JP4798917B2 - 乗物ルート計画方式 - Google Patents

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Description

【0001】
(政府の関与)
本発明はNASAラングレーリサーチセンター裁定の米国協力契約第NCC−1−291号の下に政府援助により開発された。米政府は本発明に何等かの権利を持ち得る。
【0002】
(発明の属する技術分野)
本発明は乗物航法に関し、特に表示と使用者対話を含む航空機ルートの計画に関する。
【0003】
(技術的背景)
航空業界には今後10年間に重大事故率を80%減少させる目標がある。同時に空の交通量は増え続けており、国の空域システムは大きな変更下にある。特に航空機パイロット彼等自身で危険を避ける責任が更に課せられるであろう
【0004】
天候は航空機事故の第三の要因である。米国航空宇宙局(NASA)は現在、より良好な天候情報を提供し、危険の特性化、状況の監視、データの表示、決断の援助を改善する多年度に亙り努力に着手した。現時点では管制官、運航管理者並びに航空交通管理者は民間業者若しくは政府機関からの多数の気象情報にアクセスし得る。大型定期旅客機上での気象情報のグラフィック表示は、搭載気象レーダまたは気象報告書からの情報に限定される。途中で更新情報は、無線を介しての音声メッセージあるいは航空機に搭載した文字数字式のデータリンクのプリントアウトの何れかとして送られる。
【0005】
概して飛行計画は複雑な仕事である。戦略的計画再計画のツール全飛行の各局面において航空機が飛行する航路、速度及び高度を記述したフライトプランを作成する。完全に自動化された方式で作成される基礎的なモデルあるいは仮定は不完全あるいは誤りを免れないものであるため、人的オペレータと対話する連動的なプランナーの広い概念を提案している。パイロットおよび運航管理者は一様に危険情報を単に付加するのみでは航路選定の有効な決断適切な援助とはならないと述べている。従って航空機のルート計画を作成し修正し得る、安全の向上と使用の容易性の双方を達成するより進歩した設備が未だ必要である。
【0006】
(発明の要旨)
本発明は気象上の危険飛行中の他の条件を含む多数の要因に応て航空機やそれと類似のビークル経路を作成する方法とシステムとを提供する。
【0007】
本発明は気象上および他の危険に対してインタラクティブ(対話的)にルート(経路)を計画するシステムおよび方法を提供する。また到着時刻、燃料効率、旅客の快適性、領空飛行料、滑走路他の設備の交通の密集度閉鎖を含むターミナルの状況などのような、ルート計画影響する要因について、データ表現およびモデルを提供する。更には飛行中の状態のデータの表示とルートの操作とを促進するインターフェイスを提供する。ンピュータ算出の提案ルートを修正するルートオプティマイザ(ルート最適化装置)と共に使用することもできる
【0008】
本発明は手に入れたデータに応じて各種の危険を表示しフライトプランを目的として、危険を特徴付ける境界や他の仕様を定義することにより、上記または他の目的を達成する。制御手段使用者表示データの変更ルートの操作行うことを可能にする。
【0009】
(発明の詳細な説明)
ここでの説明と添付図面は当業者に発明を理解させ実施させるに充分な詳細さで、本発明を実施し得る特定の実施形態を示す。理論的、電気的、機械的諸変更を含む他の実施形態業者技術範囲内にある。格別明記しない発明の他の利点若しくは特徴もまた当業者に明らかである。発明の範囲は添付の請求範囲によってのみ定義され、下記の特定の実施形態によって定義されるものではない。
【0010】
図1は本発明によるフライトプラン(飛行計画)情報処理用のシステム100の高ブロック図である。ブロック110はフライトプランまたは企図するルートを表すデータの構成である。ブロック120はフライトプランに関連する一以上の危険を表すデータを含む。コンピュータプログラムコード130はブロック110及び120にデータを入れたり、これらのブロックのデータを表示するためのインターフェイスをインプリメント(実現)する。ルートソース140は燃料フライト長さ、および危険または問題の存在下での他の要因のうちの1又は複数のものを含む原価関数を最小化するためのフライトプランを自動的に作成するコンピュータプログラムコードを含むオプティマイザとすることができる。