JP6463185B2 - 飛行経路作成装置、飛行経路作成方法及び飛行経路作成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、航空機の飛行経路を好適に作成する飛行経路作成技術に関する。

従来、航空機の飛行経路は、ウェイポイントなどの所定の経由地点を効率的に通過するように作成されるのが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。しかし、この経路作成手法では、必ずしも航空機の飛行性能に対応していない飛行経路が作成されてしまう場合がある。

例えば、無人航空機の飛行経路における上昇経路や降下経路の勾配、旋回経路の曲率は、機体の性能はもちろん、高度や速度等の制約を受ける。そのため、この制約の範囲を超える経由地点が指定されてしまうと、無人航空機が経路から逸脱したり、失速等を起こして飛行が破綻したりすることがあり得る。
そこで従来では、性能計算やフライトシミュレーション等によって、経路逸脱や飛行破綻が生じないよう確認しつつ飛行経路を作成する作業が行われていた。

特許第３５５７４４５号公報

しかしながら、上述した性能計算やフライトシミュレーション等による飛行経路の作成は、煩雑な作業であるため時間を要するうえに、高い演算能力の計算機を必要とするために装置コストが嵩むといった問題があった。
そのため、経路逸脱や飛行破綻が生じない好適な飛行経路を簡便に作成することができる技術が望まれていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、経路逸脱や飛行破綻が生じない好適な飛行経路を簡便に作成することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、航空機の飛行経路を作成する飛行経路作成装置であって、
表示手段と、
ユーザ操作に基づいて、前記航空機の複数の経路種別に対応する複数の経路パーツを連続させつつ前記表示手段に表示させる経路パーツ表示手段と、
ユーザ操作に基づいて、前記表示手段に表示された前記複数の経路パーツの各経路内容を、前記航空機の飛行性能に応じた範囲内で設定する経路内容設定手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の飛行経路作成装置において、
ユーザにより前記複数の経路パーツが配置される経路作成エリアを前記表示手段に表示させる経路作成エリア表示手段と、
前記経路作成エリア内に、ユーザによる経路パーツの配置を禁止する飛行不可能領域を設定する飛行不可領域設定手段を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の飛行経路作成装置において、
ユーザにより前記複数の経路パーツが配置される経路作成エリアを前記表示手段に表示させる経路作成エリア表示手段と、
前記経路作成エリア内に、ユーザによる経路パーツの配置を制限する飛行制限領域を設定する制限領域設定手段と、
ユーザが前記飛行制限領域内に前記経路パーツを配置した場合に、前記表示手段に警告表示をさせる警告表示手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の飛行経路作成装置において、
前記表示手段に表示された各経路パーツに、当該経路パーツにおける前記航空機の動作に関する属性情報を設定可能な属性情報設定手段を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の飛行経路作成装置と同様の特徴を具備する飛行経路作成方法である。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の飛行経路作成装置と同様の特徴を具備する飛行経路作成プログラムである。

本発明によれば、ユーザ操作に基づいて、航空機の複数の経路種別に対応する複数の経路パーツが連ねられつつ表示手段（例えばディスプレイ）に表示されるとともに、当該複数の経路パーツの各経路内容が航空機の飛行性能に応じた範囲内で設定される。
これにより、それぞれが航空機の飛行性能に対応する複数の経路パーツを連ねてなる飛行経路が作成されるので、従来と異なり、性能計算やフライトシミュレーション等によって経路逸脱や飛行破綻が生じないよう確認する必要がない。
したがって、経路逸脱や飛行破綻が生じない好適な飛行経路を簡便に作成することができる。

飛行経路作成装置の機能構成を示すブロック図である。 経路情報記憶テーブルを示す図である。 属性情報記憶テーブルを示す図である。 飛行経路作成処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）飛行不可能領域を説明するための図であり、（ｂ）飛行制限領域を説明するための図である。 飛行経路作成処理でのディスプレイの表示例を示す図である。 飛行経路作成処理でのディスプレイの表示例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［飛行経路作成装置１０の構成］
まず、本実施形態における飛行経路作成装置１０の構成について説明する。
図１は、飛行経路作成装置１０の機能構成を示すブロック図であり、図２は、後述する経路情報記憶テーブル１３１を示す図であり、図３は、後述する属性情報記憶テーブル１３２を示す図である。

