JP4491586B2 - 低騒音飛行支援システム - Google Patents
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Description
また、地上における騒音対策は、騒音の絶対的大きさに応じてだけではなく、地域の利用状況にも対応させて採る必要がある。例えば、河川湖沼・森林・工場地帯等では比較的問題になりにくい騒音レベルでも、病院・学校・人口密集地等においては騒音被害が甚大と認識される現実がある。パイロットが慣れた場所を飛行する場合には経験的に騒音が問題となる場所を避けて飛行するが、初めて飛行する場所ではこのような状況を充分に把握することは困難である。
ヘリコプタが発生する騒音の低減を目的とした技術として特許文献1には「ヘリコプタの低騒音飛行支援装置」が開示されているが、この発明はヘリコプタの飛行によって生ずるブレード・スラップ音を最小にするような降下速度を実現する飛行支援装置を提供することを目的としたもので、具体的には対気速度を検出する手段と、降下速度を検出する手段と、低騒音進入経路コンピュータと、表示器とからなり、前記低騒音進入経路コンピュータは、検出手段からの出力と検出手段からの出力を入力し、内蔵する騒音レベルの相関データに基づいて、ヘリコプタによって励起される地上での騒音レベルを示す信号を表示器に出力するとともに、騒音を下げるために取るべき降下速度と対気速度の修正指示値を示す信号を表示器に出力するシステムである。これはヘリコプタが発生するブレード・スラップ音を低減するような飛行をパイロットが行うことを支援するための装置であって、地上における騒音状況まで考慮したものではない。
この他、非特許文献1には、計測データに基づいてヘリコプタの地上騒音を推定する手法に関する研究論文が、非特許文献2には、低騒音飛行方式の設定と周辺地域の騒音評価手法に関する研究論文が、そして非特許文献3には、航空機騒音の地表面減衰に関する研究論文がそれぞれ紹介されているが、やはり地上における騒音状況を考慮し騒音を低減するような飛行をパイロットが行うことを支援するための装置ではない。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、飛行区域の風向・風速、また大気の温度や湿度、気圧といった気象情報を得る手段を備えたものであって、この環境条件を加味して自機が発した騒音が地上の各区域にどのようなレベルで伝搬するかを計算するものとした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、地上の騒音レベルを地図上に表示する手段は、航空機の計器板に表示装置を設置し、リアルタイムで地上の騒音レベルをコンター形態で地図と重ね合わせて表示するものとした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、地上における累積騒音データを算出する手段を備えたものであって、表示する騒音レベルは騒音の瞬時値の他、騒音の累積騒音データをも表示できる機能を備えたものとした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、地上における他の機体の累積値データを受信する手段を備えたものであって、地上における累積騒音データは、自機の発する騒音の時間累積値と、当日の他の機体の累積値を足し合わせた値を選択することができる機能を備えたものとした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、地上の土地利用形態に応じて適用する騒音基準値を設定する手段と、騒音の絶対値とその基準値の差分を算出する手段とを備えたものであって、騒音レベルの表示形態は、騒音の絶対値表示と、前記差分表示とを選択表示することができる機能を備えるものとした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、騒音状況を定量的に知りたい特定の地点には、地図上に数値表示を行う機能を備えるものとした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、閾値以上の場合の数値表示は、注意喚起するためアラーム表示をするようにした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、数値表示はコンター表示に重ね合わせて行う機能を備えるものとした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、特定の施設区域に制定されている騒音規制値データを備え、自機が発した騒音が地上の各区域にどのようレベルで伝搬するかを計算する手段は、自機が許容される騒音を数値として算出すると共に表示出力するものとした。