JP5926637B2 - 回避経路導出装置、回避経路導出プログラム、および、回避経路導出方法 - Google Patents
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Description
本実施形態において、航空機100は、予め定められた自機の飛行経路中に、障害物が存在する、または、何らかの脅威に曝されるおそれのある回避すべき回避エリアが生じた場合、回避エリアを回避する回避経路を導出し、その回避経路に従って飛行する。以下、回避経路を導出する航空機100の構成を述べ、その後に、具体的な方法を説明する。
図2は、第1の実施形態における回避経路導出方法の処理の流れを示したフローチャートである。ここでは、図2のフローチャートに従って、回避すべき回避エリアを特定し、その回避エリアを回避する回避経路を導出する。ここで、回避経路は、飛行経路中に生じた回避エリアの手前の任意の点である回避開始点を始点とし、回避エリアの先の任意の点である回避終了点を終点とした、回避エリアの外側に設けられる経路である。回避開始点や回避終了点は、回避エリアの大きさや航空機100の速度等に基づき予め定められた規則に応じて決定される。また、本実施形態においては、航空機100の飛行高度と等しい水平面上における最短の経路を回避経路とする。
図3は、回避エリア特定処理S1を説明するための説明図である。回避エリア特定部120は、地上設備との通信またはパイロットの操作入力を通じ、飛行経路150において障害物や脅威となる物体を把握し、図3に示すように、飛行経路150および障害物や脅威となる物体の位置から自機を回避させるための回避エリア152を特定する。ここでは、説明の便宜上、1の回避エリア152を挙げて説明するが、複数の回避エリア152が離隔して存在する場合もある。
領域分割部122は、回避エリア特定部120が特定した回避エリア152を含む対象領域を多角形の複数の分割領域に分割する。ここでは、分割領域の形状を四角として説明するが、三角形や六角形等、任意の多角形を採用することができる。
図5は、交差レグ特定処理S3を説明するための説明図である。ここでは、緯度方向および経度方向をx軸およびy軸で示している。交差レグ特定部124は、後述する交差判定に用いるために、回避領域158を構成するレグである交差レグを特定する。交差レグの候補となるレグは、図5中のx軸方向のレグとy軸方向のレグに大別できるため、ここでは、交差レグ160について、x軸方向の交差レグとy軸方向の交差レグとを段階的に求める。
図6および図7は、候補ノード抽出処理S4を説明するための説明図である。候補ノード抽出部126は、図6に黒丸で示すように、領域分割部122が抽出した回避領域158の角であり、かつ、回避エリア152の境界より外側に位置する複数の候補ノード162を抽出する。ただし、隣り合う回避領域158に共通する候補ノード162については1の候補ノード162として取り扱う。ここでは、理解を容易にするため少数の候補ノード162を挙げて説明するが、候補ノード162の数は、対象領域154と分割領域156の大きさに応じて変化する。
経路特定部128は、回避開始点WP1から候補ノード162までの分割経路、候補ノード162間の分割経路、および、候補ノード162から回避終了点WP2までの分割経路について回避領域158(回避エリア152)と交差するか否か判定する。そして、経路特定部128は、交差しないと判定した分割経路のうちの、回避開始点WP1から回避終了点WP2まで回避領域158と交差することなく連続する分割経路から成り、その総距離が最短となる回避経路を特定する。
まず、経路特定部128は、ノードリスト164から、基準ノードのWP1直前ノードに設定された候補ノード162を除く(初回はなし)候補ノード162を昇順に順次抽出し、当該候補ノード162と基準ノード(初回は回避開始点WP1)とを結ぶ線分と交差レグ160との交差判定を行う。かかる交差判定については、図10を用いて後述する。ここで、候補ノード162と基準ノードとを結ぶ線分が交差レグ160と交差していないと判定すれば、経路特定部128は、当該候補ノード162を基準ノードに対する対象ノードとし、基準ノードの対象ノードリストに追加するとともに、追加する度に対象ノード総数を1だけインクリメントする。また、対象ノードのWP1直前ノードに、候補ノード162に対応する基準ノードを設定し、対象ノードのWP1最短距離に、基準ノードと対象ノード間の距離を設定する。
