JP4402859B2 - 地上走行誘導支援装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、空港内の誘導路を走行する複数の移動体に対して、誘導支援する地上走行誘導支援装置に係り、とりわけ移動体の走行経路にかかるコストが最小となるよう、移動体の誘導経路を決定することができる地上走行誘導支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、民間航空機の飛行中の誘導は、航空路監視レーダや、二次監視レーダ等を用いて航空路管制がなされている。つまり、空港近くの進入経路においては、空港監視レーダによって、着陸進入においては精測進入レーダおよび計器着陸用施設等によって、低視程でも飛行、着陸進入が可能になっている。しかし、航空機の空港内における走行誘導については、空港面探査レーダ、管制官の目視による監視、管制官とパイロット間の音声通信による管制誘導、管制官が操作する誘導灯および案内表示板に頼っている場合が多いのが現状である。したがって、地上において視程が悪いときには、管制官の航空機の視認やパイロットの周囲監視が困難になることから、誘導走行が難しく、安全性、空港の運用効率が、ともに低下する。さらに、誘導経路は、管制官の勘と経験に基づいて指定されるため、交通量が多く誘導路構成が複雑な空港では、たとえ視程が良好でも、全ての離発着機が安全でかつ効率良く走行できるよう誘導するのは困難である。
【０００３】
このような問題を解決するために、（１）特許第３０１７９５６号（特開平１０−２６９５００、特願平９−７３５３５）、（２）特開平９−２８２６００（特願平８−８７９８４）、（３）特開２０００−１２８０９１（特願平１０−２９９３３４）等の発明が開発されている。このうち（３）における誘導経路の決定は、航空機の現在位置と目標位置に対応した誘導経路をデータベースから読み出すもので、他の航空機や整備車両等との衝突、工事中等で使用不可能な誘導路については特に考慮されていない。
【０００４】
また（２）については、誘導経路をデータベースから読み出すが、一つの誘導経路を同時に走行中の航空機の数が上限を越えないよう誘導経路を割り当て、また、走行中、他の移動体と衝突の可能性が高い場合に、一方の移動体に対し誘導路への進入を禁止する機能を持っている。しかし、一つの誘導経路を共有できる航空機の台数の上限を決めているだけで、航空機の速度や間隔を考慮していないため、衝突の可能性を充分考慮しているとは言いがたい。また、衝突を避けるための進入禁止による停止回数および停止時間は、誘導経路の割り当て時には考慮されていないため、実際に走行してた場合に何回も停止させられ、空港の運用効率が下がる可能性は否定できない。さらに整備車両等との衝突、使用不可能な誘導路等の考慮するのは困難である。このことは（３）についても同様である。
【０００５】
さらに（１）については、誘導経路を求める方法として、予め決められたプロダクションルールに基づく推論、または空港面をグラフ化するグラフ探索を提案しているが、これらの方法では、他の航空機との衝突はある程度考慮できても、（２）と同様、整備車両等との衝突や使用不可能な誘導路などを考慮するのは難しい。
【０００６】
【発明が解決しょうとする課題】
従来より、地上走行誘導支援装置において、航空機の現在位置と目標位置に対応した誘導経路をデータベースから読み出すものが知られている。
【０００７】
しかしながら、他の航空機やそれ以外の移動体との衝突および使用不可能な誘導路をも考慮した地上走行誘導支援装置は開発されていない。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、空港内を走行する航空機以外の移動体との衝突や使用不可能な誘導路を考慮して、走行途中での停止や変更の少なく、安全で効率の良い空港内での誘導経路を決定することができる地上誘導支援装置を提供すること目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空港内の誘導路を走行する複数の移動体に対して、誘導支援する地上走行誘導支援装置において、空港内の誘導路に関する情報を格納する経路ネットワーク格納手段と、移動体の特性に関する情報を移動体の認識番号と関連づけて格納する移動体特性データ格納手段と、移動体の運用計画に関する情報を格納する運用計画格納手段と、移動体の状態に関する情報を検出する移動体情報検出手段と、経路ネットワーク格納手段からの誘導路に関する情報、移動体情報検出手段からの移動体の状態に関する情報に基づいて、移動体が誘導路を占有する時間帯を算出する占有時間帯算出手段と、占有時間帯算出手段で算出された時間帯に関する情報に基づいて、空港内の誘導路を走行する移動体の相互の衝突の有無を判断する衝突判定手段と、移動体の走行経路にかかるコストを算出するためのコスト関数を設定するコスト関数設定手段と、衝突判定手段によって移動体の相互の衝突がないと判断され、かつコスト関数設定手段によって設定されたコスト関数により算出された複数の移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となるよう、複数の移動体の候補経路の中から最適な経路の組み合わせを決定する経路決定手段と、を備えたことを特徴とする地上走行誘導支援装置である。
【００１０】
本発明によれば、空港内を走行する航空機以外の移動体との衝突、および工事中等により使用不可能となった誘導路を考慮して、走行途中での停止や変更の少ない誘導経路を決定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図１乃至図１０を参照して本発明による地上走行誘導支援装置の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明による地上走行誘導支援装置の第１の実施の形態を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明による地上走行誘導支援装置１は、空港内の誘導路に関する情報を格納する経路ネットワーク格納手段１１と、移動体の特性に関する情報を移動体の認識番号と関連づけて格納する移動体特性データ格納手段１２と、移動体の運用計画に関する情報を格納する運用計画格納手段１３と、移動体の状態に関する情報を検出する移動体情報検出手段１２と、経路ネットワーク格納手段１１からの誘導路に関する情報、移動体情報検出手段１２からの移動体の状態に関する情報に基づいて、移動体が誘導路を占有する時間帯を算出する占有時間帯算出手段１５とを備えている。
【００１４】
占有時間帯算出手段１５で算出された時間帯に関する情報に基づいて、衝突判定手段１６により空港内の誘導路を走行する移動体の相互の衝突の有無を判断し、移動体の走行経路にかかるコストを算出するためのコスト関数をコスト関数設定手段１７により設定するようになっている。また経路ネットワーク格納手段１１、移動体特性データ格納手段１２、運用計画格納手段１３、移動体情報検出手段１４、衝突判定手段１６およびコスト関数設定手段１７からの情報に基づいて、経路決定手段１８により複数の移動体について各々複数の候補経路を算出する。
【００１５】
また、地上走行誘導支援装置１は、経路決定手段１８で算出した候補経路を保存し、周辺機器２４に出力する経路保存出力手段１９と、経路ネットワーク格納手段１１、移動体特性データ格納手段１２、運用計画格納手段１３およびコスト関数設定手段１７に情報を入力するための入力装置２３とを有している。
次に各構成要素について、更に説明する。
【００１６】
経路ネットワーク格納手段１１には、空港内の誘導路に関する情報が格納されている。また、このような空港内の誘導路に関する情報は、交差点（滑走路やエプロンヘの出入り口を含む）と交差点間をつなぐ区間、交差点および区間の座標と区間の接続状況を有し、各情報は認識番号と関連づけて、経路ネットワーク格納手段１１に格納されている。なお前記区間は、予め設定された距離によって誘導路を区切ってもよい。また、経路ネットワーク格納手段１１は、各スポットに対応する交差点（エプロンヘの出入口）と工事等で臨時に使用不可能となる区間の認識番号と時間帯に関する情報も、格納している。さらに、経路ネットワーク格納手段１１は、入力装置２３を介して、格納している事故などで臨時に使えなくなった区間および交差点の認識番号の情報を随時格納したり消去したりすることができる。
【００１７】
移動体特性データ格納手段１２には、移動体の特性に関する情報が格納されている。すなわち移動体特性データ格納手段１２には、空港内を走行する各種航空機や整備車両等の機種／車種とその数、サイズ、速度（平均、最高）、加減速度（平均、最大）、回転半径（最大、最小）、優先度、およびジェットブラスト長等に関する情報を格納されている。
【００１８】
また運用計画格納手段１３には、運用計画に関する情報が格納されている。すなわち、運用計画格納手段１３には、空港内を走行する移動体の発着時刻や利用予定スポット等の運用計画に関する情報が格納されている。
【００１９】
移動体情報検出手段１４は、移動体の状態に関する情報を検出している。すなわち、移動体情報検出手段１４は、空港内を走行する移動体の認識番号、位置、速度および方向に関する情報を、各種センサや移動体との通信等によって検出する。移動体情報検出手段１４は、移動体の認識番号、位置、速度および方向を検出することにより、衝突判定手段１６は、走行中の移動体について移動体の衝突の可能性を正確に予測することができる。
