JP7323509B2 - 鉄道資産を検査するための無人航空機システム - Google Patents

Description

本開示は、概して、鉄道資産管理に関し、具体的には、鉄道資産を検査するための無人航空機システムに関する。

鉄道業務の安全性及び効率は、列車、鉄道敷設用地、線路及び他の資産／設備の継続的な分析に非常に大きく依存する。犯罪活動並びに軌道冠水及び路盤浸食又は過熱（軌道は、高熱で曲がるか又は歪みが生じ得る）をもたらし得る異常気象事象を含め、軌道状態に影響を及ぼし且つ列車の動きに衝撃を与え得る多様な要因が存在する。地震、地滑り並びに踏切上の放棄車両及び他の物体は、軌道を妨害し得る。

警戒は、常にこれらの危害に対する最良の防御である。その結果、米連邦鉄道管理局（ＦＲＡ）規制及び会社の方針に準じて、軌道／鉄道敷設用地及び橋梁保守担当従業員は、軌道及び根本的なインフラ（橋梁、トンネル、支持構造、信号など）を定期的に検査する。現在、この作業は、主に社員が自動車、徒歩、専用レール機器又はレール設置型ハイレール（軌陸）車両で行う。この作業は、労働集約的である場合が多く、骨の折れる仕事であることもある。鉄道会社は、人間による検査をできる限り安全で正確なものにするためにできることをすべて行い得る。しかし、従業員が軌道及びレール構造を調べるために外に出掛ける必要がある際に常に伴う低減できないリスク要素が存在する。従業員は、軌道構造にまたがるか又は軌道構造上に乗る必要がある場合がある。軌道構造は、滑り易く、でこぼこしており、且つ／又はあらゆる天候にさらされ得る。橋梁などのいくつかの構造は、地面から高い所にある。検査ゾーンを進む列車は、特に交通量が多いエリアでリスクを増大させ得る。

本開示の実施形態は、空中システム制御ネットワークと、無人航空機（ＵＡＶ）システムと、無人航空機を使用して鉄道資産を検査するための方法とを提供する。

例示的な一実施形態では、空中システム制御ネットワークは、無人航空機を使用して鉄道資産を検査することを提供する。空中システム制御ネットワークは、複数の塔と、複数の塔に接続された地上制御システムとを含む。地上制御システムは、複数の通信塔を介して、鉄道路線及び飛行経路を含む飛行計画を送信し、複数の通信塔を介して、ＵＡＶが鉄道路線をモニタしている間にデータを受信し、受信されたデータに基づいて飛行経路に沿って障害を検出し、且つ障害に基づいて飛行計画を調整する。

別の例示的な実施形態では、無人航空機（ＵＡＶ）システムは、無人航空機を使用して鉄道資産を検査することを提供する。無人航空機（ＵＡＶ）システムは、ＵＡＶと、空中システム制御ネットワークとを含む。空中システム制御ネットワークは、複数の塔と、複数の塔に接続された地上制御システムとを含む。地上制御システムは、複数の通信塔を介して、鉄道路線及び飛行経路を含む飛行計画を送信し、複数の通信塔を介して、ＵＡＶが鉄道路線をモニタしている間にデータを受信し、受信されたデータに基づいて飛行経路に沿って障害を検出し、且つ障害に基づいて飛行計画を調整する。

別の例示的な実施形態では、方法は、無人航空機を使用して鉄道資産を検査することを提供する。方法は、複数の通信塔を介して、鉄道路線及び飛行経路を含む飛行計画を送信することと、複数の通信塔を介して、ＵＡＶが鉄道路線をモニタしている間にデータを受信することと、受信されたデータに基づいて飛行経路に沿って障害を検出することと、障害に基づいて飛行計画を調整することとを含む。

