JP4455351B2

JP4455351B2 - 分散型シミュレーションシステム

Info

Publication number: JP4455351B2
Application number: JP2005012892A
Authority: JP
Inventors: 紀明北原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: JP2006202035A

Description

本発明は、分散環境に存在する複数のオブジェクトが例えばＲＴＩ（Run-Time Infrastructure）などの共通基盤を介して情報を授受し合う分散型シミュレーションシステムに関する。特に本発明は、防空飛しょう体システムなどに適用される分散型シミュレーションシステムに関する。

近年のソフトウェア技術の進展は目覚しく、モデル駆動型アーキテクチャ（ＭＤＡ：Model Driven Architecture）などの技術が開発されている（例えば非特許文献１を参照）。また近年では様々な分野においてシミュレーションシステムの需要が高まってきている。このような背景から、過去に開発されたシミュレーションシステムの再利用性と相互運用性を高め、今後の開発・保守コストを低減することを目的として、ＨＬＡ（High Level Architecture）が策定されている。

ＨＬＡは異なるシミュレーションシステム間を接続するための仕様であり、ルール、オブジェクトモデルテンプレート（ＯＭＴ）、及び、インタフェース仕様の要素を備える。これらの要素のうちインタフェース仕様はＲＴＩにより実装される。特に、ＲＴＩに接続可能なインタフェース仕様を有するシミュレーションオブジェクトはフェデレートと称され、その集合すなわちシミュレーション全体はフェデレーションと称される。

このような枠組みのもとでシミュレーションシステムを形成することにより、過去に開発された資源を有効に利用できると共に、分散型環境における大規模なシステムを構築することが可能になり、大きなメリットを得ることができる。近年では弾道弾モデルなどの飛しょう体モデルをこの種のシミュレーションシステムに適用し、防空システムにおけるミサイルディフェンスの検討に役立てることが行われている。
関連する技術が下記特許文献１に開示される。この文献にはＨＬＡ（High Level Architecture）対応のシミュレーション（フェデレーション）などのプログラムに用いられるＲＴＩ（Run-Time Infrastructure）ラッパーが開示される。
特開２００１−２６５６２２号公報東芝レビュー Vol.59 No.11 (2004) Ｐ５１〜５５

ところで既存の防空シミュレーションシステムにおいては、システムを形成する複数のパーソナルコンピュータごとに各モデルの役割を割り当てるようにしている。例えばコンピュータＡにはレーダの役割を割り当て、別のコンピュータＢには航空機の役割を割り当て、…、というようにである。各コンピュータのモニタには、それぞれ割り当てられたモデルの動きがビジュアルに表示される。

しかしながら既存のシステムにおいてはモニタ画面の表示態様がいずれも平面表示であり、上空から見た様子が表示されるに過ぎないため、ユーザに提供される情報が非常に限られたものになる。このため飛しょう体の会合、要撃（迎撃）会合などの状況把握に際し、お互いに会合しあうもの同士の高度差を読み取ることができない。このようにモデル間の高度差が重要な意味を持つ局面において、既存のシステムでは状況を理解することが非常に困難であり、防空に関する解析、分析、検討などを効果的に実施することが難しいという不具合がある。さらには防空システムの実運用においても防空指揮官、操作員などの指揮、判断などの遅れ、及び、判断ミス（過ち）を誘発する原因になり好ましくない。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、ユーザにより多くの情報を提供できるようにし、これにより防空に関する分析や検討作業をより的確かつ迅速に実施できるようにした分散型シミュレーションシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、ネットワークを介して互いに接続される複数のコンピュータにそれぞれロードされたアプリケーションプログラムが、分散型環境に存在する複数のシミュレーションモデル間の情報伝達を保証する共通基盤を利用してシミュレーションを実施する分散型シミュレーションシステムであって、前記共通基盤は、ＨＬＡ（High Level Architecture）インタフェース仕様に規定された各サービスを実行するためのＲＴＩ（Run-Time Infrastructure）であり、前記複数のシミュレーションモデルは、前記ＲＴＩへの接続インタフェースと、このＲＴＩとはレイヤの異なるＴＣＰ／ＩＰを用いた通信インタフェースとをそれぞれ備え、前記通信インタフェースを介して前記複数のシミュレーションモデルのそれぞれの状態データを収集する状態データ収集手段と、この状態データ収集手段により収集された前記状態データに基づいて、前記複数のシミュレーションモデルの３次元的な位置関係を視覚的に表示する表示制御手段とを具備することを特徴とする分散型シミュレーションシステムが提供される。