【００２０】
占有時間帯算出手段１５は、経路決定手段１８から候補経路が与えられたときに、与えられた候補経路を利用する移動体が占有する誘導路の区間および交差点と、それらが占有される時間帯を算出する。
【００２１】
また衝突判定手段１６は、占有時間帯算出手段１５で算出された時間帯に関する情報に基づいて、移動体の誘導路の区間および交差点の占有状況から衝突の有無を判断する。
【００２２】
コスト関数設定手段１７によって設定されたコスト関数は、評価項目として、少なくとも所用時間、走行距離、衝突数、待ち時間、待ち回数および転回回数を有し、経路決定手段１８は、前記コスト関数を用いて指定した評価項目を重視して移動体の走行経路にかかるコストを算出している。すなわちコスト関数設定手段１７では、各評価項目に各評価項目に対する係数（コスト係数）を乗して各評価項目のコストを算出し、各評価項目のコストを総和して、移動体の走行経路にかかるコストを算出している。
【００２３】
なお、評価項目を重視するとは、評価項目に対する係数（コスト係数）を大きく設定することである。例えば、所用時間を重視する場合は、所用時間に対する評価項目の係数（コスト係数）を大きくしたコスト関数を設定する。あるいは、移動体が大型機で転回回数を少なくしたい場合は、転回回数に対する評価項目の係数（コスト係数）を大きくしたコスト関数を設定する。ここで待ち時間、待ち回数とは、各々移動体が他の移動体との衝突を避けるために一時的に停止して待つ時間、およびその回数をいう。
【００２４】
経路決定手段１８は、衝突判定手段１６によって移動体の相互の衝突がないと判断され、かつコスト関数設定手段１７によって設定されたコスト関数により算出された複数の移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となるよう、複数の移動体の候補経路の中から最適な経路の組み合わせを決定するものである。
【００２５】
次にこのような構成からなる実施の形態の作用について説明する。
【００２６】
図１において、入力装置２３を介して、空港内の誘導路に関する情報が入力され、この情報が経路ネットワーク格納手段１１に格納される。また入力装置２３を介して、移動体の特性に関する情報が移動体特性データ格納手段１２へ入力され、この情報が移動体特性データ格納手段１２に、移動体の認識番号と関連づけて格納される。さらに、入力装置２３を介して、移動体の運用計画に関する情報が運用計画格納手段１３へ入力され、この情報が運用計画格納手段１３に格納される。
【００２７】
次に図２および図３において、占有時間帯算出手段１５は、経路ネットワーク格納手段１１からの誘導路に関する情報と、移動体情報検出手段１４からの移動体の状態に関する情報と、経路決定手段１８からの情報に基づいて、移動体の誘導路を占有する時間帯を算出する。次に衝突判定手段１６は占有時間帯算出手段１５で算出された時間帯に関する情報に基づいて、空港内の誘導路走行する移動体の相互の衝突の有無を判断する。その後、経路決定手段１８は、衝突判定手段１６によって移動体の相互の衝突がないと判断され、かつコスト関数設定手段１７によって設定されたコスト関数により算出された複数の移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となるよう、複数の移動体の候補経路の中から最適な経路の組み合わせを決定する。
【００２８】
以下、経路決定手段１８における処理手順について詳述する。
【００２９】
なお、経路決定手段１８は、多数の移動体の経路を決定することができるが、以下に述べる説明では５つの移動体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについての経路を決定する処理手順について説明する。
【００３０】
以下に詳述する処理手順として、ルールベースを用いる方法、グラフ探索を行う方法、推論を行う方法を用いても良い。
【００３１】
まず、移動体Ａの経路を求める場合、入力装置２３に移動体Ａの認識番号（便名等）が入力される。入力装置２３に入力された移動体Ａの認識番号は、経路決定手段１８に送られる。経路決定手段１８は、運用計画格納手段１３から移動体Ａの認識番号に関連づけられた移動体の運用計画に関する情報を読み出し、必要な場合（走行途中での経路変更をしたい場合など）は、移動体情報検出手段１４から移動体Ａの現在位置、速度および方向（移動体の状態に関する情報）を読み出す。なお、移動体は移動体の状態に関する情報を無線を通じて、移動体情報検出手段１４に常時送信し、移動体情報検出手段１４は、移動体の状態に関する情報を常時格納している。
【００３２】
図４に示すように、経路決定手段１８は移動体Ａの運用計画に関する情報と移動体Ａの状態に関する情報に基づいて、移動体Ａの経路の始点および終点と、始点での時刻ＴＡを求め、始点での時刻ＴＡから所定の時間幅ΔＴの間（経路算出時間帯Ｐ）に走行中の他の移動体を抽出する。なお、所定の時間幅ΔＴは入力装置２３によって入力され、経路決定手段１８に送られる。また図４において、横軸は時刻（時間）を表し、縦軸は、移動体の認識番号に関する情報を表している。
【００３３】
経路決定手段１８において、運用計画格納手段１３からの移動体の運用計画に関する情報と移動体情報検出手段１４からの移動体の状態に関する情報に基づいて、経路が既に算出されている移動体については、移動体Ａの経路算出時間帯Ｐに走行中の他の移動体を抽出する。経路がまだ算出されていない他の移動体について、経路決定手段１８は、運用計画格納手段１３からの移動体の運用計画に関する情報と移動体情報検出手段１４からの移動体の状態に関する情報に基づいて、始点での時刻を求め、「始点での時刻」から「始点での時刻＋所定の時間幅ΔＴ」まで（所定時間帯Ｑ）が経路算出時間帯Ｐに掛かる移動体を抽出し、運用計画格納手段１３から移動体Ａの経路算出時間帯Ｐに掛かる移動体の認識番号を算出する。移動体の経路の算出は、始点での時刻が早い移動体から経路を求められるので、経路未算出の移動体に関しては、始点での時刻Ｔが経路算出時間帯Ｐに含まれるかどうかで判断できる。なお、所定の時間幅ΔＴの値は、利用者が入力装置２３を介して変更可能なデフォルト値となっている。所定の時間幅ΔＴは経路の始点と終点の位置関係によって、経路決定手段１８が自動調整するようにしてもよい、また、経路算出時に利用者が入力装置２３を介して、直接設定できるようにしても良い。
【００３４】
こうして抽出された移動体の符号をＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、とし、このうち、移動体Ｂ、Ｃは経路が算出されており、移動体Ｄ、Ｅについてはまだ経路が算出されていないとする。経路決定手段１８は、移動体Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのうち、まだ経路が算出されていない移動体Ｄ、Ｅに関して、運用計画格納手段１３から移動体Ｄ、Ｅの運用計画を読み出して、経路の始点と終点および始点での時刻ＴＤ、ＴＥを設定する。また経路決定手段１８は、移動体Ｂ、Ｃに関して、必要な場合（走行途中での経路変更をしたい場合）は、移動体情報検出手段１４から現在位置、速度および方向を読み出して、経路の始点と終点および始点での時刻ＴＢ、ＴＣ、を設定する。経路決定手段１８は、経路ネットワーク格納手段１１から空港内の誘導路に関する情報を、移動体特性データ格納手段１２から移動体の特性に関する情報を、コスト関数設定手段１７によって設定されたコスト関数をコスト関数設定手段１７から読み出し、まだ経路が求められていない移動体Ａ、Ｄ、Ｅ、に対して、個別に最小コストとなる経路を求め、候補経路とする。ここで経路決定手段１８は、複数の候補経路を求めて経路保存出力手段１９に記憶するようにしても良い。
【００３５】
以上のように、経路算出手段１８は、複数の移動体Ａ、Ｄ、Ｅについて各々複数の候補経路を算出する。
【００３６】
なお図５に示すように、経路算出手段１８は、移動体Ａの経路算出時間帯Ｐを複数の移動体の基準で算出するようにしても良い。なお図５において、横軸は時刻（時間）を表し、縦軸は、移動体の認識番号に関する情報を表している。例えば、移動体Ａ、Ｃ、Ｄを基準に経路算出時間帯Ｐを決める場合、移動体Ａ、Ｃ、Ｄの各経路算出時間帯Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を算出し、算出された各経路算出時間帯Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が全て含まれる範囲が、移動体Ａ、Ｃ、Ｄを基準とした経路算出時間帯Ｐとなる。
【００３７】
また、経路算出手段１８はコスト関数設定手段１７によって設定されるコスト関数を用いて、入力装置２３からコスト関数の評価項目に対する係数（コスト係数）が入力され、予め設定された評価項目に入力された個別の評価項目の値を乗し、各評価項目の個別のコストを算出し、各評価項目の個別のコストを総和することにより経路のコストを算出する。コスト関数の評価項目は予め設定されているが、入力装置２３を介して、自由に評価項目の変更、追加および削除ができるようになっていても良い。