飛行経路作成装置１０は、航空機の飛行経路を作成するものであり、本実施形態においては、特に無人航空機用の飛行経路を作成するためのものである。
具体的には、図１に示すように、飛行経路作成装置１０は、入力部１１、表示部１２、記憶部１３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４等を備え、これら各部がバスで相互にデータ通信可能に接続されて構成されている。

入力部１１は、図示しないキー群を有するキーボード１１０や、ポインティングデバイスであるマウス１１１を備えており、押下されたキーボード１１０上のキーの位置やマウス１１１でのユーザ操作に対応する信号をＣＰＵ１４に出力する。
表示部１２は、ディスプレイ１２０を備えており、ＣＰＵ１４から入力される表示信号に基づいて各種情報をディスプレイ１２０に表示する。

記憶部１３は、飛行経路作成装置１０の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、ＣＰＵ１４の作業領域としても機能するメモリである。本実施形態においては、記憶部１３は、飛行経路作成プログラム１３０を記憶している。
飛行経路作成プログラム１３０は、後述の飛行経路作成処理（図４参照）をＣＰＵ１４に実行させるためのプログラムである。

また、記憶部１３には、経路情報記憶テーブル１３１と、属性情報記憶テーブル１３２とが記憶されている。

経路情報記憶テーブル１３１は、図２に示すように、無人航空機の複数の経路種別に関する情報の記憶テーブルであり、当該複数の経路種別にそれぞれの経路内容と経路パーツ図とが対応付けられたものである。本実施形態においては、複数の経路種別として、離陸（発進）、着陸（停止）、直線、上昇、降下、加速、減速、旋回等の飛行形態が、経路情報記憶テーブル１３１に記憶されている。
経路内容とは、各経路種別を特定する数値情報（入口（始点）及び出口（終点）での各高度、各速度、各方位と距離）である。経路情報記憶テーブル１３１には、ユーザによる経路内容の設定が無人航空機の飛行性能に応じた範囲内でなされるように、その設定（入力）可能な数値範囲、または他のパラメータとの関係式が記憶されている。
経路パーツ図は、各経路種別を表す矢印状の経路パーツＰ（図７等参照）の形状を示すものである。各経路種別に対して水平面及び鉛直面でのものが経路情報記憶テーブル１３１に記憶されている。なお、図２では、分かり易さのために、無人航空機も併せて図示するとともに、水平面または鉛直面での経路パーツＰのみを図示している。

属性情報記憶テーブル１３２は、図３に示すように、経路パーツＰに設定可能な各種属性情報の記憶テーブルであり、属性種別とその設定内容とが対応付けられたものである。属性情報とは、設定された経路パーツＰにおいて無人航空機が行う動作の情報である。本実施形態においては、この属性情報として、通信要求、電波封鎖要求、装置作動要求、装置停止要求、遠隔操作許可、遠隔操作禁止、特定状態許可、特定状態禁止等が、属性情報記憶テーブル１３２に記憶されている。

また、記憶部１３は、飛行不可能領域記憶エリア１３３と、飛行制限領域記憶エリア１３４とを有している。
飛行不可能領域記憶エリア１３３は、後述する飛行不可能領域の情報が予め記憶されたメモリ領域である。
飛行制限領域記憶エリア１３４は、後述する飛行制限領域の情報が予め記憶されたメモリ領域である。

ＣＰＵ１４は、図１に示すように、入力される指示に応じて所定のプログラムに基づいた処理を実行し、各機能部への指示やデータの転送等を行って、飛行経路作成装置１０を統括的に制御する。具体的に、ＣＰＵ１４は、入力部１１から入力される操作信号等に応じて記憶部１３に格納された各種プログラムを読み出し、当該プログラムに従って処理を実行する。