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、飛行区域の風向・風速、また大気の温度や湿度、気圧等の気象情報を得る手段を備えたものであって、この環境条件を加味して自機が発した騒音が地上の各区域にどのようなレベルで伝搬するかを計算するものであるから、単なる距離や地形に応じた試算でなく、現実の環境状況に応じた演算を行うのでより実際に近いデータを得ることが出来る。
また、地上の騒音レベルを地図上に表示する手段は、航空機の計器板に表示装置を設置し、リアルタイムで地上の騒音レベルをコンター形態で地図と重ね合わせて表示するものであるから、状況が飛行現場との関係で分かり易く提供され、パイロットが騒音被害を低減するような飛行操縦を楽に行うことが出来る。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、地上における累積騒音データを算出する手段を備えたものであって、表示する騒音レベルは騒音の瞬時値の他、騒音の累積騒音データをも表示できる機能を備えたものであるため、単にその時点の騒音レベルだけでなく、その時間的累積による影響をパイロットが定量的に知ることが可能となるため、特定の地域、特に病院、学校、住宅密集地等に騒音が所定時間内に集中することのないように配慮した飛行を行うことが可能となる。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、地上における他の機体の累積値データを受信する手段を備えたものであって、地上における累積騒音データは、自機の発する騒音の時間累積値と、当日の他の機体の累積値を足し合わせた値を選択することができる機能を備えたものであるから、自機による騒音だけでなく、他機による騒音も含めて地上の人が所定時間内に騒音を集中して浴びることのないように配慮した飛行を行うことが可能となる。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、騒音レベルの表示方式は、騒音の絶対値を表示する形態と、地上の各施設の種別に応じて適用する騒音基準値を設定し、その基準値からの差分を表示する形態を選択することができる機能を備えたものであるから、単に絶対レベルの騒音対策だけでなく地上の各施設の種別に応じてきめ細かい配慮をした支援を行うことが出来る。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、騒音状況を定量的に知りたい特定の地点には、地図上に数値表示を行う機能を備えるものとしたものであるから、特に騒音について注意すべき特定地点については数値として分かり易い表示を行うことが出来る。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、閾値以上の場合の数値表示は赤字で示すとか点滅表示するとかのアラーム表示をするようにしたので特にパイロットへの注意喚起効果が高い。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、数値表示はコンター表示に重ね合わせて行う機能を備えるものとしたのでパイロットには全体の状況と特定点の状況がよく分かる。
また、本発明の低騒音飛行支援システムは、特定の施設区域に制定されている騒音規制値データを備え、自機が発した騒音が地上の各区域にどのようレベルで伝搬するかを計算する手段によって自機が許容される騒音を数値として算出して表示するものであるから、表示された数値を基に規制区域とどの程度の距離を採ればよいかの判断がし易く、パイロットには極めて楽に騒音被害を低減するような飛行操縦を行うことが出来る。