【００３８】
したがって、コスト関数の評価項目のコスト係数を増減することにより、重視したい評価項目を重視したコスト関数を設定することができ、前記コスト関数を用いて、経路決定手段１８は、重視したい評価項目を重視した経路を決定することができる。
【００３９】
例えば、走行距離を重視して評価する場合は、入力装置２３を介してコスト関数設定手段１７によって、走行距離の評価項目に対するコスト係数を大きく設定することができ、このように設定されたコスト関数を用いて経路決定手段１８は、移動体の走行距離を少なくするように、移動体の経路を決定する。また、待ち時間の評価項目に対するコスト係数を大きく設定することにより、待ち時間を少なくするようにコスト関数を設定することができる。所用時間と衝突数等、複数の評価項目を重視しても良い。さらに、コスト関数を数種類設け、大型機に対しては転回回数の評価項目に対するコスト係数を大きく設定し、大型機の転回回数を少なくすることもできる。このようにして、利用者の意向を反映したコスト関数の評価項目に対するコスト係数を設定できることから、空港内の誘導路の運用効率を向上させることができ、経済的効率を向上させることができる。
【００４０】
さらに、異なる移動体が誘導路の同一の区間または交差点を占有している場合、各移動体の占有する時間帯の間隔をコスト関数の評価項目としても良い。つまり占有する時間帯の間隔に対する評価項目を重視することにより、経路決定手段１８より衝突の危険性の少ない候補経路の組み合わせを選択することができ、安全性の向上に繋がる。
【００４１】
次に、占有時間帯算出手段１５は、経路ネットワーク格納手段１１からの誘導路に関する情報と、移動体情報検出手段１４からの移動体の状態に関する情報と、経路決定手段１８からの移動体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに対する候補経路に関する情報に基づいて、移動体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅがどの時間帯にどの誘導路の交差点と区間を占有するかを算出する。衝突判定手段１６は、占有時間帯算出手段１５によって算出されたどの移動体、どの時間帯、どの誘導路の交差点または区間を占有するかについて情報（時間帯に関する情報）に基づいて、衝突の有無を判断する。衝突の有無の判断は、異なる移動体が同一の誘導路の交差点または区間を占有し、かつ時間帯が重複する場合は衝突があると判断し、前記以外は衝突はないと判断される。また、移動体の衝突がある場合、衝突判定手段１６は、衝突回数と衝突する誘導路の交差点または区間、重複する時間帯および移動体の認識番号を算出し、経路決定手段１８に送る。移動体の衝突がない場合、経路決定手段１８は、前記各移動体の衝突のない候補経路の組み合わせを経路として決定する。移動体の衝突がない経路は、衝突を避けるための各移動体の待ち合わせがないので、各移動体の最小コストの候補経路を組み合わせたときの各移動体の走行経路にかかるコストの総和（他移動体との衝突や待ち時間を考慮したときの各移動体の候補経路のコストの総和）は最小となる。
【００４２】
経路決定手段１８は、各移動体の最小コストの候補経路の組み合わせで、移動体の衝突がある場合、各移動体の次候補の経路、すなわち候補経路のコストが次に低い候補経路（移動体と移動体の衝突、前記衝突を避けるための待ち時間を考慮しないときの候補経路のコストが現在値以上のものの中で、コスト最小かつ今までに仮採用していない候補経路）を仮採用した場合の組み合わせについて、移動体の衝突の回数と全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出する。
【００４３】
図６に示すように、移動体Ａの候補経路をＡ１、Ａ２、Ａ３、移動体Ｂの候補経路をＢ１、Ｂ２、Ｂ３、移動体Ｃの候補経路をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、移動体Ｄの候補経路をＤ１、Ｄ２、Ｄ３、移動体Ｅの候補経路をＥ１、Ｅ２、Ｅ３とした場合、各移動体の候補経路の組み合わせを、Ａ１−Ｂ１−Ｃ１−Ｄ１−Ｅ２、Ａ１−Ｂ１−Ｃ１−Ｄ２−Ｅ１、Ａ１−Ｂ１−Ｃ２−Ｄ１−Ｅ１、Ａ１−Ｂ２−Ｃ１−Ｄ１−Ｅ１、Ａ２−Ｂ１−Ｃ１−Ｄ１−Ｅ１というように、各移動体の候補経路を仮採用した場合の全組み合わせについて、候補経路を組み合わせたときの移動体の衝突の回数と全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出する。
【００４４】
なお図６において、各移動体について３つの候補経路を示しているが、候補経路は多数存在する場合もある。また、各移動体の候補経路の組み合わせについて、図６では一部の組み合わせについて示しているが、経路決定手段１８は全組み合わせについて、移動体の衝突の回数と全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出する。
【００４５】
さらに前記移動体の衝突の回数とコストの総和の算出において、各移動体の候補経路の仮採用は、二つの移動体について次候補の経路に代えた場合、三つの移動体について次候補の経路に代えた場合、全移動体について次候補の経路に代えた場合、というように一度にいくつまで各移動体の候補経路を変えて比較するかを自由に設定できるようにしても良い。また、前記設定は入力装置２３を介して、経路決定手段１８に対して行われる。
【００４６】
既に経路の得られていた移動体Ｂ、Ｃについては、次候補経路を運用計画における始点から求める代わりに、経路算出時間帯Ｐの開始時刻における位置を始点として求めても良い（すでに走行中の場合は経路算出時間帯Ｐの開始時刻における位置を始点とする）。経路決定手段１８は、こうして比較した各移動体の候補経路の組み合わせの中で、コストの総和が最小の組み合わせを移動体の最適な経路の組み合わせとして決定する。各移動体の候補経路にかかるコストが小さいものから比較しているので、経路決定手段１８は、各移動体の待ち合わせを行わない候補経路でかつ各移動体の衝突のない候補経路が得られれば、全移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小と判断し、これを採用して全移動体の最適な経路の組み合わせを決定する。
【００４７】
さらに、経路決定手段１８は、移動体の待ち合わせを行わない候補経路の中で、移動体の衝突のある場合は、次の候補経路に代える前の組み合わせで、衝突が起こる誘導路の区間または交差点で優先度の低い方の移動体を待たせる（待ち合わせ）ようにしたときの全移動体の候補経路にかかるコストの総和を算出する。
【００４８】
次に、経路決定手段１８は、今までに検討した衝突のない（待ち合わせを行う）組み合わせのうちコストの総和が最小の候補経路の組み合わせを経路保存出力手段１９に送り、経路保存出力手段１９は前記コストが最小の候補経路の組み合わせを保存する。経路決定手段１８は、移動体の衝突のある（待ち合わせを行わない）候補経路の中から選ばれたコストの総和が最小の候補経路の組み合わせについて、一つの候補経路について、二つの候補経路について、三つの候補経路について、というように入力装置２３から経路決定手段１８に設定信号を送ることにより、一つまたは複数の候補経路について、同時に次候補の候補経路に代え、候補経路を組み合わせたときのコストの総和を比較し、コストの総和が最小の候補経路の組み合わせを決定する。経路決定手段１８は次候補とすべき現実的な候補経路がなくなっても衝突のない組み合わせが得られない場合は経路探索を終了し、現在得られているコストの総和が最小で衝突のない経路の組み合わせ（待ち合わせあり）を採用する。ここで、現実的な候補経路とは、候補経路の各評価項目の個別のコストを総和することにより経路のコストを算出し、前記コストの総和が入力装置２３を介して設定された候補経路のコスト最大値以下の候補経路をいう。また、入力装置２３を介して設定された候補経路のコスト関数の各評価項目のコスト最大値以下の候補経路としても良い。
【００４９】
例えば、候補経路が移動体の転回回数が多くまた長距離を走行する経路である場合で、コスト関数の評価項目の転回回数または、走行距離に最大値が設定され、コスト関数によって算出されたコストが前記最大値以下であれば、現実的な候補経路とされる。また、候補とする各移動体の候補経路の数の最大値を入力装置２３を介して予め設定できるようにしても良い。例えば、各移動体の候補経路の数の最大値が３であれば、各移動体の候補経路の数は最大で３つとなり、経路決定手段１８は各移動体の候補経路の数を最大３つの範囲で、各移動体の候補経路の組み合わせを行う。
【００５０】
経路決定手段１８によって、決定された各移動体の経路は、経路保存出力手段１９に送られ、経路保存出力手段１９に保存される。経路保存出力手段１９に保存された情報は、入力装置２３からの指示により、周辺装置２４に出力される。なお周辺装置２４として、表示装置、保存装置および記憶媒体が用いられている。
【００５１】
第２の実施の形態
図７および図８は、本発明による地上走行誘導支援装置の第２の実施の形態の処理手順を示す図である。
【００５２】