このような手段を講じることにより、各シミュレーションモデルの状態データが一元的に収集される。状態データは各シミュレーションモデルの位置、高度、軌道情報、飛行コース、撃破情報などを含む。このデータに基づいて複数のシミュレーションモデルの３次元的な位置関係が算出され、グラフィカルに表示される。これによりモデル間の高度差をオペレータは一目で認識できるようになり、既存のシステムよりも、防空に関する解析、分析、検討などを早く正確に実施できるようになる。また指揮官や操作員などの訓練、教育などを実施する場合には、このような利点を生かして指揮、判断などの遅れ、及びミス（過ち）を減少させることが可能になる。さらには、ＲＴＩ上のデータ授受とは異なるレイヤ（すなわちＴＣＰ／ＩＰ）において３次元表示のためのデータを授受できるので、ＲＴＩの処理負荷を軽減できるメリットも有る。

本発明によれば、ユーザにより多くの情報を提供できるようになり、これにより防空に関する分析や検討作業をより的確かつ迅速に実施できるようにした分散型シミュレーションシステムを提供することができる。

図１は、本発明に係わる分散型シミュレーションシステムがシミュレーション対象とする防空システムの一例を示すシステム構成図である。図１の防空システムは、複数のＦＵ１１と、これらのＦＵ１１を接続して互いの情報の授受を可能とする射撃ネットワーク１３とを備える。各ＦＵ１１は、対空機関砲（ガン）や誘導弾発射装置などとして実現される飛翔体発射装置１１ａと、各飛翔体発射装置１１ａを統括的に制御するファイヤコントロールシステム（ＦＣＳ：Fire Control System）１１ｂと、要撃対象となる目標に関する情報を取得するレーダ１１ｃとを備える。

各ＦＵには所定の空域に対応する防空エリアが予め割り当てられ、各ＦＵはその防空エリア内においてそれぞれ固有の防空能力を有する。ＦＣＳ１１ｂは、レーダ１１ｃにおいて取得される目標情報や他のＦＵから通知される諸情報をもとに、飛翔体発射装置１１ａへの目標割り当てなどの処理を実施する。

図２は、本発明に係わる防空シミュレーションシステムの一実施の形態を示すシステム図である。図１のシステムが地理的領域に展開されるのに対し、図２のシステムはＬＡＮ（Local Area Network）を主体として形成されるシステムである。図２のシステムは図１のシステムの運用をシミュレーションにより模倣するために用いられ、その結果をもとに防空戦略の最適化や戦術見積もりなどが実施される。なお本実施形態では、いわゆるシミュレーションをフェデレーションと称する。フェデレーションはＲＴＩをベースとして実現されるＨＬＡインタフェース仕様に規定される用語であり、またフェデレーション中に出現するシミュレーションモデルはフェデレートと称される。

図２において、ラップトップＰＣなどの複数のコンピュータＰＣ１〜ＰＣ３がＬＡＮ１００を介して互いに接続され、分散処理環境が形成される。コンピュータＰＣ１〜ＰＣ３は、ＬＡＮ１００を介して他のコンピュータと情報を授受する仲立ちとなるインタフェース部（Ｉ／Ｆ）２１と、表示部２２と、記憶部２３と、制御部２４と、ユーザインタフェース部２５とを備える。記憶部２３は、各フェデレートのふるまいを既定するためのシナリオデータ２３ａを所定の記憶領域に記憶する。また各ＰＣ１〜ＰＣ３の記憶部２３は、防空エリアの３次元的な地形データを示すデジタルマップとしての周辺地形データベース２３ｂを記憶する。ユーザインタフェース部２５は、キーボードやマウス（図示せず）などを備え、表示部２２上のＧＵＩ（Graphical User Interface）環境を用いたユーザの操作を受け付ける。

ＰＣ１の制御部２４は、ＲＴＩ．ｅｘｅファイル（符号２４ａ）と、フェデレーション・アプリケーション２４ｂとを備える。ＲＴＩ．ｅｘｅファイル２４ａは、制御部２４を、ＲＴＩ環境を提供するための実行体として動作させるための制御プログラムである。フェデレーション・アプリケーション２４ｂは、ユーザの要求する様々な仕様に応じたフェデレーションを実現するための制御プログラムである。このうちフェデレーション・アプリケーション２４ｂはＰＣ２およびＰＣ３の制御部２４にもロードされる。またＰＣ１の制御部２４のＲＴＩ．ｅｘｅファイル（符号２４ａ）は、フェデレーション・アプリケーション２４ｂと分けて別のＰＣでも実行されることができ、フェデレーションを実現することができる。

