｍａｘ（α）は、α波＜７．５〜１３．５Ｈｚ＞の信号成分の最大値。
ｍａｘ（β）は、β波＜１３．５〜３０．５Ｈｚ＞の信号成分の最大値。
δｐ’は、δ波、θ波、α波、β波の各信号成分の最大値にのみ着目して、そのうちのδ波の比率を表すのであり、 θｐ’は、同様に θ波の比率を表すものである。以上、δ波やθ波が、全脳波成分のうちで占める比率を表す、二つの方法を述べたのであるが、これら以外でも、δ波やθ波が全脳波に占める比率を表す、より適切な計算式が脳医学の進歩により発見されたならば、それをソフトウエアとして組みこむことは、困難ではあるまい。
上記の解析手順が、脳波分析手段の中にソフトウエア化されており、たとえば、１０ｍｓ単位で計算される。
【０００８】
なお、睡眠の始めでθ波が現れ、深い眠りでδ波となるのであるが、その過程を詳しく論じると、この中間の時間帯に１４Ｈｚのスピンドル波が現れ、ついで、スピンドル波とδ波の混在波が現れ、やがて δ波のみとなるのである。
そこで、ソフトウエア上は、次ぎの仕組みを用いる。
１）粗い評価としては、１４Ｈｚの脳波成分を無視し、これを、β波、覚醒波成分として、カウントすることに伴う誤差を０にする。
２）細かい評価としては、他のβ波成分が無く、β波としては１４Ｈｚのみの脳波成分が有る時、これを睡眠時の脳波として、θ波、もしくは、δ波に含めてカウントする。つまり、
２−１）スピンドル波をθ波に含めてカウント
２−２）スピンドル波をδ波に含めてカウント
すなわち、ソフトウエアを、１）、２−１）、２−２）のいずれでもできるように準備しておき、ユーザの体質に合うものを、選択できるようにしておけばよい。以下では、たとえば、２−１）の手順が取られているとする。
【０００９】
航空機用自動操縦手段３としては、例えば、エアバス社のエアバス用自動操縦システムを使うことができる。エアバスは、最も自動化の進んだ航空機であることは、よく知られておる。
事前に着陸地を入力しておくことができる。
パイロットが意識喪失して、一例 δｐ＞０．９となったら、その地点から所定の着陸地点への自動飛行を開始するようにプログラムを準備しておく。
すると、パイロットが飛行中に意識不明になっても、パイロットと機体を安全に帰還せしめることができる。
なお、ここで言う、航空機用自動操縦手段３とは、高度保持、航空機の姿勢維持、飛行方向などを制御する、自動操縦装置＜オートパイロット＞と、
出力の加減を自動的に行う自動推力装置と、着陸時に
操縦かんの操作や、エンジン出力の加減を自動で行う自動着陸装置を統合した自動飛行制御装置＜ＡＦＣＳ＞を主体とするもので、航法装置＜慣性航法装置
ＩＮＳ、もしくは、衛星航法装置ＧＰＳ＞と連動して動くものである。
この自動操縦手段３の中心的役割を果たす自動操縦コンピュータ４は、
いわゆるＦＭＣ＜ＦｒｉｇｈｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔＣｏｍｐｕｔｅｒ＞に相当するものである。
もちろん、この実施例で航空機衝突防止装置ＡＣＡＳを併設して、他機との衝突防止のための自動回避をすることができる。
【００１０】
第２の実施例として、特開平４−４６８９９と類似の仕組みを、自動操縦手段３として用いることができる。図６。
エアバスの実施例においても、言えることであるが、脳波分析コンピュータ９と自動操縦コンピュータ４は、冗長性を高めるために、別べつのコンピュータとすることができる。
さて、一例 δｐ＞０．９になったら、脳波分析手段２は自動操縦コンピュータ４へ指示を出し、自動操縦モードへ入る。
先行技術では、緊急機体復元スイッチを人手により、オンにしていたのを、本システムでは脳波分析コンピュータ９の指示で、該スイッチをオンにした時に相当する信号を、自動操縦コンピュータ４へ与えるのである。