［飛行経路作成装置１０の動作］
続いて、飛行経路作成装置１０が飛行経路作成処理を実行する際の動作について説明する。
図４は、飛行経路作成処理の流れを示すフローチャートであり、図５（ａ）は、後述する飛行不可能領域を説明するための図であり、図５（ｂ）は、後述する飛行制限領域を説明するための図である。

飛行経路作成処理は、ユーザ操作に基づいて無人航空機の飛行経路を作成する処理である。この飛行経路作成処理は、ユーザ操作により当該飛行経路作成処理の実行指示が入力されたときに、ＣＰＵ１４が記憶部１３から飛行経路作成プログラム１３０を読み出して展開することで実行される。

図４に示すように、飛行経路作成処理が実行されると、まずＣＰＵ１４は、２つの経路作成ウィンドウＷ、複数の経路パーツ設定ボタンＢ，…及び経路情報表示欄Ｌをディスプレイ１２０に表示させる（ステップＳ１；図６等参照）。
またこのステップでは、ＣＰＵ１４は、ユーザ操作に基づいて、飛行経路を作成する地域を設定する。

２つの経路作成ウィンドウＷは、ユーザが経路パーツＰを連続的に配列して飛行経路を作成する操作エリアであり、水平面及び鉛直面で見た当該飛行経路が表示される水平経路作成ウィンドウＷｈ及び鉛直経路作成ウィンドウＷｖから構成されている。これら水平経路作成ウィンドウＷｈ及び鉛直経路作成ウィンドウＷｖには、経路パーツＰが１つも選択されていない時点では、それぞれの座標軸と原点のみが表示される。また、水平経路作成ウィンドウＷｈ及び鉛直経路作成ウィンドウＷｖは互いに対応しており、ユーザがいずれか一方のウィンドウ内で操作をすると、他方のウィンドウ内にも当該操作の内容が反映されて表示されるようになっている。

複数の経路パーツ設定ボタンＢ，…は、ユーザが設定したい経路種別（経路パーツＰ）を選択するための操作ボタンである。この複数の経路パーツ設定ボタンＢ，…には、経路情報記憶テーブル１３１内のものと対応する複数の経路種別が個別に割り当てられており、操作された経路パーツ設定ボタンＢに対応する経路種別の経路パーツＰ及び経路内容が経路情報記憶テーブル１３１から読み出されるようになっている。

経路情報表示欄Ｌは、ユーザが指定した経路種別（経路パーツＰ）の経路内容が表示されるエリアである。この経路情報表示欄Ｌには、番号種別表示欄Ｌ１と、経路内容入力欄Ｌ２とが表示される。
番号種別表示欄Ｌ１には、ユーザが指定した経路種別（経路パーツＰ）の経路番号（飛行経路に沿った追番）及び経路種別名が表示される。
経路内容入力欄Ｌ２は、ユーザが経路内容を入力するエリアであり、後述するように、経路情報記憶テーブル１３１に設定された範囲内で当該経路内容を入力または選択できるようになっている。
なお、いずれの経路パーツ設定ボタンＢも操作されていない当該ステップＳ１の時点では、経路情報表示欄Ｌは全て空欄となっている。

次に、ＣＰＵ１４は、ユーザ操作に基づいて経路パーツＰを選択・表示する（ステップＳ２）。
具体的に、このステップでは、ユーザがいずれかの経路パーツ設定ボタンＢを操作することにより、ＣＰＵ１４は、操作された経路パーツ設定ボタンＢに対応する経路種別の経路パーツＰを経路情報記憶テーブル１３１から読み出して、２つの経路作成ウィンドウＷ内に表示させる。このとき、当該経路パーツＰは、経路開始（例えば経路種別が「離陸」）のものの場合には、入口が原点に重なるように表示され、経路上で２番目以降のものの場合には、入口がその直前の経路パーツＰの出口に連なるように表示される。
またこのとき、ＣＰＵ１４は、選択した経路パーツＰの経路番号及び経路種別名を番号種別表示欄Ｌ１内に表示させる。