他の技術的な特徴は、以下の図、説明及び請求項から当業者に容易に明らかであり得る。

本開示及びその利点のより完全な理解を得るため、ここでは、添付の図面と併せて、以下の説明を参照する。添付の図面では、同様の参照番号は、同様の部分を表す。

本開示の様々な実施形態による例示的な線路ネットワークを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な無人航空機システム（ＵＡＳ）オペレーション飛行制御センタを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な指令センタ（ＣＣ）ユーザインタフェース（ＵＩ）を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な地上制御システム（ＧＣＳ）設備を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な電気通信塔を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な電気通信塔を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な無線周波数（ｒｆ）受信範囲分析を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なシステム全体の概略図を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な航空交通認識システムの概要を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な航空交通認識システムの概要を示す。 本開示の様々な実施形態による航空交通の例示的なユーザインタフェース表示を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な非緩和異常接近リスクを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な歩行者リスクゾーンを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な安全回廊空域（ＳＣＡ）インタフェースを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な欠陥があるレール状態を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な欠陥があるレール状態を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な欠陥があるレール状態を示す。 本開示の様々な実施形態によるオペレーションの例示的な概念を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳエコシステムを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳシステムコンポーネントを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な光センサを示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ安全境界を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ安全境界を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な軌道完全性センサ画像を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な軌道完全性センサ画像を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ潜在的レールヘッド不具合を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ潜在的レールヘッド不具合を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ潜在的レールヘッド不具合を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ潜在的レールヘッド不具合を示す。 本開示の様々な実施形態による制御ネットワークの例示的なブロック図を示す。 本開示の様々な実施形態による例示的な鉄道敷設用地／空中システム制御ネットワークを示す。 本開示の様々な実施形態による無人航空機を使用して鉄道資産を検査するための例示的なプロセスを示す。

以下で論じられる図１～２６並びに本特許文献の本開示の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単なる例示であり、決して本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではない。当業者であれば、適切に配置されたいかなるタイプのデバイス又はシステムでも本開示の原理を実装できることを理解することができる。

本発明の原理の好ましい実施形態は、垂直離着陸が可能な無人航空機（飛行機）に基づく。とりわけ、航空機は、システム指令及び制御インフラとインタフェースを取る自動操縦システムを含む。また、航空機は、地理情報システムから生成された航法情報を処理し、場所情報を提供する様々な搭載センサをサポートする。また、航空機及び全鉄道敷設用地システムは、搭載航法ビーコン（ＡＤＳＢ）及び／若しくはモードＣトランスポンダ又はその均等物との情報の送受信が可能な機器を有することも特徴とする。

航空機の実施形態は、センサ、通信及び制御サブシステムなどの他の様々な航空機システムのすべてに信頼できる電力を提供するための十分な搭載電力生成能力を有する。加えて、航空機は、好ましくは、８時間を超える飛行時間をサポートするために十分な液体燃料容量を有する。また、航空機は、情報を集めるための複数のセンサと、その情報をリアルタイムでフライトオペレーションセンタに渡すために必要な通信及び制御サブシステムをサポートするために必要なペイロード能力とを有する。また、航空機は、好ましくは、集めた情報の局部記憶のための搭載情報記憶媒体も含む。加えて、システムは、飛行回廊における航空機の緊急操縦及び着陸を容易にするための搭載サブシステムと外部サブシステムとの両方を含む。

一般に、搭載センサは、毎秒２回以上、運航高度から１／４フィート以上の解像度を有する高解像度の正確な場所の写真を撮影する。好ましくは、センサシステムは、内蔵局所演算能力、それ自体の航法システム及び自動操縦を含む他の搭載サブシステムと通信するための独立した通信能力も有する。センサは、写真センサ、ビデオカメラ、熱探知カメラ及び／又はマルチスペクトルセンサを含み得る。具体的には、センサシステムは、少なくとも何らかの制限されたリアルタイム保護能力を含むパイロットの状況認識のためのリアルタイム昼夜ビデオカメラを含む。

また、システムは、レール検出及び鉄道敷設用地状態の分析に焦点を当てたソフトウェアも含む。それにより、軌道、橋梁及び同様のものなどの線形資産の検査が有利にサポートされる。とりわけ、システムソフトウェア（搭載されているものとリモートとの両方）は、少なくとも２つの線形境界線を有するエリア内の危機的状況を理解及び認識するように訓練された機械視覚ソフトウェアを含む。また、システムソフトウェアは、線形エリア上の正常な機能状態の実証も可能である。