ここに参照用として組み入れるスティーブン・ジー・プラット及びゲリー・エル・ハートマン(代理人整理番号H16−25458)による「フライトプラン等ための危険検出(Hazard Detection for Flight Plans and the Like)という米国特許出願は、このようなオプティマイザの実施形態を記載する。更に一般的にはブロック140は使用者がインターフェイス130手動で入力した標準プランのテンプレートとプランとを含む任意のフライトプランのソースで良いと考えられる。ロック110〜140はデータを入力し表示する装置151〜153を有する、150で示されるパーソナルコンピュータのような汎用あるいは特定用途用の任意の好都合な型のコンピュータの一部を形成し得る。データの一部または全ては気象サービスのような外部ソースから来るものであり、通信装置153を介してコンピュータ150入力される。コンピュータ150の機能のいずれかを実現させるコードは装置153からの信号のような媒体上に表されるもの、コンピュータ150の外部または内部のディスク154のような媒体に記憶されるものである。
【0011】
図2は、システム100使用するデータを示す地理的領域200の略図である。フライトプラン210は予め選択した中間地点214〜217間の一連の線分(セグメント)211〜213として表わされる。中間地点は水平パラメータと垂直パラメータの双方を有し、各々緯度、経度および高度で定義される。フライトプランはオペレーションセンター、運航管理者またはパイロット、あるいはオプティマイザー140のようなコンピュータプログラムによって作成することができる。
【0012】
ここで「危険」とは、フライトプランが回避すべき特徴または状態に対する一般的用語である。重要な危険の多くは、例えば、対流、乱流、着氷のような気象に関するものである。他の大気状態には火山灰または成層圏のオゾン濃度が含まれる。軍用演習地や、領空飛行料を伴う地域や、規制区域のような政治的指定地もまた危険と考えられている。システム100に表示し得る状態であれば、現況においては実際上危険である。危険データは固定基地または航空機搭載の気象レーダ、民間および官設のオペレーション、航空図を含む多数のソースから入来する。本システムではまたそのシステムオペレータがインタフェース130を介して直接に危険のデータ若しくはその型式を入力てもよい。
【0013】
危険は220のような多角形として実施形態が示される。多角形は頂点または縁線による簡潔な表示である。多角形は変化を表すために容易に変形でき、また容易に三次元に一般化できる。危険多角形は頂点221〜225の緯度と経度とによって定義される。縁線は隣接する一対の頂点間の大円接続である。縁線の数は任意である。所望される場合、三次元的に多面体(図示せず)によっても危険を表示でき、その場合の頂点は高度パラメータをも持つことになる。危険の運動は、多角形の重心の方向と速度を特定するベクトル226によって表される。226’のような付加的なベクトルを連続して加えて、ある時間間隔の経路を定義する。この実施形態は全ての多角が凸状であることを要求することによって、計算が簡化されている。しかしながら、230のような更に複雑な形状でも多数の凸状角231、232等から構成できる。各気象区域すなわち多角形はまたその激烈性、範囲、予報確率のような危険な点の程度を含む関連特徴データの組み合わせを含ませ得る。
【0014】
図示のシステム100は全フライトプランに亙って動作する計略的なプランナー(計画装置)であり、領域200内の特徴を表すための格子(グリッド)の寸法201はフライトの長さによって変化する。計算の数を適正な数に低減するために、この実施形態では、例えば、5000kmの大陸横断フライトにおいて直径1kmの対流域を縫うように通るように構成されていない。しかし、計算速度の改善は結果的に個々の小さい危険の回避を可能とし、また戦術的な見地をこのシステムに統合することも可能とする。システムの戦略的特性はまた、結果として、フライトの巡航段階で発生する危険に優先順位をつける。例えば、ミクロバーストは航空機の性能に影響を与え得るが、その影響は通常は低高度、離陸と着陸の局面で発生するのでこの実施形態において受ける注目度のレベルは低いものとなる。
【0015】