各ＰＣ１〜ＰＣ３におけるフェデレーション・アプリケーション２４ｂが、ＬＡＮ１００を介してＲＴＩ．ｅｘｅ２４ａの管理の下でオブジェクトのコール、生成、消滅などの処理を実施することによりフェデレーションが実現される。すなわち、フェデレーション・アプリケーション２４ｂおよびＲＴＩ．ｅｘｅ２４ａにより、シナリオデータ２３ａに基づくフェデレートの自律的な判断によりフェデレーションが進行される、という環境が形成される。フェデレーションの進行中には、各ＰＣ１〜ＰＣ３のモニタ画面には既存の手法により各フェデレートの位置関係が２次元表示される。その様子を図３に示す。

図３においては４つの画面が示され、各画面の左下にはＢＭ，Ａｉｒｐｌａｎｅ，Ｓｈｉｐ、および、ＳＡＭとして各フェデレートが示される。すなわちこれらのフェデレートとしての役割を担うＰＣの表示部２２には、対応するフェデレートの状態が２次元的に表示される。

ところで、図２においてＰＣ３の制御部２４は、フェデレーション・アプリケーション２４ｂに加えて、本実施形態に係わるソフトウェア的な処理機能としてデータ収集プログラム２４ｃを備える。データ収集プログラム２４ｃは、時々刻々と変化する各フェデレートの状態データ、すなわち位置、高度、軌道情報、飛行コース、撃破情報などの情報を、ＬＡＮ１００を介して各フェデレートから収集する。その際、データ収集プログラム２４ｃはＲＴＩとはレイヤの異なるプロトコル、例えばＴＣＰ／ＩＰなどのプロトコルを介して状態データを３次元描画プログラム２００ａに送信する。

さらに図２のシステムは、３次元描画プログラム２００ａをインストールされた表示用ＰＣ２００を備える。３次元描画プログラム２００ａはデータ収集プログラム２４ｃにより収集された状態データをＴＣＰ／ＩＰを介して受け取り、この状態データに基づいて各フェデレートの３次元的な位置関係を算出し、モニタに視覚的に表示する。

図４は、この実施形態に係わるフェデレーションの構成を示す概念図である。このフェデレーションにおいては、敵機Ｅ１，Ｅ２、味方機Ｃ１，Ｃ２、センサＢ１，Ｂ２、迎撃装置Ｄ１，Ｄ２、制御局Ｇ１および表示器Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３がシミュレーションモデルとなる。このほかフェデレーションに参加するオブジェクトとして、飛翔体Ｈ１，Ｈ２がある。

敵機Ｅ１，Ｅ２、味方機Ｃ１，Ｃ２、センサＢ１，Ｂ２、迎撃装置Ｄ１，Ｄ２、制御局Ｇ１、および、表示器Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、いずれもＲＴＩに接続可能なインタフェース仕様を有し、フェデレーションに参加するフェデレートとして実現される。各フェデレートはＲＴＩを介して取得した情報に基づいて、自己のふるまいを半自律的に決定する。このうちＲＴＩ、敵機Ｅ１，Ｅ２、表示器Ｆ１はコンピュータＰＣ１に実装され、味方機Ｃ１，迎撃装置Ｄ１、センサＢ１、表示器Ｆ２、制御局Ｇ１はコンピュータＰＣ２に実装され、表示器Ｆ３、迎撃装置Ｄ２、センサＢ２、味方機Ｃ２はＰＣ３に実装されるとする。なお飛翔体Ｈ１，Ｈ２は、敵機の迎撃に際して例えばＰＣ２およびＰＣ３において生成されるオブジェクトとして捉えることができる。

ＬＡＮ１００上の各ＰＣ１〜ＰＣ３と表示用ＰＣ２００との通信インタフェースがＴＣＰ／ＩＰであるとすれば、ＲＴＩはその上位レイヤに位置付けられる。また表示用ＰＣ２００はＲＴＩへの接続インタフェースを持たず、ＴＣＰ／ＩＰのみを介して各ＰＣ１〜ＰＣ３と情報通信を行う。

すなわち各フェデレートは、ＲＴＩに接続するためのインタフェースに加えて、ＴＣＰ／ＩＰ上でデータ授受を行うためのインタフェースを備える。具体的には、各フェデレートを定義するプログラムコードに、これらのインタフェースをＣ＋＋言語などで記載することにより、各フェデレートに両方のインタフェースをインプリメントすることが可能になる。