より明確には、搭載ソフトウェアは、センサと地上ベースの通信システムとを結ぶ直線において航空機上で起動する。搭載ソフトウェアは、センサによって収集されたデータを処理する。次いで、そのデータは、地上ベースの通信システムにロードされる。これを受けて、地上ベースの通信システムは、センサが捉えたものに関する量的及び質的データを出力する。ソフトウェアシステムは、大量データを処理し、地理的に位置付けられたデータの別のセットを作成し、次いで第３のデータセットを作成する。システムソフトウェアは、対象のデータと関連付けられたいくつかのレポートを作成し、対象の選択された状態の場所をユーザが容易にマッピングできるようにする地理的場所ファイルを作成する。好ましくは、大量データは、未処理のまま残される。受信機は、真に必要な使用可能なデータのみを受信する。大量データは、今後のデータマイニング及び使用のために格納される。

また、システムソフトウェアは、フィールド情報ソフトウェアも含む。フィールド情報ソフトウェアは、このシステムとは別々に使用することも、さらに複数の航空機で使用することもできる。フィールド情報ソフトウェアは、機能性をマッピングするアルゴリズムを具体化し、ソフトウェアがオペレーションを実行すべき順番を決定し、それによりヒューマンエラーが有利に排除される。具体的には、フィールド情報ソフトウェアは、センサシステムによって生成された媒体を受信し、それらのデータをラップトップ又は他の処理システムに転送し、次いでローカルソフトウェアをスタートさせる。ローカルソフトウェアは、データのコード化、ラベル付け並びにドライブ及びファイルへの転送を自動的に行い、それらを必要とする者であれば誰にでも（例えば、組織内の異なる部署）それらのデータを適切に送信する。フィールド情報ソフトウェアは、フィールド場所に関連する集められたいかなるデータに対しても使用することができる。フィールド情報ソフトウェアは、好ましくは、サーバ又はハードウェアデバイスセットを含むネットワーク接続システムに基づく。いくつかの実施形態では、フィールド情報ソフトウェアは、航空機による飛行が終了した後に起動する（すなわち飛行後データ処理を実行する）。データは、ネットワーク接続資源間で分散させることができる。ネットワーク接続資源は、さらなる分析を実行し、データの適切なコード化及び格納が行われることを保証する。これは、流通過程の管理を維持する上で役立ち、データ誤差を最小化する。

鉄道敷設用地、回廊及び塔は、空中鉄道検査システムの重要な因子である。本システムは、ＡＡＲを通じて実装される自動列車制御システム（ＡＴＣＳ）に対して使用される９００ＭＨｚチャネルにアクセスする。しかし、実際の使用スペクトルは、本原理の実践に対する厳密な要件ではなく、他の安全保障され且つ認可されたスペクトルを使用することができる。本システムのハードウェア及びソフトウェアは、機能度が高くなるように低帯域幅ＡＡＲチャネルを使用するように最適化される。好ましいＡＡＲチャネルを使用するシステムの場合、ユーザは、通常、ライセンスを必要とする。冗長イーサネット（登録商標）は、適切なチャネルを含めて、航空機との通信を制御する。これらの機能は、鉄道電気通信資産によって実装することができる。

航空機は、好ましくは、垂直離着陸を行う航空機であり、鉄道資産ネットワークに沿って至る所で運航する（着陸を含む）。航空機が離陸した時点で、パイロットは、飛行を始めるための自動操縦の指令を出す。地理情報システムによってプログラムされた実際の鉄道敷設用地までのルートに従って飛行が開始し、航空機が飛び、その後、その鉄道敷設用地をたどっていく。換言すれば、パイロットが自動操縦を作動すると、システムソフトウェアは、操作を引き継ぎ、軌道上空に来た時点でできる限りその近くで航空機を飛ばす。また、ソフトウェアシステムは、センサが軌道の写真を毎秒２回自動的に撮影できるようにもする。同時に、センサ及びソフトウェアシステムは、航空機及びセンサのピッチ、ヨー及びロールを制御する。その結果、１つ又は複数の適切なセンサは、必要な解像度及びオーバーラップイメージを保証するために、軌道に焦点を合わせたまま軌道上空に配置することができる。分析ソフトウェアが飛行後に十分なオーバーラップがなかったと判断した場合又は鉄道敷設用地占有が原因で軌道の一部が欠如していた場合、迅速に再度そのルートを飛び、センサがさらなる画像を撮影する。