幾つかの険、特に気象上の危険は変化する強度で現れる。この複雑性をプロセスに加えるよりはむしろ、本実施オペレータが危険であると考える危険のみを考慮し、オペレータに様々な危険に対する限界(閾値)を設定させて、閾値を越えるもののみが考慮のために表示されるようにする。これが使用者に対するデータ表示を簡化し、危境界直接的処理することによって140のようなオプティマイザーを更に現実的に制御できるようにし、オプティマイザーによってなされるルートの決定の明瞭な視覚化を可能とする。更に危険域周囲の境界の鮮明な視覚化は、同一の標準を多数のフライトに応用し得るようにし、運航管理者のような使用者に、全体として全機オペレーションにおける1つのフライトのルート決定(人あるいはコンピュータによる)の効果をより良く理解させ得る。
【0016】
図3は図1のシステム100の全サイクル300を示す。ブロック310は上述したような外部ソースから危険データを得る。ブロック320はインターフェース130を操作する使用者から情報を得、危険領域とその型式作成および削除し、かつ各種の形態の危険について閾値を設定する。異なるフライト状態は異なって扱われる。例えば貨物フライトは旅客機が旅客の快適性のために回避を望むような乱流域を飛ぶことを選択することもある。またパイロットは分散した対流の活動域を通って飛行したり、孤立した域を避けるために小規模横方向への逸脱を行うことを決定することがある。他方濃密な活動域全周航することもある。閾値設定に用いる共通の用語が在る。例えば「隔離された」活動単独のセル(域)意味するものであり、「広く分散した」はある領域の25%またはそれ以下のところにおいて生じる活動を意味するものであり、「分散した」は54%までのところにおいて生じる活動を意味するものであり多数の」は55%およびそれ以上のところにおいて生じる活動を意味する。確率の用語はまた一般に用いられるものであり、例えば「僅かなチャンス」降水の確率10〜20%「チャンス」は30〜50%そして「時折り」は少なくとも50%の確率であるが、予報期間の半分以下にわたるものである。これらの用語は必ずしも異なる状況間で一貫性はなく、例えば「時折り」の乱流は或る時間の1/3より少ない期間発生するが、「断続して」は2/3まで発生し、「継続して」はそれ以上に発生する。幾つかの状況は航空会社の政策で決定され、例えば旅客機が有害レベルを越えるオゾン濃度以下の高度で飛ぶことを規制している。着氷などのような他の状況は或るレベル以上を回避するよう指定される。加えて異なる着氷規制が異なる航空機に適用されており、本発明は運航管理者航空機ごとを基礎として着氷などに対して異なる規制を設定させている。
【0017】
ブロック330はブロック310および320が提供する情報から、図2の領域220230のような危険多角形の境界線を発生する。再び述べるが、境界線を凸状多角形(あるいは多面体)に制限することはオプティマイザーの計算を簡素化するが、この概念における要求ではない。ブロック340はルートを表すデータを受信する。上述したようにルートは140のようなオプティマイザー記憶されたプランのライブラリーのような多くの異なるソースから、あるいは直接的にインターフェース130を介して使用者入力から入来する。ブロック350はインターフェース130を介して危険領域と算出したフライトプランを表示する。ブロック360は次いで使用者が望む場合に上記サイクルを繰り返す。ブロック370はフライトプランに関する図1の情報110を出力する。
【0018】
図4は図1のインターフェース130用のコンピュータ表示400を示す。領域401はルートデータ110と危険データ120とを地理的なデータと状況に関連して有用な他のデータの背景上に、横方向に概略的に示す表示を含む。領域402はルートを通じての垂直断面におけるルートおよび危険のデータを表示する。領域403は領域401のデータ表示を操作するための標準コントロールアイコンの表示を含む。表示400はオペレーションを容易とするためにヒューマンファクタと人心デザイン戦略を統合したものである。本実施形態におけるデザインは、可能なところでは、画一性を保つために航空機産業界で採用されている現行の規約を用いているが、その規約においてシステムの機能を提供しない部分に関してはその規約に限定されない。全表示は、眼の疲れを減じて環境条件範囲全般で視認性を高めるために、通常のオペレーション用の和らげられた色彩を提唱する「暗いコックピット」の概念に従う。航空機器では殆ど世界的なように、表示要素の背景色として黒を使用する(図4は説明明瞭にするために適した色彩を用いている)。
【0019】
領域401はこの実施形態では東京成田(TKO)空港からミネアポリス−セントポールリンドバーグ(MSP)空港までのフライトの地理的領域の地図状平面または横方向の描写を含む。大きい地理的域については、横方向の描写ワールドエアロノーティックチャート(WAC)が採用する変更円錐投影図(modified conical projection)に従う。