まず、飛行・大気条件取得部Aについてであるが、機体に搭載されている各種センサ(ピトー管、ジャイロ、GPS等)から機体の対気速度、昇降率、位置(緯度経度、高度)、対地速度、姿勢角等の飛行条件、および機体の位置における気温、気圧、風向・風速、(可能であれば湿度も)、等の大気条件に関するデータを取得する。これらのデータは(湿度を除いて)一般の航空機に搭載されているセンサから取得することができる。本発明の実現にこれら全てのデータが必須なわけではないが、これらのデータを全て利用できれば騒音表示の精度が向上する。
1.初期化と初期設定
1)音源モデルの設定:対気速度、経路角に応じて機体から発生する騒音が伝播する方向(方位角、傭角)と基準距離における騒音レベルのテーブルを設定する。
2)地面固定座標(NED:北、東、下を正とする右手直交座標系等)の原点を設定する。
3)地図画像を読み込む。
4)騒音計算点の設定。地面固定座標の原点を中心に例えば南北および東西方向に±18kmの範囲を50m間隔のメッシュに分割する(図2の地図参照)。
5)土地利用状況の読み込み。土地利用状況は東西方向と南北方向を例えば一辺50mの正方形になるようにメッシュ状に分割し、各メッシュ内の土地利用状況の分類を示すインデックス番号を付ける(図2の土地利用状況データベース参照)。士地利用状況の分類は、ここでは例えば標準、河川湖沼、公園、飛行場、学校、施設、大型建物、娯楽場(遊園地、競馬場等)、高速道路、線路、駅とする。
6)土地利用状況の分類ごとに騒音基準値を設定する。ここでは例えば標準60dB、河川湖沼80dB、公園65dB、飛行場80dB、学校50dB、施設55dB、大型建物65dB、娯楽場70dB、高速道路80dB、線路80dB、駅80dBとする。
7)騒音レベルを数値表示したい地点の座標とその場所の騒音基準値を設定する。
8)後述するコンター表示色の下限値と上限値を騒音の瞬時値と差分値についてそれぞれ設定する。
9)騒音を予測する範囲を機体位置からの南北、東西の距離(例えば±3500m)で設定し、観測点は141×141=19,881点とする。
2.計算(繰り返し)
飛行・大気条件取得部および通信部で取得したデータを順次更新して繰り返し計算を実行する。自機位置の緯度経度データは地面固定座標系(NED)に変換し、指示対気速度データから較正対気速度、等価対気速度、真対気速度等を求める。
騒音計算については、
1)まず、対気速度と昇降率データから経路角を計算する。
2)次ぎに対気速度と降下角度データを元に、音源モデルの選択・補間をして音源の指向性を求める。
3)機体位置の地表への射影が含まれる地表のメッシュの番号を求める。
4)機体位置から予め設定した範囲でかつ予め定めた騒音計算点の範囲に含まれる計算点(19,881点)について騒音を予測する。
5)機体から見た各騒音計算点の相対位置を、機体姿勢角に基づいたオイラー変換により機体固定座標であらわした方位角、傭角、距離に変換する。
6)各計算点方向に放射される騒音を、機体から見た各計算点方向の方位角、傭角に基づいて音源モデルを補間して求める。
7)機体と各計算点の距離に応じて逆2乗則による騒音減衰量を計算する。
8)気象条件、機体と各計算点の距離から空気吸収による騒音減衰量を求める。
9)観測点から機体を見上げる仰角と距離に基づいて地面吸収による減衰量を求める。
10)発生した音源から逆2乗則、空気吸収、地面吸収による減衰量を求め、各計算点における瞬時騒音レベルを求める。時間累積値のために各計算点について、それまでに求めた累積値に現在の瞬時騒音レベルを加える。
11)操作部からの入力に応じて表示する騒音状況を、瞬時騒音レベル、瞬時騒音レベルの騒音基準値からの差分、時間累積騒音レベル、時間累積騒音レベルの騒音基準値からの差分、の中から選択する。
1.騒音レベルが表示の下限以下の場合⇒透明、即ち地図画像が100%表示される。
2.騒音レベルが表示範囲の下限〜1/4の場合⇒青
透明度Aが下限で0、1/4でノミナル値(0.8:即ち80%がコンター表示色20%が地図画像)となるように線形に対応させる。
3.騒音レベルが表示範囲の1/4〜2/4⇒青から緑になるように線形に対応させる。 (透明度A=0〜0.8)