図７および図８に示す第２の実施の形態において、経路決定手段１８は、各移動体の最小コストの候補経路の組み合わせで衝突がある場合は、まず、この組み合わせで衝突が起こるところで待ち合わせを行うようにしたときの各移動体のコストの総和を算出する。次に、一つの移動体毎、次候補経路を仮採用した場合の全候補経路の組み合わせについて、移動体の衝突が起こるところで待ち合わせを行ったときの各々の全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出する。ところで、入力装置２３から経路決定手段１８に設定信号を送ることにより、二つの移動体について候補経路に代えた場合、三つの移動体について候補経路を代えた場合、全移動体について候補経路を代えた場合、というように同時にいくつまで各移動体の候補経路を変えて比較するかを自由に設定できるようにしても良い。また、経路決定手段１８は、既に経路の得られていた移動体について、次候補経路を運用計画格納手段１３からの移動体の運用計画における始点から求める代わりに、経路算出時間帯Ｐの開始時刻における位置を始点として求めるようにしても良い（すでに走行中の場合は経路算出時間帯Ｐの開始時刻における位置を始点とする）。 経路決定手段１８は比較した各移動体の候補経路の組み合わせの中で、コストの総和が最小の各移動体の候補経路の組み合わせを決定する。経路決定手段１８は、各移動体の候補経路のコストが小さい方から比較しているので、各移動体の候補経路の組み合わせのコストの総和が前回より増加する組み合わせしかない場合、前回の各移動体の候補経路の組み合わせを、コストの総和が最小であると判断し、前回の移動体の候補経路の組み合わせを採用し、経路を決定する。経路決定手段１８は、コストの総和が前回よりも減少した場合、コストの総和が最小の各移動体の候補経路の組み合わせを経路保存出力手段１９に送り、経路保存出力手段１９はコストの総和が最小の各移動体の候補経路の組み合わせを保存する。また経路決定手段１８は、前記コストの総和が最小の候補経路の組み合わせについて、一つの移動体、二つの移動体、三つの移動体、全移動体というように複数の移動体について次候補経路に代えて、各移動体の衝突が起こるところで待ち合わせを行ったときの各移動体の候補経路のコストの総和を比較し、各移動体の候補経路のコストの総和が最小の各移動体の候補経路の組み合わせを決定する。経路決定手段１８は次候補経路とすべき現実的な候補経路がなくなり、コストの総和が最小と判断される組み合わせが得られない場合は、経路探索を終了し、現在得られている各移動体のコスト最小の候補経路の組み合わせを各移動体の経路として決定する。
【００５３】
他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。図７および図８において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分は同一の符号を符して詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。一般に、１本の滑走路を１時間に発着する便数は４０本程度であり、滑走路とスポット間の所用時間をおよそ５〜６分とすれば、１つの移動体を基準にして経路算出時間帯Ｐを決めた場合、一度に考慮すべき移動体の数は約５つと見積もることができ、経路決定手段１８による経路算出の計算量は多くない。また、移動体が衝突する場合と待ち合わせる場合を同時に比較するため、安全で効率の良い経路の組み合わせを確実に効率良く求めることができる。このようにして、安全で効率の良い経路の組み合わせが求められる。
【００５５】
第３の実施の形態
図９は、本発明による地上走行誘導支援装置の第３の実施の形態を示す図である。
【００５６】
図９に示す第３の実施の形態において、本発明による地上走行誘導支援装置は、移動体の認識番号に基づいて、移動体の個別の候補経路を算出する単機経路算出手段２１と、単機経路算出手段２１によって算出された移動体の個別の候補経路を移動体の認識番号に関連づけて格納する候補経路格納手段２２を更に有している。
【００５７】
なお、図１０に示すように、単機経路算出手段２１と候補経路格納手段２２は経路決定手段１８内に収納されていてもよい。
【００５８】
単機経路算出手段２１は、経路決定手段１８から候補経路を求めたい移動体の認識番号が送られると、運用計画格納手段１３から候補経路を求めたい移動体の運用計画と、移動体特性データ格納手段１２から移動体の状態に関する情報を読み出す。単機経路算出手段２１は、更に移動体が移動中の場合は移動体情報検出手段１４からその移動体の現在位置、速度および方向を読み出し、出発点と目標点を設定して、この間を結ぶ候補経路を一つまたは複数算出する。算出された候補経路は、単機経路算出手段２１から候補経路格納手段２２に送られ、移動体の認識番号に関連づけて、候補経路格納手段２２に格納される。
【００５９】
他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。図９および図１０において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分は同一の符号を符して詳細な説明は省略する。
【００６０】
経路決定手段１８は、候補経路格納手段２２から候補経路を読み出し、条件が変わった場合にのみ単機経路算出手段２１を使って経路を算出しなおすことができる。また、走行中の移動体の現在位置からの経路を求める場合、経路決定手段１８は単機経路算出手段２１を使って現在位置からの経路を算出するだけでなく、現在位置と終点の両方を含む経路を候補経路格納手段２２から検索できる。
【００６１】
これにより、経路算出手段１８は、単機経路算出手段２２による候補経路の算出にかかる時間が短縮されることから、安全で効率の良い経路の組み合わせをより早く見つけることができる。さらに、経路算出手段１８は、運用計画に基づいて予め誘導経路を算出することができるため、運用計画などに変更がない場合の経路算出を短時間で行うことができる。このため、急な天候の変化や運用計画の臨時変更、走行中の移動体の経路変更などにも迅速に対応できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、空港内を走行する航空機以外の移動体との衝突や使用不可能な誘導路を考慮して、走行途中での停止や変更の少なく、安全でかつ効率的な誘導路を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地上走行誘導支援装置の第１の実施の形態を示す全体構成図
【図２】本発明による地上走行誘導支援装置の第１の実施の形態の経路決定手段の処理手順を示す図
【図３】本発明による地上走行誘導支援装置の第１の実施の形態の経路決定手段の処理手順を示す図
【図４】移動体Ａを基準にした経路算出時間帯を示す図
【図５】移動体Ａ、Ｃ、Ｄを基準にした経路算出時間帯を示す図
【図６】各移動体の候補経路の組み合わせを示す図
【図７】本発明による地上走行誘導支援装置の第２の実施の形態の経路決定手段の処理手順を示す図
【図８】本発明による地上走行誘導支援装置の第２の実施の形態の経路決定手段の処理手順を示す図
【図９】本発明による地上走行誘導支援装置の第３の実施の形態を示す全体構成図
【図１０】単機経路算出手段と候補経路格納手段とを経路決定手段の内部に具備した状態を示す図
【符号の説明】
１ 地上走行誘導支援装置
１１ 経路ネットワーク格納手段
１２ 移動体特性データ格納手段
１３ 運用計画格納手段
１４ 移動体情報検出手段
１５ 占有時間帯算出手段
１６ 衝突判定手段
１７ コスト関数設定手段
１８ 経路決定手段
１９ 経路保存出力手段
２１ 単機経路算出手段
２２ 候補経路格納手段
【産業上の利用分野】
本発明は、空港内の誘導路を走行する複数の移動体に対して、誘導支援する地上走行誘導支援装置に係り、とりわけ移動体の走行経路にかかるコストが最小となるよう、移動体の誘導経路を決定することができる地上走行誘導支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、民間航空機の飛行中の誘導は、航空路監視レーダや、二次監視レーダ等を用いて航空路管制がなされている。つまり、空港近くの進入経路においては、空港監視レーダによって、着陸進入においては精測進入レーダおよび計器着陸用施設等によって、低視程でも飛行、着陸進入が可能になっている。しかし、航空機の空港内における走行誘導については、空港面探査レーダ、管制官の目視による監視、管制官とパイロット間の音声通信による管制誘導、管制官が操作する誘導灯および案内表示板に頼っている場合が多いのが現状である。したがって、地上において視程が悪いときには、管制官の航空機の視認やパイロットの周囲監視が困難になることから、誘導走行が難しく、安全性、空港の運用効率が、ともに低下する。さらに、誘導経路は、管制官の勘と経験に基づいて指定されるため、交通量が多く誘導路構成が複雑な空港では、たとえ視程が良好でも、全ての離発着機が安全でかつ効率良く走行できるよう誘導するのは困難である。
【０００３】
このような問題を解決するために、（１）特許第３０１７９５６号（特開平１０−２６９５００、特願平９−７３５３５）、（２）特開平９−２８２６００（特願平８−８７９８４）、（３）特開２０００−１２８０９１（特願平１０−２９９３３４）等の発明が開発されている。このうち（３）における誘導経路の決定は、航空機の現在位置と目標位置に対応した誘導経路をデータベースから読み出すもので、他の航空機や整備車両等との衝突、工事中等で使用不可能な誘導路については特に考慮されていない。