【0020】
提案されたフライトプランのルート410は図4においてそれぞれ太線と小黒丸で示される多数の中間地点間の線分(セグメント)を有する。この図ではデータ表示は中間地点の高度を直接示していない。シンボル411は在の時間指標での航空機位置を示す。複数のルート(図示せず)を、所望により相互の差異を付けるために例えば点描のような特徴付けによって同時に表示できる。使用者は命令または強制された中間地点を挿入したり、中間地点を移動削除することにより、フライトプラン410を操作できる。マウスのようなデータ挿入装置151による従来のクリックやドラッグ動作により、この機能を実現できる。用語「マウス」はトラックボール、ジョイスティック等の各種のカーソル位置決め装置を含むものとして広範囲に理解されるべきである
【0021】
集合的に420で示される領域は回避すべき危険または他の状態の各種の形態を表示する。これら領域の境界は不規則な線で示される。実際の表示では各種の形態の危険が激烈度ため濃淡を付けた異なる色または色相で示される。特定の色と濃淡特定環境における視認性を高めるために選定される。例えば明るい方の濃淡表示400において高い激烈性レベルを示し、選択した暗い背景との対照を強めるようにしている。また気象現象は同じ付近で発生する傾向があるため、危険領域は表示上でしばしば密集する。従って、危険領域の表示順序は重要度で割当た順序に従い、火山活動を最高位に、対流活動をレベル3着氷をレベル3乱流をレベル4オゾンをレベル2で最低する。色彩の透明性(即ちアルファ軸)もまた、同一の位置に生じうる気象と陸のような複数の要素の認知容易にする。また後述のように、オペレータは各種の現象をフィルターにかけて現在対象とするもののみを視ることができる。表示400は全ての激烈性レベルの危険を含むが、望まれる場合は幾つかのレベル除外することもできる。図4は異なる色彩を象徴するために境界線を異なるパターンとした例示的な3種の危険域を示しており、421〜423におけるような実線は対流気象を表し、点線424〜426は着氷を表し、鎖線(dot-dash line)427〜429は乱流を表す。各領域に関連させて四角で囲んだ数字は危険の激烈性および確率の少なくともいずれかを表す変化する点描の量のような視覚効果が427’でのように用いられて、区画された境界線内の危険のおよぶ大きいまたは小さい領域を示
【0022】
多角形または他の境界線430危険領域420を囲む。オペレータは、マウスまたは他の入力装置で点を選択し、それを引きずって個々の多角形431〜439を描く。危険多角形はまたフライトプランを構築する以外のオペレータによっても描かれ、また、危険情報をシステム100に提供するソースよって自動的に生成される。これら危険はまた特性ボックスを生じるファイル内の特性をも含む。この情報の一部または全部はデフォルト値または名目値として含むことができる。
【0023】
旅行の方向と速度との少なくともいずれか、多角形の中心を選定しベクトルを引きずる(ドラッグする)ことによって多角形に付加することができる。複数の連続するベクトルの経路も挿することができる。単独の多角形は、複数の気象区域を含むことができ、例えば多角形432は区域全体の洞察を防げるほどに接近していると考えられる複数域(セルを有するスコール線を包含する。本システム内に組み込んだ危険以外の危険は「カスタム(注文」型として定義され入力される。
【0024】
オペレータは多角形の特性ボックスを、多角形をダブルクリックすることによって開くことができる。図5はその特性ボックスの一例500を示す。オペレータは危険に関連する情報を入力することができ、その情報は、名称、激烈性レベル、説明、危険が続く時間、垂直方向の寸法および備考を含。危険を動かすためには、特性は下記のものを含む
・描出した頂点が危険の位置を表すものである、初期時間値。典型的には、この時間値は未来にあり、頂点は気象モデルまたは他の予報情報を組み込むものである。
・危険多角形の動きの中心を表す点の位置。
・中心位置における多角形の動きの方向と速さ。動きは、航程線ではなく大圏に沿って生じるため、方向は大きな距離で変化する。