4.騒音レベルが表示範囲の2/4〜3/4⇒緑から黄色になるように線形に対応させる 。(透明度A=0〜0.8)
5.騒音レベルが表示範囲の3/4〜上限⇒黄色から赤になるように線形に対応させる。 (透明度A=0〜0.8)
6.騒音レベルが表示の上限以上⇒赤(透明度A=0〜0.8)
この頂点で定まる四角形は、各頂点のデータに基づく表示色を2次元で線形補間して求めた色でグラデーションとなるように塗りつぶし、正方メッシュのデータを用いてコンター図を表示する。
また、異なる表示方式としては騒音数値表示を提示する。この表示は騒音レベルを数値表示する地点について予め設定しておき、得られた騒音レベルを地図上に数値表示する形態である。例えば、数値表示する文字色は予め定めた閾値以下の場合は黒、閾値以上の場合は赤色で地点毎に一覧表示する。また、騒音レベルが基準値以上であれば地図上に数値表示するようにしてもよいし、その場合先のコンター表示に重畳させても良い。また、この警告表示は赤字で行うだけでなく点滅表示であるとか適宜のアラーム表示で対応させることが可能である。
1)地図に重ね合わせて自機シンボル、方位(コンパス)、距離を示す同心円、機首方位の判読を容易にするためのシンボルを表示する。
2)表示画面左側に、速度計、横滑り計、高度計、昇降率計、トルク計を表示する。
3)高度計については、パイロットの操作に応じて気圧高度規正値を変更し、気圧高度の指示値に反映して表示する。
まず、表示する騒音種別として
1)騒音レベルの瞬時値、
2)騒音レベルの時間累積値、
3)他機による時間累積値を足し合わせた騒音レベルの時間累積値、
等の切り替えを操作部で行うことが出来る。
また、表示する騒音レベルの内容として
イ)騒音の絶対値、
ロ)地上の各点において土地利用状況を考慮して設定した騒音基準値からの差分、
等の切り替えを操作部で行うことが出来る。表示形態としてはこれらの組合せで(1,2,3)×(イ,ロ)が選択操作可能である。
また、地図および騒音コンター等をディスプレイ上に表示する範囲の拡大・縮小の調整操作を行うことも出来る。
1.最初に変数初期化を行うが、飛行する地域の設定を行う。次ぎに地面固定座標系(NED)における原点、例えば滑走路上の特定点等を決める。滑走路諸元を入力する。原点とした滑走路地点の高度情報を入力する。続いて記憶領域に蓄積されている地図情報から該当する地域の地図情報をワークエリアに読み出すと共に観測点メッシュを設定する。また、その地域に対応した土地利用状況を記憶領域から読み込んでワークエリアに書き込む。
2.これが終了したら表示画面を初期化する。
3.次ぎに操作部を操作して各種選択を行う。地図の縮小又は拡大倍率を設定する。更に騒音をコンター表示するが、その内容を絶対値で示すか相対値で示すかの選択、また瞬時値で示すか積算値で示すかの選択を実行する。
5.シミュレータ出力をワークエリアに読み込み繰り返し計算を実行するが、まず、データの変換作業としてGPSから得られた自機位置の緯度経度を地面固定座標系の位置情報に変換する。また、指示対気速度データから較正対気速度、等価対気速度、真対気速度等を求める。ここで、騒音推定計算を行うが、それは各観測点について順次行う。その観測点の機体位置から見た相対位置を計算し、機体から見た観測点の方位角と俯角を計算する。続いて速度情報と降下角度情報から騒音テーブルを選択し、距離の二乗に反比例する騒音減衰量の計算、大気吸収による騒音減衰量の計算、地面吸収による騒音減衰量の計算をして当該観測点での騒音レベルを算出する。これは騒音の瞬時値である。更に、等価騒音用に過去のレベルに加算をし、時間累積値を求めておく。以上の計算はすべての観測点について同様に実行される。
6.この計算結果を用いて表示部にその時点の騒音レベルが描画されると共に、次の時点のデータ読み込みがなされ、先と同様の計算が繰り返される。描画は飛行区域の地図画面をベースに騒音コンターが重ねられる。まず、表示する騒音レベルは瞬時値か他の等価レベルかを先の操作設定により選択し、また、絶対値表示であるか閾値との差である相対値表示かも先の操作設定により選択して、色に対応させた騒音レベルを特定する。次ぎに観測点を頂点とする四角領域に頂点データを二次元階調処理をして四角領域内の騒音レベルの色表示を行う。以上が基本表示のフローである。