【０００４】
また（２）については、誘導経路をデータベースから読み出すが、一つの誘導経路を同時に走行中の航空機の数が上限を越えないよう誘導経路を割り当て、また、走行中、他の移動体と衝突の可能性が高い場合に、一方の移動体に対し誘導路への進入を禁止する機能を持っている。しかし、一つの誘導経路を共有できる航空機の台数の上限を決めているだけで、航空機の速度や間隔を考慮していないため、衝突の可能性を充分考慮しているとは言いがたい。また、衝突を避けるための進入禁止による停止回数および停止時間は、誘導経路の割り当て時には考慮されていないため、実際に走行してた場合に何回も停止させられ、空港の運用効率が下がる可能性は否定できない。さらに整備車両等との衝突、使用不可能な誘導路等の考慮するのは困難である。このことは（３）についても同様である。
【０００５】
さらに（１）については、誘導経路を求める方法として、予め決められたプロダクションルールに基づく推論、または空港面をグラフ化するグラフ探索を提案しているが、これらの方法では、他の航空機との衝突はある程度考慮できても、（２）と同様、整備車両等との衝突や使用不可能な誘導路などを考慮するのは難しい。
【０００６】
【発明が解決しょうとする課題】
従来より、地上走行誘導支援装置において、航空機の現在位置と目標位置に対応した誘導経路をデータベースから読み出すものが知られている。
【０００７】
しかしながら、他の航空機やそれ以外の移動体との衝突および使用不可能な誘導路をも考慮した地上走行誘導支援装置は開発されていない。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、空港内を走行する航空機以外の移動体との衝突や使用不可能な誘導路を考慮して、走行途中での停止や変更の少なく、安全で効率の良い空港内での誘導経路を決定することができる地上誘導支援装置を提供すること目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空港内の誘導路を走行する複数の移動体に対して、誘導支援する地上走行誘導支援装置において、空港内の誘導路に関する情報を格納する経路ネットワーク格納手段と、移動体の特性に関する情報を移動体の認識番号と関連づけて格納する移動体特性データ格納手段と、移動体の運用計画に関する情報を格納する運用計画格納手段と、移動体の状態に関する情報を検出する移動体情報検出手段と、経路ネットワーク格納手段からの誘導路に関する情報、移動体情報検出手段からの移動体の状態に関する情報に基づいて、移動体が誘導路を占有する時間帯を算出する占有時間帯算出手段と、占有時間帯算出手段で算出された時間帯に関する情報に基づいて、空港内の誘導路を走行する移動体の相互の衝突の有無を判断する衝突判定手段と、移動体の走行経路にかかるコストを算出するためのコスト関数を設定するコスト関数設定手段と、衝突判定手段によって移動体の相互の衝突がないと判断され、かつコスト関数設定手段によって設定されたコスト関数により算出された複数の移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となるよう、複数の移動体の候補経路の中から最適な経路の組み合わせを決定する経路決定手段と、を備えたことを特徴とする地上走行誘導支援装置である。
【００１０】
本発明によれば、空港内を走行する航空機以外の移動体との衝突、および工事中等により使用不可能となった誘導路を考慮して、走行途中での停止や変更の少ない誘導経路を決定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図１乃至図１０を参照して本発明による地上走行誘導支援装置の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明による地上走行誘導支援装置の第１の実施の形態を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明による地上走行誘導支援装置１は、空港内の誘導路に関する情報を格納する経路ネットワーク格納手段１１と、移動体の特性に関する情報を移動体の認識番号と関連づけて格納する移動体特性データ格納手段１２と、移動体の運用計画に関する情報を格納する運用計画格納手段１３と、移動体の状態に関する情報を検出する移動体情報検出手段１２と、経路ネットワーク格納手段１１からの誘導路に関する情報、移動体情報検出手段１２からの移動体の状態に関する情報に基づいて、移動体が誘導路を占有する時間帯を算出する占有時間帯算出手段１５とを備えている。
【００１４】
占有時間帯算出手段１５で算出された時間帯に関する情報に基づいて、衝突判定手段１６により空港内の誘導路を走行する移動体の相互の衝突の有無を判断し、移動体の走行経路にかかるコストを算出するためのコスト関数をコスト関数設定手段１７により設定するようになっている。また経路ネットワーク格納手段１１、移動体特性データ格納手段１２、運用計画格納手段１３、移動体情報検出手段１４、衝突判定手段１６およびコスト関数設定手段１７からの情報に基づいて、経路決定手段１８により複数の移動体について各々複数の候補経路を算出する。
【００１５】
また、地上走行誘導支援装置１は、経路決定手段１８で算出した候補経路を保存し、周辺機器２４に出力する経路保存出力手段１９と、経路ネットワーク格納手段１１、移動体特性データ格納手段１２、運用計画格納手段１３およびコスト関数設定手段１７に情報を入力するための入力装置２３とを有している。
次に各構成要素について、更に説明する。
【００１６】
経路ネットワーク格納手段１１には、空港内の誘導路に関する情報が格納されている。また、このような空港内の誘導路に関する情報は、交差点（滑走路やエプロンヘの出入り口を含む）と交差点間をつなぐ区間、交差点および区間の座標と区間の接続状況を有し、各情報は認識番号と関連づけて、経路ネットワーク格納手段１１に格納されている。なお前記区間は、予め設定された距離によって誘導路を区切ってもよい。また、経路ネットワーク格納手段１１は、各スポットに対応する交差点（エプロンヘの出入口）と工事等で臨時に使用不可能となる区間の認識番号と時間帯に関する情報も、格納している。さらに、経路ネットワーク格納手段１１は、入力装置２３を介して、格納している事故などで臨時に使えなくなった区間および交差点の認識番号の情報を随時格納したり消去したりすることができる。
【００１７】
移動体特性データ格納手段１２には、移動体の特性に関する情報が格納されている。すなわち移動体特性データ格納手段１２には、空港内を走行する各種航空機や整備車両等の機種／車種とその数、サイズ、速度（平均、最高）、加減速度（平均、最大）、回転半径（最大、最小）、優先度、およびジェットブラスト長等に関する情報を格納されている。
【００１８】
また運用計画格納手段１３には、運用計画に関する情報が格納されている。すなわち、運用計画格納手段１３には、空港内を走行する移動体の発着時刻や利用予定スポット等の運用計画に関する情報が格納されている。
【００１９】
移動体情報検出手段１４は、移動体の状態に関する情報を検出している。すなわち、移動体情報検出手段１４は、空港内を走行する移動体の認識番号、位置、速度および方向に関する情報を、各種センサや移動体との通信等によって検出する。移動体情報検出手段１４は、移動体の認識番号、位置、速度および方向を検出することにより、衝突判定手段１６は、走行中の移動体について移動体の衝突の可能性を正確に予測することができる。
【００２０】
占有時間帯算出手段１５は、経路決定手段１８から候補経路が与えられたときに、与えられた候補経路を利用する移動体が占有する誘導路の区間および交差点と、それらが占有される時間帯を算出する。
【００２１】
また衝突判定手段１６は、占有時間帯算出手段１５で算出された時間帯に関する情報に基づいて、移動体の誘導路の区間および交差点の占有状況から衝突の有無を判断する。
【００２２】
コスト関数設定手段１７によって設定されたコスト関数は、評価項目として、少なくとも所用時間、走行距離、衝突数、待ち時間、待ち回数および転回回数を有し、経路決定手段１８は、前記コスト関数を用いて指定した評価項目を重視して移動体の走行経路にかかるコストを算出している。すなわちコスト関数設定手段１７では、各評価項目に各評価項目に対する係数（コスト係数）を乗して各評価項目のコストを算出し、各評価項目のコストを総和して、移動体の走行経路にかかるコストを算出している。
【００２３】
なお、評価項目を重視するとは、評価項目に対する係数（コスト係数）を大きく設定することである。例えば、所用時間を重視する場合は、所用時間に対する評価項目の係数（コスト係数）を大きくしたコスト関数を設定する。あるいは、移動体が大型機で転回回数を少なくしたい場合は、転回回数に対する評価項目の係数（コスト係数）を大きくしたコスト関数を設定する。ここで待ち時間、待ち回数とは、各々移動体が他の移動体との衝突を避けるために一時的に停止して待つ時間、およびその回数をいう。
【００２４】