この第２の実施例の自動操縦手段３では、特開平４−４６８９９と違い、ＧＰＳ＜ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ＞により、高度、緯度、経度、速度、針路についての情報を得て、自動操縦コンピュータ４へ供される。
また、地図データベースには、自然物、ことに山岳の緯度、経度、高さについてのデータが入っており、飛行中の衝突防止のために用いられる。
人工物データベースには、ロープウエイ、又、民家、工場等の位置、高さについてのデータが入っており、飛行中、および、墜落時の衝突防止のための資料として、自動操縦コンピュータ４により利用される。
【００１１】
さて、前記のようにして、自動操縦モードになった時に、もし、レベルフライトのさいちゅうであれば、事前に入力された着陸点＜緯度、経度＞へむかって、飛行を続ける。＜脳波分析手段２によって自動操縦モードへ入った時に動く、帰還専用のプログラム、すなわち、その地点から着陸点へ到る飛行コースを自動的に選定するソフトウエアを自動操縦手段３へ搭載できる。＞
このさい、地図データベースにもとずき、その航路途上に、飛行に影響する山岳等が有れば、その標高を自動操縦コンピュータ４は考慮して対地高度を、事前に入力した安全なる値＜一例５００ｍ＞に維持しつつ帰航する。
着陸は、マイクロ波着陸システムＭＬＳにより、あるいは、特開平５−１６８９４の手順にて行うことができる。
【００１２】
本実施例で、カメラが用いられるが、これは機体前方の画像入力のために用いられる。自動操縦コンピュータ４は、＜脳波分析コンピュータ９によって起動された＞自動操縦モードにおいて、カメラの映像を送信機により地上局へ、
自動的に送ることができる。その映像は、地上の受信機を介して、他機とのニアミスの回避のためにも、地上局のパイロットによりモニターされる。
この第２の実施例では、特開平５−１６８９４のように、地上のパイロットの指示が有れば、該機により受信され、自動操縦コンピュータ４は、地上からのその指示を優先するように、ソフトウエアを準備することができる。そこで、飛行中に他の航空機とのニアミスの可能性が生じたら、＜地上のパイロットは航路前方の映像を把握しておる＞、衝突回避の方向で、該機の針路を、地上局のパイロットは変更できる。
また、自動操縦コンピュータ４はレーダ１３により、接近して来る、他の航空機を検出でき、同時に、カメラの映像を画像認識することで＜飛行中の空中前方の画像は、たとえば、地上の道路前方の画像より、背景が単純であり、より認識しやすい＞その衝突の可能性を評価でき、ニアミスが予測され、なおかつ、地上局からの指示が無いときには、コンピュータ４はニアミス回避のため、一例１００ｍ，自動的に機体を上昇せしめる操作信号を作り、駆動装置１２へ送ることもできる。
かくして、安全に着陸点へ、該機が到達したなら、ＭＬＳによる自動着陸をしてもよいし、地上局のパイロットは指示を送信し、自動操縦コンピュータ４は、それに従って、着陸することもできる。＜地上局のパイロットからの指示があるまでは、ＭＬＳに従うように、ソフトウエアを準備することもできる。＞前記、着陸点のデータの中に、標高をもたしてもよい。
なお、ニアミスが予測された時には、地上局の注意を喚起すべく、警報信号を地上局へ、コンピュータ４は送信できる。また、カメラとしては、赤外線カメラも併用すれば、夜間の飛行に向いておるし、さらに、夜間の飛行前方の画像認識も可能となる。
【００１３】
さて、脳波分析手段２の指示で、自動操縦モードに入った時、もしレベルフライトの状態でない時には、レベルフライトへの復元手順に入るわけであるが、その時の自機の高度、針路、緯度、経度、速度より、地上に衝突する可能性の有る時には、その衝突地点を計算できる。さらに、人工物データベースにより、衝突地点が、人口密集地、あるいは、工場地帯かどうかを、自動操縦コンピュータ４は評価できる。