危険多角形は大圏経路に沿って移動するため、表示プログラムはその座標を地球座標系から大圏に一致する基準座標系へと変換し、それを、指定された速度で移動した距離に対応する角度たげ回転させ、次いで座標を元の地球座標系に戻して領域401に表示するようにする。本実施例では危険多角形を動かすため一定の形を用いる。しかしながらまれる場合には、様々な時間に対して複数の形状を定めることも可能である。を加えることに価値があるならば、時間にわたって、コース、速度や他の特性を変えることもできる。
【0025】
領域401はまた地理的、地形的、政治的特徴あるいは他の特徴をも表示することができる。例えば線分441および442は、弱めた透明色により広い陸地の海岸線を示す。
【0026】
領域401はまた、幾つかのデータおよび御アイコ450を含む。説明文451はフライトの日付と時刻を示す。従来の形態のムービープレーヤーコントロール452は危険形状420および430の位置と航空機シンボル411の位置を示すための現時間インデックスを示す。組み合わされたスライダー(スライド部)は、オペレータの制御下で時間インデックスを変化させ、フライトプランは従来のレコーダー型ボタン群によって時間を追って示されるようにされ、移動する危険と航空機シンボル動くようにされる。ボタン群は、連続動作(連続プレイ)、休止(ポーズ)開始、および終了を選択するものである。コントロール453は領域401に示される空間の水平方向断面の高度を示し且つ変更するものであり、スライダーを最大限に移動させると全高度を示す。
【0027】
浮動するウインド454は各種の形態の危険についての制御と色彩および濃淡の規約とを含む。テキストラベル危険の形態名称を付すものであり、オペレータが定めたカスタム」型式を含む。バー(区域420と多角形430の中それぞれの危険の型式を指定するために用いられる色合いと、それぞれの危険の様々な激烈性レベルを示すために用いられる濃淡を表す(明瞭にするため、色彩の指定は図4の区域と多角形から省略している)。ウインド454内のチェックボックスは対応する形態の危険を表示すべきかどうかを、オペレータ選択することを可能にする。
【0028】
領域402はフライトプラン410’のセグメントに沿ったスライスを通して取り出したルートの垂直表示であり、中間地点と航空機位置指示体(インジケータ)411’含む。垂直方向寸法は水平方向寸法より大きく誇張されている。明るい水平線460はフライトレベルにマークした(即ち、数100フィート)、平均海面レベル上の高度の増分表す。点線461のレベルはコントロール453の高度スライダによって設定される。ルート410’と交差する危険領域421’、425’および428’ならびにそれらの多角形431’、435’および438’の垂直投影が領域402に示される。
【0029】
領域403はフライトプランに影響するデータ値と制御構造とを含む。フライトとルート反復数(route iteration number)と表す一般的情報が一般情報クラスタ470に含められる。オペレータはフライトを選択し、ドロップダウンボックス幾つかの代替ルートから選択を行う。このサブエリア(副領域)はまた出発地、目的地および中間地点に関する情報を含む。スクロールボックスは、中間地点、例えば中間地点の名前wpt3等)、方位、途の予測時刻および残留燃料に関する情報を含む。使用者は、要求される到着時刻(RTA)、高度、および他の制限を同様にここに入力することができる。閾値クラスタ480は、対流気象(Con)、着氷(Ice)、オゾン濃度(Ozn)、乱流(Trb)、火山灰(Ash)およびカスタムゾーン(Cz)などのような多数の異なる型式の危険について激烈性の閾値をオペレータに設定させることを可能にするスライダを含む。推奨される最大値が各スライダの上のボックス内に現われる。使用者はスライダをスライドさせてフライトプランにおいて回避させようとする値を設定する。これらの値はオプティマイザ140通信される。
【0030】
副領域490は、危険区域421〜429の一つに関する情報を、対応する多角形431〜439上でのマウスの1回のクリックに応答して、含む。図4は副領域490の最上部のエントリ(記入項目)“アイシングブラボー”と名付けた区域426の情報を示す。他のエントリ激烈性レベル、フライト経路との予想される交差時刻、危険多角形の中心位置、危険区域内に見られる激烈性レベルの範囲、危険が存在する時間帯、そして危険の激烈性の傾向を示す。使用者はこの副領域の最下部にタイムスタンプ付きの備考(メモ)を入力することができる。他のエントリの幾つかはまたデータを直接力して編集することができるが、幾つかのものそれが禁止され、他のものも一定のデータ値に制約される。後者の場合、エントリのテキストフィールドをクリックして保持するとそのエントリについて可能な値のドロップダウンメニューが引き出される。「危険」エントリ上でクリックして保持すると、ての表示された危険の名称表示に危険を追加するための「新たな危険」の選択肢とのドロップダウンリストを生じる。「危険」のドロップダウンリスト内でのいずれかの選択肢の選択また領域401内のその危険についての特性ボックス500を生成する。