経路決定手段１８は、衝突判定手段１６によって移動体の相互の衝突がないと判断され、かつコスト関数設定手段１７によって設定されたコスト関数により算出された複数の移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となるよう、複数の移動体の候補経路の中から最適な経路の組み合わせを決定するものである。
【００２５】
次にこのような構成からなる実施の形態の作用について説明する。
【００２６】
図１において、入力装置２３を介して、空港内の誘導路に関する情報が入力され、この情報が経路ネットワーク格納手段１１に格納される。また入力装置２３を介して、移動体の特性に関する情報が移動体特性データ格納手段１２へ入力され、この情報が移動体特性データ格納手段１２に、移動体の認識番号と関連づけて格納される。さらに、入力装置２３を介して、移動体の運用計画に関する情報が運用計画格納手段１３へ入力され、この情報が運用計画格納手段１３に格納される。
【００２７】
次に図２および図３において、占有時間帯算出手段１５は、経路ネットワーク格納手段１１からの誘導路に関する情報と、移動体情報検出手段１４からの移動体の状態に関する情報と、経路決定手段１８からの情報に基づいて、移動体の誘導路を占有する時間帯を算出する。次に衝突判定手段１６は占有時間帯算出手段１５で算出された時間帯に関する情報に基づいて、空港内の誘導路走行する移動体の相互の衝突の有無を判断する。その後、経路決定手段１８は、衝突判定手段１６によって移動体の相互の衝突がないと判断され、かつコスト関数設定手段１７によって設定されたコスト関数により算出された複数の移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となるよう、複数の移動体の候補経路の中から最適な経路の組み合わせを決定する。
【００２８】
以下、経路決定手段１８における処理手順について詳述する。
【００２９】
なお、経路決定手段１８は、多数の移動体の経路を決定することができるが、以下に述べる説明では５つの移動体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについての経路を決定する処理手順について説明する。
【００３０】
以下に詳述する処理手順として、ルールベースを用いる方法、グラフ探索を行う方法、推論を行う方法を用いても良い。
【００３１】
まず、移動体Ａの経路を求める場合、入力装置２３に移動体Ａの認識番号（便名等）が入力される。入力装置２３に入力された移動体Ａの認識番号は、経路決定手段１８に送られる。経路決定手段１８は、運用計画格納手段１３から移動体Ａの認識番号に関連づけられた移動体の運用計画に関する情報を読み出し、必要な場合（走行途中での経路変更をしたい場合など）は、移動体情報検出手段１４から移動体Ａの現在位置、速度および方向（移動体の状態に関する情報）を読み出す。なお、移動体は移動体の状態に関する情報を無線を通じて、移動体情報検出手段１４に常時送信し、移動体情報検出手段１４は、移動体の状態に関する情報を常時格納している。
【００３２】
図４に示すように、経路決定手段１８は移動体Ａの運用計画に関する情報と移動体Ａの状態に関する情報に基づいて、移動体Ａの経路の始点および終点と、始点での時刻ＴＡを求め、始点での時刻ＴＡから所定の時間幅ΔＴの間（経路算出時間帯Ｐ）に走行中の他の移動体を抽出する。なお、所定の時間幅ΔＴは入力装置２３によって入力され、経路決定手段１８に送られる。また図４において、横軸は時刻（時間）を表し、縦軸は、移動体の認識番号に関する情報を表している。
【００３３】
経路決定手段１８において、運用計画格納手段１３からの移動体の運用計画に関する情報と移動体情報検出手段１４からの移動体の状態に関する情報に基づいて、経路が既に算出されている移動体については、移動体Ａの経路算出時間帯Ｐに走行中の他の移動体を抽出する。経路がまだ算出されていない他の移動体について、経路決定手段１８は、運用計画格納手段１３からの移動体の運用計画に関する情報と移動体情報検出手段１４からの移動体の状態に関する情報に基づいて、始点での時刻を求め、「始点での時刻」から「始点での時刻＋所定の時間幅ΔＴ」まで（所定時間帯Ｑ）が経路算出時間帯Ｐに掛かる移動体を抽出し、運用計画格納手段１３から移動体Ａの経路算出時間帯Ｐに掛かる移動体の認識番号を算出する。移動体の経路の算出は、始点での時刻が早い移動体から経路を求められるので、経路未算出の移動体に関しては、始点での時刻Ｔが経路算出時間帯Ｐに含まれるかどうかで判断できる。なお、所定の時間幅ΔＴの値は、利用者が入力装置２３を介して変更可能なデフォルト値となっている。所定の時間幅ΔＴは経路の始点と終点の位置関係によって、経路決定手段１８が自動調整するようにしてもよい、また、経路算出時に利用者が入力装置２３を介して、直接設定できるようにしても良い。
【００３４】
こうして抽出された移動体の符号をＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、とし、このうち、移動体Ｂ、Ｃは経路が算出されており、移動体Ｄ、Ｅについてはまだ経路が算出されていないとする。経路決定手段１８は、移動体Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのうち、まだ経路が算出されていない移動体Ｄ、Ｅに関して、運用計画格納手段１３から移動体Ｄ、Ｅの運用計画を読み出して、経路の始点と終点および始点での時刻ＴＤ、ＴＥを設定する。また経路決定手段１８は、移動体Ｂ、Ｃに関して、必要な場合（走行途中での経路変更をしたい場合）は、移動体情報検出手段１４から現在位置、速度および方向を読み出して、経路の始点と終点および始点での時刻ＴＢ、ＴＣ、を設定する。経路決定手段１８は、経路ネットワーク格納手段１１から空港内の誘導路に関する情報を、移動体特性データ格納手段１２から移動体の特性に関する情報を、コスト関数設定手段１７によって設定されたコスト関数をコスト関数設定手段１７から読み出し、まだ経路が求められていない移動体Ａ、Ｄ、Ｅ、に対して、個別に最小コストとなる経路を求め、候補経路とする。ここで経路決定手段１８は、複数の候補経路を求めて経路保存出力手段１９に記憶するようにしても良い。
【００３５】
以上のように、経路算出手段１８は、複数の移動体Ａ、Ｄ、Ｅについて各々複数の候補経路を算出する。
【００３６】
なお図５に示すように、経路算出手段１８は、移動体Ａの経路算出時間帯Ｐを複数の移動体の基準で算出するようにしても良い。なお図５において、横軸は時刻（時間）を表し、縦軸は、移動体の認識番号に関する情報を表している。例えば、移動体Ａ、Ｃ、Ｄを基準に経路算出時間帯Ｐを決める場合、移動体Ａ、Ｃ、Ｄの各経路算出時間帯Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を算出し、算出された各経路算出時間帯Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が全て含まれる範囲が、移動体Ａ、Ｃ、Ｄを基準とした経路算出時間帯Ｐとなる。
【００３７】
また、経路算出手段１８はコスト関数設定手段１７によって設定されるコスト関数を用いて、入力装置２３からコスト関数の評価項目に対する係数（コスト係数）が入力され、予め設定された評価項目に入力された個別の評価項目の値を乗し、各評価項目の個別のコストを算出し、各評価項目の個別のコストを総和することにより経路のコストを算出する。コスト関数の評価項目は予め設定されているが、入力装置２３を介して、自由に評価項目の変更、追加および削除ができるようになっていても良い。
【００３８】
したがって、コスト関数の評価項目のコスト係数を増減することにより、重視したい評価項目を重視したコスト関数を設定することができ、前記コスト関数を用いて、経路決定手段１８は、重視したい評価項目を重視した経路を決定することができる。
【００３９】
例えば、走行距離を重視して評価する場合は、入力装置２３を介してコスト関数設定手段１７によって、走行距離の評価項目に対するコスト係数を大きく設定することができ、このように設定されたコスト関数を用いて経路決定手段１８は、移動体の走行距離を少なくするように、移動体の経路を決定する。また、待ち時間の評価項目に対するコスト係数を大きく設定することにより、待ち時間を少なくするようにコスト関数を設定することができる。所用時間と衝突数等、複数の評価項目を重視しても良い。さらに、コスト関数を数種類設け、大型機に対しては転回回数の評価項目に対するコスト係数を大きく設定し、大型機の転回回数を少なくすることもできる。このようにして、利用者の意向を反映したコスト関数の評価項目に対するコスト係数を設定できることから、空港内の誘導路の運用効率を向上させることができ、経済的効率を向上させることができる。
【００４０】
さらに、異なる移動体が誘導路の同一の区間または交差点を占有している場合、各移動体の占有する時間帯の間隔をコスト関数の評価項目としても良い。つまり占有する時間帯の間隔に対する評価項目を重視することにより、経路決定手段１８より衝突の危険性の少ない候補経路の組み合わせを選択することができ、安全性の向上に繋がる。
【００４１】