もし、衝突して差し支える地点であれば、人工物データベースにより、
人家の希薄な、直近の場所を選定して、そこへ衝突するように、自動操縦コンピュータ４は、操作信号を作り、駆動装置１２へ送ることができる。すると、地上での災害を、僅少化せしめることができる。
もちろん、意識不明のパイロットは衝突に、さきだって事前に、脱出装置が働くことで、その安全は確保される。
この第２の実施例では、機体前方の画像を得るためのカメラを併設しておる。
そこで、衝突の可能性の生じた時には、その衝突地点を地上局のパイロットが確認することもできる。この場合にも、コンピュータ４は地上局の注意を喚起すべく、警報信号を送信できる。地上局のパイロットは、人家の最も希薄なところへ、
墜落するように該機を誘導することもできる。
すなわち、地上へ衝突するにあたり、地上局のパイロットの指示が有る時には、自動操縦コンピュータ４は、その誘導を優先し、それに従い、地上局の指示が無い時には、前記のように人工物データベースにより、コンピュータ４が自ら、墜落地点を選定するようにすればよい。
【００１４】
なお、一例 θｐ＞０．８になったら、パイロットの居ねむりが始まったといえるし、一例 θｐ＋δｐ＞０．８５となったら、その居ねむりが進んだといえる。このような時においても、自動モードに入ることが、手動操縦より一面安全性が高いといえるので、θｐ，θｐ＋δｐの値によっても、自動操縦モードへ入って良かろう。この場合、必ずしも前記のように、自動帰還ソフトウエアを起動するのではなく、各パラメタの値に応じて、専用のソフトウエアを準備することができる。たとえば、所定の目的地点へ到達するためのプログラムを動かしてもよい。
【００１５】
意識喪失、又、居ねむりの検出は、δｐ’，θｐ’，θｐ’＋δｐ’ によっても可能なので、各パイロットの体質に応じて、最適な値を入力しておけば、自動操縦モードへ入るタイミングを、好適なものにできる。
図７は、そのための入力画面の一例である。下線部は、入力可能項目を示す。コンピュータ４は、たとえば、入力された名古屋空港については、その緯度、経度および標高を、データとして内蔵しておる。他の空港についても、同様である。もちろん、着陸地や目的地を、その緯度、経度、標高を指定して、入力することもできる。
【００１６】
さて、意識喪失時等で、燃料の残量の関係で、所定の着陸地へ到達できるか否かの計算が、自動操縦コンピュータ４には可能である。
燃料不足で自動帰還できないと判断されたら、地上局へその旨の信号を送り、代替着陸地についてのデータを、地上局から受信することができる。
着陸にあたっては、計器着陸装置ＩＬＳによる自動着陸も可能である。
【００１７】
全パイロット＜いずれも、脳波入力手段１を装着しておる＞が、居ねむり又は、意識不明におちいった時、ボイスレコーダＣＶＲは、その意昧が薄れると言える。このようなケースでは、脳波分析コンンピュータ９は、得られた各パイロットの脳波データを、声の代わりにボイスレコーダへ書き込むことができる。
たとえば、「１２：１０；パイロット１：δｐ＝０．９９；パイロット２：
δｐ＝０．９８」のように。すると、事故時の参考に供することができる。
さて、対地接近警報装置ＧＰＷＳを併設し、危険発生時に警報信号と共に、その音声データを地上局へ送り、地上局パイロットの指示を促すこともできる。
また、かかる時は自動操縦コンピュータ４は、地上からの指示に先だって、ただちに機体を一例
１００ｍ自動的に上昇せしめることができる。すなわち、地上局のパイロットの不在、地上局との交信不能も想定し、第１段の処置としてコンピュータ４による、自動衝突回避がなされ、ついで、必要に応じて、地上局からの追加の指示を受けることとなる。