次に、ＣＰＵ１４は、ステップＳ２で選択・表示された経路パーツＰの経路内容に対するユーザ入力を受け付ける（ステップＳ３）。
このステップでは、ユーザにより、経路パーツＰの経路内容、すなわち当該経路パーツＰの入口及び出口での各高度，各速度，各方位と距離とが、経路内容入力欄Ｌ２内に入力または選択される。
但し、経路内容入力欄Ｌ２では、経路情報記憶テーブル１３１に設定された範囲内、すなわち無人航空機の飛行性能が対応し得る範囲内でのみ、その経路内容を入力または選択できるようになっている。例えば、「上昇」や「降下」の経路パーツＰに対して入口及び出口の各高度が入力された場合、当該経路パーツＰの距離は、無人航空機がこの高度差を得るために必要な数値に決定される。
また、経路パーツＰの入口条件（入口高度・速度・方位等）は、経路上でその直前の経路パーツＰの出口条件と一致するように自動的に設定される。

次に、ＣＰＵ１４は、ステップＳ３で経路内容が入力された経路パーツＰが、飛行不可能領域内に配置されている（跨っている）か否かを判定する（ステップＳ４）。
飛行不可能領域とは、図５（ａ）に示すように、主に無人航空機の性能上の問題で飛行が困難な領域（例えば、低高度や高高度、電波の届かない遠方などの領域）であり、ユーザによる経路パーツＰの配置を禁止する領域として、記憶部１３の飛行不可能領域記憶エリア１３３に予め記憶されている。ＣＰＵ１４は、この飛行不可能領域記憶エリア１３３から飛行不可能領域の情報を読み出して、経路パーツＰが当該飛行不可能領域内に配置されているか否かを判定する。

このステップＳ４において、経路パーツＰが飛行不可能領域内に配置されていると判定した場合には（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１４は、図４に示すように、入力された当該経路パーツＰの経路内容を拒否して、ユーザによる修正入力を受け付けた後（ステップＳ５）、後述のステップＳ８へ処理を移行する。このとき、ＣＰＵ１４は、経路パーツＰが飛行不可能領域内に配置されないために修正を要する経路内容の入力欄を赤色表示するなどして、当該経路内容を拒否する。

また、ステップＳ４において、経路パーツＰは飛行不可能領域内に配置されていないと判定した場合には（ステップＳ４；Ｎｏ）、ＣＰＵ１４は、当該経路パーツＰが飛行制限領域内に配置されている（跨っている）か否かを判定する（ステップＳ６）。
飛行制限領域とは、図５（ｂ）に示すように、主に飛行環境の問題で飛行が困難な領域（例えば、飛行禁止領域や、飛行の障害になる地形や建造物のある領域など）であり、ユーザによる経路パーツＰの配置を制限する領域として、記憶部１３の飛行制限領域記憶エリア１３４に予め記憶されている。ＣＰＵ１４は、この飛行制限領域記憶エリア１３４から飛行制限領域の情報を読み出して、経路パーツＰが飛行制限領域内に配置されているか否かを判定する。

このステップＳ６において、経路パーツＰは飛行制限領域内に配置されていないと判定した場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、ＣＰＵ１４は、図４に示すように、後述のステップＳ８へ処理を移行する。

また、ステップＳ６において、経路パーツＰが飛行制限領域内に配置されていると判定した場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１４は、当該経路パーツＰが飛行制限領域内に配置されていることの警告表示をディスプレイ１２０内で行う（ステップＳ７）。そして、ＣＰＵ１４は、必要に応じてユーザによる経路内容の修正入力を受け付ける。

次に、ＣＰＵ１４は、ユーザにより経路パーツＰに属性情報が付加されるか否かを判定し（ステップＳ８）、付加されないと判定した場合には（ステップＳ８；Ｎｏ）、後述のステップＳ１０へ処理を移行する。