図５は、図２，図４の表示用ＰＣ２００のモニタ画面の表示内容を例示する模式図である。この図は飛翔体モデルを３時限表示するもので、フェデレートとしてのＢＭ，Ａｉｒｐｌａｎｅ，Ｓｈｉｐ，Ｓｅｎｓｏｒ，および、ＳＡＭなどの位置関係が３次元的に表示される。さらに、ＢＭ発射機などのシンボル，飛翔体が撃破されたシンボル，飛行コース，探知時間，発射時間などの数値情報も併せて表示することができる。

このように本実施形態では、分散環境などで使用するミドルウェアの１つであるＨＬＡ規格のＲＴＩを使用して各フェデレートの２次元表示を行う。さらに、ＴＣＰ／ＩＰ上のデータを使用して３次元表示を実現する。すなわち各フェデレートは、ＲＴＩ用のインタフェースに加えてＴＣＰ／ＩＰ用のインタフェースを併せ持たせ、状態データをＴＣＰ／ＩＰを介して一元的に収集することにより、２次元情報と３次元情報とを同時に視覚的に表示することが可能になる。これによりオペレータは、必要とするフェデレートモデルの高度、位置、速度を瞬時に把握することが可能となる。

つまり、通常の平面表示（２次元表示）と、より現実に近い表示（３次元表示）とを１系統のＬＡＮなどを使用して同時に表示することができ、防空に関する解析、分析、検討などが従来よりも正確に早くできると共に、このようなシステムを使用して指揮官、操作員などの訓練、教育などを実施する場合は、指揮、判断などの遅れ、及び、ミス（過ち）を減少させることが可能になる。これらのことから、ユーザにより多くの情報を提供できるようにし、これにより防空に関する分析や検討作業をより的確かつ迅速に実施できるようにした分散型シミュレーションシステムを提供することが可能となる。

なお本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いし、別の構成要素を追加しても良い。

本発明に係わる分散型シミュレーションシステムがシミュレーション対象とする防空システムの一例を示すシステム構成図。本発明に係わる防空シミュレーションシステムの一実施の形態を示すシステム図。図２のＰＣ１〜ＰＣ３の表示部２２の表示内容を例示する模式図。図２のシステムにより実施されるフェデレーションの構成を示す概念図。図２，図３の表示用ＰＣ２００のモニタ画面の表示内容を例示する模式図。

符号の説明

１１…ＦＵ、１１ａ…飛翔体発射装置、１１ｂ…ファイヤコントロールシステム（ＦＣＳ）、１１ｃ…レーダ、１３…射撃ネットワーク、ＰＣ１〜ＰＣ３…コンピュータ、
２１…インタフェース部、２２…表示部、２３…記憶部、２３ａ…シナリオデータ、２３ｂ…周辺地形データベース、２４…制御部、２４ａ…ＲＴＩ．ｅｘｅファイル、２４ｂ…フェデレーション・アプリケーション、２４ｃ…データ収集プログラム、２５…ユーザインタフェース部、１００…ＬＡＮ、Ｂ１，Ｂ２…センサ、Ｃ１，Ｃ２…味方機、Ｄ１，Ｄ２…迎撃装置、Ｅ１，Ｅ２…敵機、Ｆ１，Ｆ２…表示器、、Ｇ１…制御局、Ｈ１，Ｈ２…飛翔体、２００…表示用ＰＣ

Claims

ネットワークを介して互いに接続される複数のコンピュータにそれぞれロードされたアプリケーションプログラムが、分散型環境に存在する複数のシミュレーションモデル間の情報伝達を保証する共通基盤を利用してシミュレーションを実施する分散型シミュレーションシステムであって、
前記共通基盤は、ＨＬＡ（High Level Architecture）インタフェース仕様に規定された各サービスを実行するためのＲＴＩ（Run-Time Infrastructure）であり、
前記複数のシミュレーションモデルは、前記ＲＴＩへの接続インタフェースと、このＲＴＩとはレイヤの異なるＴＣＰ／ＩＰを用いた通信インタフェースとをそれぞれ備え、
前記通信インタフェースを介して前記複数のシミュレーションモデルのそれぞれの状態データを収集する状態データ収集手段と、
この状態データ収集手段により収集された前記状態データに基づいて、前記複数のシミュレーションモデルの３次元的な位置関係を視覚的に表示する表示制御手段とを具備することを特徴とする分散型シミュレーションシステム。
前記シミュレーションモデルのいずれかを前記状態データ収集手段として機能させるための手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の分散型シミュレーションシステム。