【0031】
(発明の効果)
本発明は危険の存在下における航空機または他の物体のルートを表示および操作するためのシステムならびに方法を提供する。本発明の範囲内において多くの変更と一般化が当業者には可能である。特に用語「フライトプラン」は他の乗物(ビークル)のルートと危険の存在下での操作のための類似の計画とを含むよう広く解釈されねばならない。同様に危険とはルートの計画に影響を与えうる状態として広く定義される。危険は例えば気象とこれに類似する諸現象に加えて政治的な領域やその他の領域を含む。この用語は、完全に回避すべき領域のみというよりは、周囲の領域(即ち損失を含む)よりも望ましいであろう領域を含む。ある危険は地理的範や物理的境界を有する領域以外のものであり、例えば中間での停止はフライトの総費用を増加させる着陸料を課することとなると言うようなものでもあり得る。危険の境界線または他の指定は多角形または他の直線的構造以外によっても表示し得る。複数の入れ子状多角形は危険領域の異なるレベルに関連した異なるコストを表示し得る。上記において説明したシステムと方法とが上記のようにブロック分割されていることは、他の分割が不可能あるいは望ましくないことを意味するものではない構成成分あるいは工程が好都合であるまたは望ましい、という表明は他のものが望ましくないまたは特許請求の範囲内にはない、ということを意味するものではない。説明のおよび特許請求の範囲の記載におけるブロックの順序は、特定の時間的順序を暗示するものでない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明によるシステムの高位のブロック図である。
【図2】 図2は本発明用いるデータ表現を示す簡略図である。
【図3】 図3は図1のシステムの動作を示す高位のフローチャートである。
【図4】 図4は図1のシステムのコンピュータ表示である。
【図5】 図5は図4の表示の特性ボックスを示す。

Claims (3)

  1. プログラム化したコンピュータにより実施する、危険の存在下において使用者によりルートを計画する方法であって、
    乗物のルートを表すデータを受け取るステップと、
    前記ルートに関連する危険を表すデータを受け取るステップであって、前記危険の前記データは固定した危険および動く危険を表すデータを含むものであり、前記危険のそれぞれは複数の異なる形態を有するものである、ステップと、
    前記ルートの前記データと前記危険の前記データとの地理的表現を共に表示するステップと、
    表示した前記危険の前記データの少なくとも一部についての使用者からの詳述を入力し表示するステップと
    を備える方法。
  2. 危険の存在下でルートを計画するための、コンピュータを用いて実現されるシステムであって、
    乗物のルートを表すデータと、
    前記ルートに関する危険を表すデータであって、前記危険の前記データは固定した危険および動く危険を表すデータを含むものであり、前記危険のそれぞれは複数の異なる形態を有するものである、データと、
    前記危険の前記データと前記ルートの前記データの地理的表示と、前記ルートの前記データおよび前記危険の前記データを処理するための制御および前記危険の少なくとも一部に関連する詳述を入力するための制御とを含むインターフェースと
    を備えるシステム。
  3. 使用者による飛行計画の処理のための装置であって、
    航空機のルートを表すデータを受け取る手段と、
    前記ルートに関する危険を表すデータを受け取る手段であって、前記危険の前記データは固定した危険および動く危険を表すデータを含むものである、手段と、
    前記危険に関連する詳述を使用者に入力させる手段と、
    前記ルートの前記データと、前記危険の前記データと、境界との地理的表現を表示する手段と
    を備える装置。
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