8.ディスプレイ上の表示として、騒音レベルの表示は前述したように地図表示をベースにデータが重畳され、地図上に自分の位置を示す自機シンボルの描写機能と、方位を示すコンパス表示機能と、推定した風向と風速を示す表示をする機能とを備える。更に、ディスプレイ画面を分割して騒音表示画画像と共に速度計、高度計、昇降率計、横滑り計、トルク計といった計器やGPS時刻表示を適宜表示させることが出来る。
図5は土地利用状況データに基づき設定した閾値と瞬時騒音レベルとの差分を表示した画面である。GPS時刻表示や計器表示から判るように基礎データは図4のものと同じで、その時点における差分データはそれだけを表示した下段の図から読み取れる。施設等の利用形態によって閾値が異なるため、航空機直下では利用状況が騒音レベルの差情報として表示されているのが判る。
図6は累積騒音レベルの絶対表示画面である。時々刻々の瞬時騒音レベルを積算したものであるため、航空機が飛んだ経路に沿って騒音レベルが高くなっていることが下段の騒音レベルだけの表示からはっきりと読み取れる。これもGPS時刻表示や計器表示から判るように基礎データは図4、図5のものと同じ、同時刻における表示である。
図7は累積騒音レベルの差分表示画面である。時々刻々の瞬時騒音レベルを積算したものを土地利用状況データに基づき設定した閾値と比較し、その差分を表示したものであるから、航空機が飛んだ経路に沿って騒音レベルが高くなっている要素と閾値が低く設定された利用状況パターン要素とが重畳して表示されているのが判る。
図9に示したものは本発明の表示部を実機に装備したときの図で、各種計器が配置された計器板のほぼ中央部分にディスプレイとして配置されている。
B 通信部
C 騒音計算部
D 表示部
E 操作部
Claims (9)
- 自機の飛行データを用いて自機が発生する騒音を推定する手段と、自機が発した騒音が地上の各区域にどのようなレベルで伝搬するかを計算する手段と、該算出結果を地図上に表示する手段と、飛行区域の気象情報を得る手段とを備え、航空機を操縦するパイロットに自機の発する騒音が地上のどの区域でどの程度のレベルになっているかを上記気象情報を加味して計算して運航中リアルタイムで定量的に表示することを特徴とする低騒音飛行支援システム。
- 地上の騒音レベルを地図上に表示する手段は、航空機の計器板にディスプレイを設置し、リアルタイムで地上の騒音レベルをコンター形態で地図と重ね合わせて表示するものである請求項1に記載の低騒音飛行支援システム。
- 地上における騒音データを累積算出する手段を備えたものであって、表示する騒音レベルは騒音の瞬時値の他、騒音の累積騒音データをも選択表示できる機能を備えたものである請求項1又は2に記載の低騒音飛行支援システム。
- 地上における他の機体の累積騒音データを受信する手段を備えたものであって、地上における累積騒音データは、自機の発する騒音の時間累積値の他、所定時間内の他の機体の累積値を足し合わせた値をも選択表示することができる機能を備えたものである請求項3に記載の低騒音飛行支援システム。
- 地上の土地利用形態に応じて適用する騒音基準値を設定する手段と、騒音の絶対値とその基準値の差分を算出する手段とを備えたものであって、騒音レベルの表示形態は、騒音の絶対値表示と、前記差分表示とを選択表示することができる機能を備えたものである請求項1乃至4のいずれかに記載の低騒音飛行支援システム。
- 騒音状況を定量的に知りたい特定の地点には、地図上に数値表示を行う機能を備えた請求項1乃至5のいずれかに記載の低騒音飛行支援システム。
- 閾値以上の場合の数値表示は、注意喚起するためアラーム表示をするようにした請求項6に記載の低騒音飛行支援システム。
- 数値表示はコンター表示に重ね合わせて行う機能を備えた請求項6又は7に記載の低騒音飛行支援システム。
- 特定の施設区域に制定されている騒音規制値データを備え、自機が発した騒音が地上の各区域にどのようなレベルで伝搬するかを計算する手段は、自機が許容される騒音を数値として算出すると共に表示出力するものである請求項6に記載の低騒音飛行支援システム。
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