自動操縦が起動しており、センサが写真を撮影している間、航空機制御システムは、宇宙ベースのＧＰＳ（利用可能な場合には地上ベースのＧＰＳ誤差補正）を活用して、その鉄道敷設用地の上空に航空機を位置付けたまま、運航高度及び線形飛行経路準拠を維持する。その両方がセンサ解像度並びに飛行経路の高さ及び幅に関する規制要件への準拠を確約する。

この場合もやはり、好ましくは、航空機及びセンサは、独立した航法システムを有する。有利には、航空機とセンサとの両方が独立した航法システムを有する際、演算力は、各コンポーネントに課せられた重要アイテムのために保存される。例えば、センサシステムは、センサ安定化ソフトウェア及びハードウェアを含み得る。また、センサは、鉄道事業者の私有地上空にない場合、画像収集機能を無効にすることもできる。

好ましくは、航空機は、既存のＦＡＡ監視ネットワーク（ＳＢＳ）を介して、その場所、速度、高度及び機首方位を放送し、またこれらの信号を受信するように装備された他の航空機にも放送する。加えて、鉄道のインフラは、鉄道敷設用地に沿って配置される補助ＡＤＳＢ／トランスポンダ受信機、レーダ及び他の要素を使用してＦＡＡ ＳＢＳシステムの補助をサポートすることができる。航空機が飛行している間、その運航状態、場所及び全体的な健全性は、指令及び制御リンクを介してパイロットに送信される。すべての飛行段階中、航空機は、複数の指令及び制御トランシーバ場所へのアクセスを有し、指令及び制御の冗長性レベルが約束される。

航空機が指令及び制御システムとの接続を失った場合、オペレータ及び／又はＦＡＡ規則によって決定されているような時間が経過した後、航空機は、その「リンク途絶プロファイル」に着手し、既定の経路を介して発進地点まで戻るか、又は通信及び電力の損失の場合に鉄道敷設用地に沿って自動降下して着陸する。パイロットは、リンク途絶状態について知っており、航空機からの最後の送信に基づいて、航空機の著名な着陸について鉄道敷設用地上のユーザ及びディスパッチャに知らせることになる。また、センサの二次通信及び航法システムが航空機の位置決めを支援することもできる。

飛行中に他の致命的なシステム故障があった場合、航空機は、いくつかの既定の飛行終了手順の１つに自動的に着手するか、又はプログラムされるようにその発進場所若しくは他の安全な場所まで戻る。飛行の過程において、パイロットは、鉄道敷設用地のリアルタイムイメージのために二次センサを利用する選択肢を有する。また、この二次センサは、何らかの状況分析のために使用することもできるが、主にパイロット認識のために使用される。飛行の過程において、危機的状況が特定された場合、航空機のセンサは、即時の通知をパイロットに送るために、一次接続ではない二次通信チャネルを利用することができる。

指定された任務の終了時、パイロットは、着陸手順に取り組む。航空機は、着陸現場に到達するために前述のシステムのすべてを活用し、垂直着陸のための着陸手順に取り組む。着陸手順は、精密な着陸情報を航空機に提供する空対地レーザの有効化を含む。着陸前の飛行の最終段階では、パイロットは、安全な着陸を約束するために航空機指令及び制御システムを使用する。航空機には、安全な着陸を約束するために複数のサポートシステムが搭載されている。安全な着陸を妨げる何らかのものが地上又は着陸エリアに存在している場合、着陸中止手順に着手し、代替の着陸現場を使用する。安全な着陸後、パイロットは、センサデータ記憶ドライブを取り出し、サーバに差し込む。次いで、サーバシステムは、分析及びデータ配信の自動プロセスを開始し、結果的にカスタマイズレポート及び実用的なデータセットを配信する。

図１は、本開示の様々な実施形態による例示的な線路ネットワーク１００を示す。図１には線路ネットワークが示されているが、本開示の原理は、他のタイプのネットワークに等しく適用可能である。図１に示される線路ネットワーク１００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、線路ネットワークの他の実施形態を使用することができる。