次に、占有時間帯算出手段１５は、経路ネットワーク格納手段１１からの誘導路に関する情報と、移動体情報検出手段１４からの移動体の状態に関する情報と、経路決定手段１８からの移動体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに対する候補経路に関する情報に基づいて、移動体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅがどの時間帯にどの誘導路の交差点と区間を占有するかを算出する。衝突判定手段１６は、占有時間帯算出手段１５によって算出されたどの移動体、どの時間帯、どの誘導路の交差点または区間を占有するかについて情報（時間帯に関する情報）に基づいて、衝突の有無を判断する。衝突の有無の判断は、異なる移動体が同一の誘導路の交差点または区間を占有し、かつ時間帯が重複する場合は衝突があると判断し、前記以外は衝突はないと判断される。また、移動体の衝突がある場合、衝突判定手段１６は、衝突回数と衝突する誘導路の交差点または区間、重複する時間帯および移動体の認識番号を算出し、経路決定手段１８に送る。移動体の衝突がない場合、経路決定手段１８は、前記各移動体の衝突のない候補経路の組み合わせを経路として決定する。移動体の衝突がない経路は、衝突を避けるための各移動体の待ち合わせがないので、各移動体の最小コストの候補経路を組み合わせたときの各移動体の走行経路にかかるコストの総和（他移動体との衝突や待ち時間を考慮したときの各移動体の候補経路のコストの総和）は最小となる。
【００４２】
経路決定手段１８は、各移動体の最小コストの候補経路の組み合わせで、移動体の衝突がある場合、各移動体の次候補の経路、すなわち候補経路のコストが次に低い候補経路（移動体と移動体の衝突、前記衝突を避けるための待ち時間を考慮しないときの候補経路のコストが現在値以上のものの中で、コスト最小かつ今までに仮採用していない候補経路）を仮採用した場合の組み合わせについて、移動体の衝突の回数と全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出する。
【００４３】
図６に示すように、移動体Ａの候補経路をＡ１、Ａ２、Ａ３、移動体Ｂの候補経路をＢ１、Ｂ２、Ｂ３、移動体Ｃの候補経路をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、移動体Ｄの候補経路をＤ１、Ｄ２、Ｄ３、移動体Ｅの候補経路をＥ１、Ｅ２、Ｅ３とした場合、各移動体の候補経路の組み合わせを、Ａ１−Ｂ１−Ｃ１−Ｄ１−Ｅ２、Ａ１−Ｂ１−Ｃ１−Ｄ２−Ｅ１、Ａ１−Ｂ１−Ｃ２−Ｄ１−Ｅ１、Ａ１−Ｂ２−Ｃ１−Ｄ１−Ｅ１、Ａ２−Ｂ１−Ｃ１−Ｄ１−Ｅ１というように、各移動体の候補経路を仮採用した場合の全組み合わせについて、候補経路を組み合わせたときの移動体の衝突の回数と全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出する。
【００４４】
なお図６において、各移動体について３つの候補経路を示しているが、候補経路は多数存在する場合もある。また、各移動体の候補経路の組み合わせについて、図６では一部の組み合わせについて示しているが、経路決定手段１８は全組み合わせについて、移動体の衝突の回数と全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出する。
【００４５】
さらに前記移動体の衝突の回数とコストの総和の算出において、各移動体の候補経路の仮採用は、二つの移動体について次候補の経路に代えた場合、三つの移動体について次候補の経路に代えた場合、全移動体について次候補の経路に代えた場合、というように一度にいくつまで各移動体の候補経路を変えて比較するかを自由に設定できるようにしても良い。また、前記設定は入力装置２３を介して、経路決定手段１８に対して行われる。
【００４６】
既に経路の得られていた移動体Ｂ、Ｃについては、次候補経路を運用計画における始点から求める代わりに、経路算出時間帯Ｐの開始時刻における位置を始点として求めても良い（すでに走行中の場合は経路算出時間帯Ｐの開始時刻における位置を始点とする）。経路決定手段１８は、こうして比較した各移動体の候補経路の組み合わせの中で、コストの総和が最小の組み合わせを移動体の最適な経路の組み合わせとして決定する。各移動体の候補経路にかかるコストが小さいものから比較しているので、経路決定手段１８は、各移動体の待ち合わせを行わない候補経路でかつ各移動体の衝突のない候補経路が得られれば、全移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小と判断し、これを採用して全移動体の最適な経路の組み合わせを決定する。
【００４７】
さらに、経路決定手段１８は、移動体の待ち合わせを行わない候補経路の中で、移動体の衝突のある場合は、次の候補経路に代える前の組み合わせで、衝突が起こる誘導路の区間または交差点で優先度の低い方の移動体を待たせる（待ち合わせ）ようにしたときの全移動体の候補経路にかかるコストの総和を算出する。
【００４８】
次に、経路決定手段１８は、今までに検討した衝突のない（待ち合わせを行う）組み合わせのうちコストの総和が最小の候補経路の組み合わせを経路保存出力手段１９に送り、経路保存出力手段１９は前記コストが最小の候補経路の組み合わせを保存する。経路決定手段１８は、移動体の衝突のある（待ち合わせを行わない）候補経路の中から選ばれたコストの総和が最小の候補経路の組み合わせについて、一つの候補経路について、二つの候補経路について、三つの候補経路について、というように入力装置２３から経路決定手段１８に設定信号を送ることにより、一つまたは複数の候補経路について、同時に次候補の候補経路に代え、候補経路を組み合わせたときのコストの総和を比較し、コストの総和が最小の候補経路の組み合わせを決定する。経路決定手段１８は次候補とすべき現実的な候補経路がなくなっても衝突のない組み合わせが得られない場合は経路探索を終了し、現在得られているコストの総和が最小で衝突のない経路の組み合わせ（待ち合わせあり）を採用する。ここで、現実的な候補経路とは、候補経路の各評価項目の個別のコストを総和することにより経路のコストを算出し、前記コストの総和が入力装置２３を介して設定された候補経路のコスト最大値以下の候補経路をいう。また、入力装置２３を介して設定された候補経路のコスト関数の各評価項目のコスト最大値以下の候補経路としても良い。
【００４９】
例えば、候補経路が移動体の転回回数が多くまた長距離を走行する経路である場合で、コスト関数の評価項目の転回回数または、走行距離に最大値が設定され、コスト関数によって算出されたコストが前記最大値以下であれば、現実的な候補経路とされる。また、候補とする各移動体の候補経路の数の最大値を入力装置２３を介して予め設定できるようにしても良い。例えば、各移動体の候補経路の数の最大値が３であれば、各移動体の候補経路の数は最大で３つとなり、経路決定手段１８は各移動体の候補経路の数を最大３つの範囲で、各移動体の候補経路の組み合わせを行う。
【００５０】
経路決定手段１８によって、決定された各移動体の経路は、経路保存出力手段１９に送られ、経路保存出力手段１９に保存される。経路保存出力手段１９に保存された情報は、入力装置２３からの指示により、周辺装置２４に出力される。なお周辺装置２４として、表示装置、保存装置および記憶媒体が用いられている。
【００５１】
第２の実施の形態
図７および図８は、本発明による地上走行誘導支援装置の第２の実施の形態の処理手順を示す図である。
【００５２】
図７および図８に示す第２の実施の形態において、経路決定手段１８は、各移動体の最小コストの候補経路の組み合わせで衝突がある場合は、まず、この組み合わせで衝突が起こるところで待ち合わせを行うようにしたときの各移動体のコストの総和を算出する。次に、一つの移動体毎、次候補経路を仮採用した場合の全候補経路の組み合わせについて、移動体の衝突が起こるところで待ち合わせを行ったときの各々の全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出する。ところで、入力装置２３から経路決定手段１８に設定信号を送ることにより、二つの移動体について候補経路に代えた場合、三つの移動体について候補経路を代えた場合、全移動体について候補経路を代えた場合、というように同時にいくつまで各移動体の候補経路を変えて比較するかを自由に設定できるようにしても良い。また、経路決定手段１８は、既に経路の得られていた移動体について、次候補経路を運用計画格納手段１３からの移動体の運用計画における始点から求める代わりに、経路算出時間帯Ｐの開始時刻における位置を始点として求めるようにしても良い（すでに走行中の場合は経路算出時間帯Ｐの開始時刻における位置を始点とする）。 経路決定手段１８は比較した各移動体の候補経路の組み合わせの中で、コストの総和が最小の各移動体の候補経路の組み合わせを決定する。経路決定手段１８は、各移動体の候補経路のコストが小さい方から比較しているので、各移動体の候補経路の組み合わせのコストの総和が前回より増加する組み合わせしかない場合、前回の各移動体の候補経路の組み合わせを、コストの総和が最小であると判断し、前回の移動体の候補経路の組み合わせを採用し、経路を決定する。経路決定手段１８は、コストの総和が前回よりも減少した場合、コストの総和が最小の各移動体の候補経路の組み合わせを経路保存出力手段１９に送り、経路保存出力手段１９はコストの総和が最小の各移動体の候補経路の組み合わせを保存する。また経路決定手段１８は、前記コストの総和が最小の候補経路の組み合わせについて、一つの移動体、二つの移動体、三つの移動体、全移動体というように複数の移動体について次候補経路に代えて、各移動体の衝突が起こるところで待ち合わせを行ったときの各移動体の候補経路のコストの総和を比較し、各移動体の候補経路のコストの総和が最小の各移動体の候補経路の組み合わせを決定する。経路決定手段１８は次候補経路とすべき現実的な候補経路がなくなり、コストの総和が最小と判断される組み合わせが得られない場合は、経路探索を終了し、現在得られている各移動体のコスト最小の候補経路の組み合わせを各移動体の経路として決定する。