候補ノード162との交差判定を通じて対象ノードを抽出し終えると、経路特定部128は、対象ノードリストの先頭に位置する対象ノードを特定する。こうして、対象ノードリストから対象ノードを順次抽出することができる。
続いて、経路特定部128は、特定した対象ノードに回避終了点WP2の情報(WP2最短距離、WP2直前ノード)が既に設定されているか否か判定する。これは、WP2最短距離が設定可能な最大値となっているか否か、または、WP2直前ノードが設定されているか否かによって行われる。その結果、回避終了点WP2の情報が設定されていれば、ステップS5−8に処理を移し、回避終了点WP2の情報が設定されていなければ、ステップS5−4に処理を移す。
ステップS5−3において、回避終了点WP2の情報が設定されていないと判定されると、経路特定部128は、当該対象ノードと回避終了点WP2とを結ぶ線分と交差レグ160との交差判定を行う。その結果、当該対象ノードと回避終了点WP2とを結ぶ線分と交差レグ160とが交差していれば、ステップS5−5に処理を移し、交差していなければ、ステップS5−7に処理を移す。
ステップS5−4において、当該対象ノードと回避終了点WP2とを結ぶ線分と交差レグ160とが交差していると判定されると、経路特定部128は、基準ノードのWP1最短距離に、基準ノードと対象ノード間の距離を加えた値と、最短となる回避経路の距離を示す変数Dとを比較する。その結果、基準ノードのWP1最短距離に、基準ノードと対象ノード間の距離を加えた値が、変数Dより長いと判定されれば、ステップS5−12に処理を移し、変数Dより長くないと判定されれば、ステップS5−6に処理を移す。ここでは、変数Dより総距離が長い対象ノードについては、その経路は最早選択されないので、ステップS5−6に進めないこととし、経路判定の対象から除外している。こうして、処理負荷を軽減することが可能となる。
ステップS5−5において、基準ノードのWP1最短距離に、基準ノードと対象ノード間の距離を加えた値が、変数Dより長くないと判定されると、経路特定部128は、当該対象ノードを新たに下位の基準ノードとして設定し、ステップS5−1からの処理を繰り返す。
ステップS5−4において、当該対象ノードと回避終了点WP2とを結ぶ線分と交差レグ160とが交差していないと判定されると、経路特定部128は、当該対象ノードの回避終了点WP2の情報を更新する。具体的に、対象ノードのWP2直後ノードに回避終了点WP2を、対象ノードのWP2最短距離に、対象ノードと回避終了点WP2間の距離を設定する。
次に、経路特定部128は、当該対象ノードのWP2最短距離に、基準ノードと対象ノード間の距離を加えた値と、基準ノードのWP2最短距離とを比較する。その結果、対象ノードのWP2最短距離に、基準ノードと対象ノード間の距離を加えた値が、基準ノードのWP2最短距離より短いと判定されれば、ステップS5−9に処理を移し、基準ノードのWP2最短距離より短くないと判定されれば、ステップS5−10に処理を移す。
ステップS5−8において、対象ノードのWP2最短距離に、基準ノードと対象ノード間の距離を加えた値が、基準ノードのWP2最短距離より短いと判定されれば、経路特定部128は、基準ノードの回避終了点WP2に関する情報、および、対象ノードから回避終了点WP2までのWP1に関する情報を更新する。具体的に、経路特定部128は、基準ノードのWP2最短距離に、対象ノードのWP2最短距離と基準ノードと対象ノード間の距離とを加えた値を設定し、WP2直後ノードに、対象ノードに対応する候補ノード162を設定する。こうして、基準ノードから回避終了点WP2までの連続する分割経路を確定できる。また、経路特定部128は、対象ノードのWP1直前ノードに、基準ノードに対応する候補ノード162を設定するとともに、基準ノードのWP1最短距離に基づいて、対象ノードから回避終了点WP2までのWP1最短距離を更新する。例えば、経路特定部128は、対象ノードと連続するそれより後(下位)の候補ノード162を順次呼び出し、呼び出した候補ノード162とその直前の候補ノード162間の距離と、直前の候補ノード162のWP1最短距離との和を計算して、呼び出した候補ノード162のWP1最短距離とする。