図１に示される貨物輸送線路ネットワークは、米国西部の大部分が農村地域である約３２，５００マイルの鉄道線路である。この重要な輸送インフラ及び近くのコミュニティを保護するため、現在、様々な軌道上車両及び機器を使用して定期検査が実行されている。鉄道職員の労働安全も改善しながらそれらの検査を強化するため、その鉄道インフラの空中監視は、無人航空機システム（ＵＡＳ）を使用して実行することができる。これらのオペレーションは、昼夜とも有視界気象状態で目視外（ＢＶＬＯＳ）であり得る。

軌道（貨物輸送線路ネットワークを含む）、その周りのエリア（「所有地」）及び所有地上の資産は、ＧＰＳ（全地球測位システム）及び他の技術（ＬＩＤＡＲ（光検出及び測距）など）を使用して正確に監視される。企業レベルの地理情報システム（ＧＩＳ）は、このデータを含む。この情報は、その所有地の真上の飛行の計画及び実施のために使用される。

無人航空機（ＵＡ）は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）が可能であり、６０ｋｔｓを超えるスプリント速度を伴う約４０ｋｔｓの巡航速度での飛行で１０時間の航続時間を有する。航法は、ＧＰＳのウェイポイントベースの飛行計画を用いるものである。飛行ルートは、鉄道線路の真上の地上４００ｆｔ以下の高度にある。巡航高度は、典型的には、３８０ｆｔ ＡＧＬである。自動操縦は、穏やかな風の状態では＋／－１０フィート以内でこの高度を保持することができ、風又は環境要因により航空機が押し上げられるか又は押し下げられる際に補正することができる。システムの航法性能は、主要な鉄道線路の中心線から約＋／－１００ｆｔである横方向回廊内にＵＡがとどまれるようにする。この横方向回廊は、所有地の限界に相当する。ほとんどの回避操作又はロイター周回飛行は、安全を維持するために必要な場合、主要な軌道中心線から＋／－１，５００ｆｔ以内で完了することができる。ＵＡに搭載されるセンサは、収集されたデータ及び画像が軌道エリアのみのものであるように狭視野を有するように設計される。

鉄道ネットワークは、区間及び細分区間に組織される。各細分区間は、長さにおいて５０～３００マイルの軌道の長さを含む。細分区間は、相互接続される。鉄道細分区間の各終点近くには、広大な土地（エーカー）を占める操車場施設がある。これらの操車場施設には、ＵＡＳオペレーションをサポートするためのスタッフ及び装備を配置することができる。オペレータは、そのネットワークの大部分にわたって、操車場から発進させ、細分区間に沿って飛ばし、次の操車場（ＵＡの検査、保守、燃料補給及び再発進を行うことができる所）に着陸させることにより、ＵＡＳを操作することができる。オペレータは、１日あたり最大で１００の細分区間において２つの飛行任務を行うことができる。

そのＵＡＳのモニタ及び制御を行うため、オペレータは、ＰＴＣ（ポジティブ列車制御）の開発及び配備でのその経験を活用することができる。オペレータは、ＵＡＳフリートの指令及び制御（Ｃ２）のために、私有の安全保障された塔設備及び地上波バックホールネットワークを含むその既存の電気通信インフラを使用して、ＶＨＦ航空無線上で音声通信を実装したり、軌道に沿って位置する一連の気象観測所からの気象情報をフライトクルーに提供したりする。

電気通信ネットワークは、ロバスト性及び冗長性を有するように設計される。電気通信ネットワークは、その本部のネットワークオペレーションセンタ（ＮＯＣ）まで及ぶ。ＮＯＣから、ネットワークのいずれの細分区間に位置付けられた列車も発車させることができる。この中央場所から全面的にそのルートに沿ったスイッチ及び信号が制御され、音声無線上でのクルー調整が実施される。同様に、各ＵＡＳは、その地域の飛行制御センタ又は中央場所から１人の操縦士（ＰＩＣ）及び１人のコパイロットにより、その地域の飛行制御センタの地上制御局（ＧＣＳ）から制御することができる。飛行時間中、複数の場所からの航空機の制御が可能である。例えば、その地域の飛行制御センタは、飛行の着手を行い、次いで着陸させることなく別の飛行制御センタに航空機を引き渡すことができる。指令及び制御は、専用スペクトルにおけるＣＮＰＣ（指令非ペイロード制御）又はＣ２（指令及び制御）無線のバリエーションを使用して遂行することができる。音声通信は、鉄道敷設用地に沿って塔に装着された遠隔制御航空ＶＨＦトランシーバを介して遂行される。また、ＵＡＳオペレーションは、その地方の軌道の脇にある気象観測所の既存のネットワークも活用する。