【００５３】
他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。図７および図８において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分は同一の符号を符して詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。一般に、１本の滑走路を１時間に発着する便数は４０本程度であり、滑走路とスポット間の所用時間をおよそ５〜６分とすれば、１つの移動体を基準にして経路算出時間帯Ｐを決めた場合、一度に考慮すべき移動体の数は約５つと見積もることができ、経路決定手段１８による経路算出の計算量は多くない。また、移動体が衝突する場合と待ち合わせる場合を同時に比較するため、安全で効率の良い経路の組み合わせを確実に効率良く求めることができる。このようにして、安全で効率の良い経路の組み合わせが求められる。
【００５５】
第３の実施の形態
図９は、本発明による地上走行誘導支援装置の第３の実施の形態を示す図である。
【００５６】
図９に示す第３の実施の形態において、本発明による地上走行誘導支援装置は、移動体の認識番号に基づいて、移動体の個別の候補経路を算出する単機経路算出手段２１と、単機経路算出手段２１によって算出された移動体の個別の候補経路を移動体の認識番号に関連づけて格納する候補経路格納手段２２を更に有している。
【００５７】
なお、図１０に示すように、単機経路算出手段２１と候補経路格納手段２２は経路決定手段１８内に収納されていてもよい。
【００５８】
単機経路算出手段２１は、経路決定手段１８から候補経路を求めたい移動体の認識番号が送られると、運用計画格納手段１３から候補経路を求めたい移動体の運用計画と、移動体特性データ格納手段１２から移動体の状態に関する情報を読み出す。単機経路算出手段２１は、更に移動体が移動中の場合は移動体情報検出手段１４からその移動体の現在位置、速度および方向を読み出し、出発点と目標点を設定して、この間を結ぶ候補経路を一つまたは複数算出する。算出された候補経路は、単機経路算出手段２１から候補経路格納手段２２に送られ、移動体の認識番号に関連づけて、候補経路格納手段２２に格納される。
【００５９】
他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。図９および図１０において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分は同一の符号を符して詳細な説明は省略する。
【００６０】
経路決定手段１８は、候補経路格納手段２２から候補経路を読み出し、条件が変わった場合にのみ単機経路算出手段２１を使って経路を算出しなおすことができる。また、走行中の移動体の現在位置からの経路を求める場合、経路決定手段１８は単機経路算出手段２１を使って現在位置からの経路を算出するだけでなく、現在位置と終点の両方を含む経路を候補経路格納手段２２から検索できる。
【００６１】
これにより、経路算出手段１８は、単機経路算出手段２２による候補経路の算出にかかる時間が短縮されることから、安全で効率の良い経路の組み合わせをより早く見つけることができる。さらに、経路算出手段１８は、運用計画に基づいて予め誘導経路を算出することができるため、運用計画などに変更がない場合の経路算出を短時間で行うことができる。このため、急な天候の変化や運用計画の臨時変更、走行中の移動体の経路変更などにも迅速に対応できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、空港内を走行する航空機以外の移動体との衝突や使用不可能な誘導路を考慮して、走行途中での停止や変更の少なく、安全でかつ効率的な誘導路を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地上走行誘導支援装置の第１の実施の形態を示す全体構成図
【図２】本発明による地上走行誘導支援装置の第１の実施の形態の経路決定手段の処理手順を示す図
【図３】本発明による地上走行誘導支援装置の第１の実施の形態の経路決定手段の処理手順を示す図
【図４】移動体Ａを基準にした経路算出時間帯を示す図
【図５】移動体Ａ、Ｃ、Ｄを基準にした経路算出時間帯を示す図
【図６】各移動体の候補経路の組み合わせを示す図
【図７】本発明による地上走行誘導支援装置の第２の実施の形態の経路決定手段の処理手順を示す図
【図８】本発明による地上走行誘導支援装置の第２の実施の形態の経路決定手段の処理手順を示す図
【図９】本発明による地上走行誘導支援装置の第３の実施の形態を示す全体構成図
【図１０】単機経路算出手段と候補経路格納手段とを経路決定手段の内部に具備した状態を示す図
【符号の説明】
１ 地上走行誘導支援装置
１１ 経路ネットワーク格納手段
１２ 移動体特性データ格納手段
１３ 運用計画格納手段
１４ 移動体情報検出手段
１５ 占有時間帯算出手段
１６ 衝突判定手段
１７ コスト関数設定手段
１８ 経路決定手段
１９ 経路保存出力手段
２１ 単機経路算出手段
２２ 候補経路格納手段
Claims (5)
- 空港内の誘導路を走行する複数の移動体に対して、誘導支援する地上走行誘導支援装置において、
空港内の誘導路に関する情報を格納する経路ネットワーク格納手段と、
移動体の特性に関する情報を移動体の認識番号と関連づけて格納する移動体特性データ格納手段と、
移動体の運用計画に関する情報を格納する運用計画格納手段と、
移動体の状態に関する情報を検出する移動体情報検出手段と、
経路ネットワーク格納手段からの誘導路に関する情報、移動体情報検出手段からの移動体の状態に関する情報に基づいて、移動体が誘導路を占有する時間帯を算出する占有時間帯算出手段と、
占有時間帯算出手段で算出された時間帯に関する情報に基づいて、空港内の誘導路を走行する移動体の相互の衝突の有無を判断する衝突判定手段と、
移動体の走行経路にかかるコストを算出するためのコスト関数を設定するコスト関数設定手段と、
衝突判定手段によって移動体の相互の衝突がないと判断され、かつコスト関数設定手段によって設定されたコスト関数により算出された複数の移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となるよう、複数の移動体の候補経路の中から最適な経路の組み合わせを決定する経路決定手段と、
を備えたことを特徴とする地上走行誘導支援装置。 - 経路ネットワーク格納手段、移動体特性データ格納手段、運用計画格納手段、移動体情報検出手段およびコスト関数設定手段からの情報に基づいて、個別の移動体の経路を算出する単機経路算出手段と、
単機経路算出手段で求めた経路を格納する候補経路格納手段と、を備え、
経路決定手段は、少なくとも候補経路格納手段と単機経路算出手段からの情報に基づいて、個別の移動体の経路を決定することを特徴とする請求項１記載の地上走行誘導支援装置。 - コスト関数設定手段によって設定されるコスト関数は、評価項目として、少なくとも所用時間、走行距離、衝突数、待ち時間、待ち回数および転回回数を有し、経路決定手段は、前記コスト関数を用いて指定された評価項目を重視して移動体の走行経路にかかるコストを算出することを特徴とする請求項１記載の地上走行誘導支援装置。
- 経路決定手段は、各移動体の走行経路にかかるコストが最小となる一つまたは複数の候補経路を算出し、
さらに全移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となる候補経路の組み合わせを算出し、前記候補経路の組み合わせの中で各移動体の衝突がある場合は、一つまたは複数の移動体の候補経路を次候補経路に代えた場合、および優先度の低い方の移動体を待たせた場合について比較を行ない、コストの総和が最小となる各移動体の候補経路の組み合わせを決定することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の地上走行誘導支援装置。 - 経路決定手段は、各移動体の走行経路にかかるコストが最小となる一つまたは複数の候補経路を算出し、
さらに全移動体の走行経路にかかるコストの総和が最小となる候補経路の組み合わせを算出し、前記候補経路の組み合わせの中で各移動体の衝突がある場合は、優先度の低い方の移動体を待たせた場合について、全移動体の走行経路にかかるコストの総和を算出し、最小となる各移動体の候補経路の組み合わせを決定することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の地上走行誘導支援装置。
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