ＡＣＡＳを併設しておる時も、同様なことがいえる。
パイロットが意識不明あるいは、睡眠中にＧＰＷＳが働いたときは、
コンピュータ９は、その音声データを特大にして、コクピットへ流すこともできる。睡眠時に、パイロットを起こすべく、警報を流すことについては、言うまでもない。
【００１８】
【効果】
エアバスＡ３２０の自動操縦システム、ＦＭＳ＜ＦｌｉｇｈｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ＞を用いる、第１の実施例でも、また、前記第２の実施例でも、パイロットの意識不明に自動的に対応できる。
パイロットが１名のみであるケースはもちろん、パイロットが２名であるケースにおいて、２名とも疲労で居ねむりにおちいった場合、あるいは、２名とも意識不明になった場合に、安全な自動飛行を実現できる。
意識喪失時、居眠りの進んだ時居眠りの始まりにおいて、つまり、δ_ｐ，θ_ｐ＋δ_ｐ，θ_ｐ―――の値に応じて、事前に用意された特別の飛行プログラムに従うことを、脳波分析コンピュータ９は、自動操縦コンピュータ４へ指示することができる。
もちろん、在来の自動操縦モードに入っているときに、居眠りの始まりが、θ_ｐや、θ_ｐ′により検出されたら、その在来の自動操縦モードを継続することも、よかろう。各ケースにおける特別の対応は、飛行の目的に応じて、ユーザにより決定されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成図。
【図２】積分値により、δ波の比率を求めるための計算式
【図３】積分値により、θ波の比率を求めるための計算式
【図４】最大値により、δ波の比率を求めるための計算式
図２，図３，図５の説明文も参照。
【図５】最大値により、θ波の比率を求めるための計算式。
【図６】航空機用自動操縦手段の、やや詳しい構成図。
【図７】本システムのパラメタ入力画面の一例。
図７の例について言うと、δ_ｐ＞０．７もしくはδ_ｐ′＞０．８のいずれかの条件が生じたときに、脳波分析手段２はパイロットの意識喪失と判断する。一方、θ_ｐ＞０．６又はθ_ｐ′＞０．９のいずれかの条件が生じたら、パイロットの居眠りが始まったと判断し、在来の、通常の自動操縦モードへ入る。
【図８】脳波分析手段の構成図
【符号の説明】
１は、脳波入力手段
２は、脳波分析手段
３は、航空機用自動操縦手段
４は、自動操縦用コンピュータ
５は、ＧＰＳ。
６は、増幅器
７は、帯域通過フィルタ
８は、Ａ／Ｄコンバータ
９は、脳波分析用コンピュータ
１０は、カメラ
１１は、送信機
１２は、駆動装置
１３は、レーダ

Claims

脳波入力手段１と、入力した脳波から、人が眠りに入ろうとする状態を示すシータ波や、意識喪失中に現れるデルタ波を解析する脳波分析手段２と、
脳波分析手段２の指示を受ける航空機用自動操縦手段３から成り、
脳波のシータ波もしくはデルタ波の全脳波に対する比率が、パイロットにより指定された所定の値より高まった時に、
航空機用自動操縦手段３が未起動であれば、脳波分析手段２の指示により、該航空機用自動操縦手段３を自動的に起動するようにした、脳波で起動される航空機用自動操縦装置であって、
前述の脳波分析手段２のソフトウエア上、
１）１４Ｈｚのスピンドル波成分を無視する、
２）他のβ波覚醒波成分が無く、１４Ｈｚスピンドル波成分のみが有る時、
２ー１）スピンドル波をθ波に含めてカウント、
２ー２）スピンドル波をδ波に含めてカウント、
すなわち、そのソフトウエアを１）、２ー１）、２ー２）のいずれでもできるように準備しておき、パイロットがその体質に合うものを選択できるようにしたことを特徴とする脳波で起動される航空機用自動操縦装置。