続いて、経路特定部128は、基準ノードのWP1最短距離とWP2最短距離とを加えた値と、最短となる回避経路の距離を示す変数Dとを比較する。その結果、基準ノードのWP1最短距離とWP2最短距離とを加えた値が、変数Dより短いと判定されれば、ステップS5−11に処理を移し、変数Dより短くないと判定されれば、ステップS5−12に処理を移す。
ステップS5−10において、基準ノードのWP1最短距離とWP2最短距離とを加えた値が、変数Dより短いと判定されれば、経路特定部128は、変数Dに基準ノードのWP1最短距離とWP2最短距離とを加えた値を設定して、変数Dを更新し、当該経路(回避経路)を特定する情報を対応づけてRAMに格納する。かかる回避経路を特定する情報は、当該回避経路の1の候補ノード162で足りるので、例えば、基準ノードまたは当該対象ノードであってもよい。こうして、最短の回避経路が更新される。
続いて、経路特定部128は、当該対象ノードに関する経路判定が完了したとして、基準ノードの対象ノードリストから当該対象ノードを削除するとともに、対象ノード総数を1だけデクリメントする。したがって、対象ノードリストの先頭には次の対象ノードが位置することとなる。
次に、経路特定部128は、対象ノード総数が0以下となったか否か判定し、その結果、対象ノード総数が0以下となっていれば、当該基準ノードに関する経路判定が完了したとして、ステップS5−14に処理を移し、対象ノード総数が0以下でなければ、次の対象ノードを経路判定すべく、ステップS5−2からを繰り返す。
ステップS5−13において、対象ノード総数が0以下となっていると判定されれば、経路特定部128は、当該基準ノードが回避開始点WP1であるか否か判定する。その結果、当該基準ノードが回避開始点WP1であれば、当該経路特定処理S5を終了してメインルーチンに戻り、当該基準ノードが回避開始点WP1でなければ、ステップS5−15に処理を移す。
ステップS5−14において、基準ノードが回避開始点WP1ではないと判定されると、経路特定部128は、当該基準ノードを新たに上位の対象ノードに戻し、ステップS5−3からの処理を繰り返す。
図10は、経路特定処理S5のうち交差判定S5−4を説明するための説明図である。経路特定部128は、回避開始点WP1から候補ノード162、候補ノード162同士、および、候補ノード162から回避終了点WP2のいずれかの経路について回避領域158と交差するか否か判定する。
第1の実施形態では、回避経路として、航空機100の飛行高度と等しい水平面上における最短の経路を導出したが、以下の実施形態のように、3次元の空間を対象として最短の経路を導出することもできる。3次元空間においても、基本的な概念および回避経路を導出するアルゴリズムは第1の実施形態の2次元空間と実質的に等しいので、ここではその詳細な説明を省略し、3次元空間において回避経路を導出する場合に適用される第1の実施形態と異なる処理のみを説明する。
WP2 …回避終了点
120 …回避エリア特定部
122 …領域分割部
124 …交差レグ特定部
126 …候補ノード抽出部
128 …経路特定部
150 …飛行経路
152 …回避エリア
156 …分割領域
158 …回避領域
160 …交差レグ
162 …候補ノード
164 …ノードリスト
166 …ノードパラメータ
Claims (8)
- 回避すべき回避エリアを特定する回避エリア特定部と、
前記回避エリアを含む対象領域を多角形の複数の分割領域に分割する領域分割部と、
前記分割領域の角であり、かつ、前記回避エリアの境界より外側に位置する複数の候補ノードを抽出する候補ノード抽出部と、