また、ステップＳ８において、ユーザにより経路パーツＰに属性情報が付加されると判定した場合には（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１４は、ユーザが選択した属性情報の内容を属性情報記憶テーブル１３２から読み出して、当該経路パーツＰに設定する（ステップＳ９）。

次に、ＣＰＵ１４は、ユーザにより飛行経路作成処理の終了操作が行われるか否かを判定し（ステップＳ１０）、行われないと判定した場合には（ステップＳ１０；Ｎｏ）、上述のステップＳ２へ処理を移行する。
また、ユーザにより飛行経路作成処理の終了操作が行われたと判定した場合には（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１４は、作成された飛行経路を記憶部１３に記憶させたうえで、飛行経路作成処理を終了する。

［飛行経路作成装置１０の動作例］
続いて、上述した飛行経路作成装置１０の動作について、具体例を示して説明する。
図６及び図７は、飛行経路作成処理でのディスプレイ１２０の表示例を示す図である。

まずユーザが、飛行経路作成処理の実行指示を入力すると、図６（ａ）に示すように、２つの経路作成ウィンドウＷ、複数の経路パーツ設定ボタンＢ，…及び経路情報表示欄Ｌがディスプレイ１２０に表示される（ステップＳ１）。この時点では、２つの経路作成ウィンドウＷにはそれぞれの座標軸と原点のみが表示され、経路情報表示欄Ｌは全ての表示・入力欄が空欄となっている。

次に、ユーザが「離陸」の経路パーツ設定ボタンＢを例えばマウス１１１でクリック操作すると、経路種別「離陸」の経路パーツＰが経路情報記憶テーブル１３１から読み出されて、図６（ｂ）に示すように、水平経路作成ウィンドウＷｈ及び鉛直経路作成ウィンドウＷｖ内にそれぞれ表示される（ステップＳ２）。このとき、当該「離陸」の経路パーツＰは入口（始点）が原点に重なりつつデフォルトのものが表示され、これに対応する経路内容の各値が経路内容入力欄Ｌ２に表示される。

次に、ユーザは、「離陸」の経路パーツＰの経路内容の各値を、経路内容入力欄Ｌ２内に直接入力、またはドロップダウンリストから選択する（ステップＳ３）。このとき、ユーザは、経路情報記憶テーブル１３１に設定された範囲内でのみ経路内容の各値を入力することができ、本実施形態では、「離陸」の経路パーツＰに対しては入口方位のみを任意で入力でき、その他の各値が固定値（入口方位に対応する値になることを含む）となる。

次に、経路内容が入力された「離陸」の経路パーツＰが飛行不可能領域にも飛行制限領域にも跨らず、属性情報も付加されないため（ステップＳ４；Ｎｏ、Ｓ６；Ｎｏ、Ｓ８；Ｎｏ）、次の経路パーツＰの選択に移行する（ステップＳ１０；Ｎｏ）。そして、ユーザが順次経路パーツＰを選択して連続させていくことにより（ステップＳ２〜Ｓ１０；Ｎｏ）、図７に示すように、所望の飛行経路が作成されていく。

［効果］
以上のように、本実施形態によれば、ユーザ操作に基づいて、無人航空機の複数の経路種別に対応する複数の経路パーツＰが連ねられつつディスプレイ１２０に表示されるとともに、当該複数の経路パーツＰの各経路内容が無人航空機の飛行性能に応じた範囲内で設定される。
これにより、それぞれが無人航空機の飛行性能に対応する複数の経路パーツＰを連ねてなる飛行経路が作成されるので、従来と異なり、性能計算やフライトシミュレーション等によって経路逸脱や飛行破綻が生じないよう確認する必要がない。
したがって、経路逸脱や飛行破綻が生じない好適な飛行経路を簡便に作成することができる。

また、経路パーツＰの配置を禁止または制限する飛行不可能領域または飛行制限領域を経路作成ウィンドウＷ内に設定することができるので、安全な飛行経路をより確実に作成することができる。