任意の回避開始点から前記候補ノードまで、該候補ノード間、および、該候補ノードから任意の回避終了点までの分割経路について前記回避エリアを通過するか否か判定し、前記回避開始点から前記回避終了点まで前記回避エリアを通過することなく連続する分割経路から成り、その総距離が最短となる回避経路を特定する経路特定部と、
を備えることを特徴とする回避経路導出装置。 - 前記候補ノードそれぞれには、該候補ノードから前記回避終了点までの最短の経路における直後の候補ノード、および、該最短の経路の距離である回避終了点までの最短距離をパラメータとするノードパラメータが対応付けられ、
前記経路特定部は、前記任意の候補ノードから回避終了点までの、前記回避エリアを通過することなく連続する分割経路の距離を順次導出し、その距離が最短であれば、該任意の候補ノードのノードパラメータの前記直後の候補ノードおよび前記回避終了点までの最短距離を、最短となった分割経路における直後の候補ノードおよび前記回避終了点までの最短距離に更新することを特徴とする請求項1に記載の回避経路導出装置。 - 前記候補ノードそれぞれには、該候補ノードから前記回避開始点までの最短の経路における直前の候補ノード、および、該最短の経路の距離である回避開始点までの最短距離をパラメータとするノードパラメータが対応付けられ、
前記経路特定部は、前記任意の候補ノードから回避終了点までの、前記回避エリアを通過することなく連続する分割経路の距離を順次導出し、その距離が最短であれば、最短となった分割経路における直後の候補ノードのノードパラメータの前記直前の候補ノードを前記任意の候補ノードに更新し、かつ、最短となった分割経路における候補ノード全てのノードパラメータの前記回避開始点までの最短距離を、最短となった分割経路における前記回避開始点までの最短距離に更新することを特徴とする請求項2に記載の回避経路導出装置。 - 前記経路特定部は、前記分割領域の少なくとも一部が前記回避エリアに含まれる回避領域の周囲を構成する交差レグと、前記分割経路とが交わることで、前記回避エリアを通過すると判定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の回避経路導出装置。
- 前記経路特定部は、前記交差レグと前記分割経路とが交わっていたとしても、該分割経路の高度が、前記回避領域の高度より高ければ、前記回避エリアを通過しないと判定することを特徴とする請求項4に記載の回避経路導出装置。
- 前記経路特定部は、候補ノードから前記回避開始点までの直線距離と、該候補ノードから前記回避終了点までの直線距離の和が短い候補ノードから順に、前記回避エリアを通過するか否か判定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の回避経路導出装置。
- コンピュータを、
回避すべき回避エリアを特定する回避エリア特定部と、
前記回避エリアを含む対象領域を多角形の複数の分割領域に分割する領域分割部と、
前記分割領域の角であり、かつ、前記回避エリアの境界より外側に位置する複数の候補ノードを抽出する候補ノード抽出部と、
任意の回避開始点から前記候補ノードまで、該候補ノード間、および、該候補ノードから任意の回避終了点までの分割経路について前記回避エリアを通過するか否か判定し、前記回避開始点から前記回避終了点まで前記回避エリアを通過することなく連続する分割経路から成り、その総距離が最短となる回避経路を特定する経路特定部と、
して機能させるための回避経路導出プログラム。 - コンピュータが、
回避すべき回避エリアを特定し、
前記回避エリアを含む対象領域を多角形の複数の分割領域に分割し、
前記分割領域の角であり、かつ、前記回避エリアの境界より外側に位置する複数の候補ノードを抽出し、
任意の回避開始点から前記候補ノードまで、該候補ノード間、および、該候補ノードから任意の回避終了点までの分割経路について前記回避エリアを通過するか否か判定し、前記回避開始点から前記回避終了点まで前記回避エリアを通過することなく連続する分割経路から成り、その総距離が最短となる回避経路を特定することを特徴とする回避経路導出方法。
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