また、ディスプレイ１２０に表示された各経路パーツＰに属性情報を設定することができるので、無人航空機の実際の運用に即した飛行経路を作成することができる。

［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、飛行経路作成装置１０により無人航空機の飛行経路を作成することとしたが、本発明に係る飛行経路作成装置は、無人航空機用の飛行経路作成に限定されず、航空機全般の飛行経路作成に広く適用可能である。

また、記憶部１３に記憶された飛行不可能領域や飛行制限領域の情報は、適宜変更することが可能である。
飛行不可能領域は、例えば、通信設備を増強して電波到達距離を延長したり、航空機の搭載貨物を軽減して上限高度性能を拡大させたり、といった場合に変更される。
飛行制限領域は、同じ地域でも季節や関係者との交渉などによって変更されることがあり、基本的には、経路作成者や運航責任者など、経路作成装置の製造者でない者によって設定・変更される。

１０ 飛行経路作成装置
１２０ ディスプレイ（表示手段）
１３０ 飛行経路作成プログラム
１３１ 経路情報記憶テーブル
１３２ 属性情報記憶テーブル
Ｂ 経路パーツ設定ボタン
Ｌ 経路情報表示欄
Ｌ１ 番号種別表示欄
Ｌ２ 経路内容入力欄
Ｐ 経路パーツ
Ｗ 経路作成ウィンドウ（経路作成エリア）

Claims (6)

1. 航空機の飛行経路を作成する飛行経路作成装置であって、
   表示手段と、
   ユーザ操作に基づいて、前記航空機の複数の経路種別に対応する複数の経路パーツを連続させつつ前記表示手段に表示させる経路パーツ表示手段と、
   ユーザ操作に基づいて、前記表示手段に表示された前記複数の経路パーツの各経路内容を、前記航空機の飛行性能に応じた範囲内で設定する経路内容設定手段と、
   を備えることを特徴とする飛行経路作成装置。
2. ユーザにより前記複数の経路パーツが配置される経路作成エリアを前記表示手段に表示させる経路作成エリア表示手段と、
   前記経路作成エリア内に、ユーザによる経路パーツの配置を禁止する飛行不可能領域を設定する飛行不可領域設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の飛行経路作成装置。
3. ユーザにより前記複数の経路パーツが配置される経路作成エリアを前記表示手段に表示させる経路作成エリア表示手段と、
   前記経路作成エリア内に、ユーザによる経路パーツの配置を制限する飛行制限領域を設定する制限領域設定手段と、
   ユーザが前記飛行制限領域内に前記経路パーツを配置した場合に、前記表示手段に警告表示をさせる警告表示手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の飛行経路作成装置。
4. 前記表示手段に表示された各経路パーツに、当該経路パーツにおける前記航空機の動作に関する属性情報を設定可能な属性情報設定手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の飛行経路作成装置。
5. 航空機の飛行経路を作成する飛行経路作成方法であって、
   表示手段を用い、
   ユーザ操作に基づいて、前記航空機の複数の経路種別に対応する複数の経路パーツを連続させつつ前記表示手段に表示させる経路パーツ表示工程と、
   ユーザ操作に基づいて、前記表示手段に表示された前記複数の経路パーツの各経路内容を、前記航空機の飛行性能に応じた範囲内で設定する経路内容設定工程と、
   を備えることを特徴とする飛行経路作成方法。
6. 航空機の飛行経路を作成する飛行経路作成プログラムであって、
   表示手段を備えるコンピュータに、
   ユーザ操作に基づいて、前記航空機の複数の経路種別に対応する複数の経路パーツを連続させつつ前記表示手段に表示させる経路パーツ表示機能と、
   ユーザ操作に基づいて、前記表示手段に表示された前記複数の経路パーツの各経路内容を、前記航空機の飛行性能に応じた範囲内で設定する経路内容設定機能と、
   を実現させることを特徴とする飛行経路作成プログラム。

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