また、電気通信インフラは、航空交通状況認識システムをサポートするためにも使用される。このシステムは、協調航空交通と非協調航空交通との両方の位置をＵＡＳのパイロットに表示することができる。ＵＡ自体は、協調航空機である。ＵＡには、ＡＤＳ－Ｂ出力を備えたモードＳトランスポンダを装備することができる。

ＵＡＳオペレーション飛行制御センタは、操車場施設に建設されており、より効率的に且つコスト効率良く検査任務を実施することができる。フライトクルーは、必要に応じてエリアに対する安全性検査任務を計画する。オペレーション飛行制御センタの専用のＵＡＳ保守及びデータ処理設備から、グラウンドクルーは、その任務に対してＵＡを準備することができ、発進及び回収オペレーションを監督する。そのＧＣＳからＵＡを飛ばすことで、フライトクルーは、飛行計画通りに１つ又は複数の細分区間上空を飛ばすためにＵＡの航続距離及び航続時間を生かすことができる。いくつかのデータは、フライトオペレーション中にライブでストリーミング配信される。残りのデータは、飛行制御センタに戻され、後処理される。関連データのすべては、軌道検査官、技術者及び保守計画者などの適切なエンドユーザへの適時の普及のためにクラウドデータストレージに転送される。

図２は、本開示の様々な実施形態による例示的な無人航空機システム（ＵＡＳ）オペレーション飛行制御センタ２００を示す。図２に示されるＵＡＳオペレーション飛行制御センタ２００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＵＡＳオペレーション飛行制御センタの他の実施形態を使用することができる。

図２は、飛行制御センタの概念を示す。鉄道操車場では、５つの細分区間が接続されている。他の４つの細分区間の重要な部分は、１７５マイル内にある。この領域にわたり、鉄砲水が発生した多くの場所、熱座屈が生じ易い軌道部分、危険な資産のモニタリングのための信号フィードバックが得られない地域及びいくつかの危険な橋梁が見られる。これらの接続された細分区間は、空中安全性検査及びこの技術が提供する問題の適時検出から利益を得ることができる。

典型的な鉄道細分区間２０５は、人口密集地域の郊外にある鉄道操車場から始まり、農村地域まで広がり、人口密集地域の近くの別の操車場で終端する。途中、軌道２１０は、主要及び周辺道路に近接し、小さい町又は村の近くを通過するか又はその近くを通り、且つ空港の近くを通過する。しかし、ＵＡは、鉄道事業者の所有地の真上を飛ぶことができるため、道路横断における非常に短い時間（数秒程度）を除いて、ＵＡＳは、第三者の真上を飛ばないことがあり得る。ＵＡＳは、緊急事態の場合にＵＡを鉄道事業者の私有地上空に又は鉄道事業者の私有地上に維持するように設計されたいくつかの安全プロトコルを特徴とし得る。

操車場又は細分区間セクションは、空域境界内の表面に位置し得るため、４００ｆｔ ＡＧＬ以下のクラスＧ、クラスＥ、クラスＤ、クラスＣ及びクラスＢ空域を飛ぶ際、ＵＡＳは、規制を受ける。ＵＡＳは、管制塔を有する空港からの離着陸を必要としないように機能する。段落［０１０２］～［０１２８］で説明される手順は、管制空域、空港の近く及び公知の飛行活動場所で運航させるために使用される。技術と併せて、多くの運航上及び手続上の安全緩和を実装することができる。それらは、すべて有人航空交通の状況認識及び有人航空交通との調整を維持することを意図する。ＵＡにトランスポンダが装備され、フライトクルーは、双方向音声通信を有し得ることに留意されたい。空港及び検出された航空交通に対するＵＡの位置は、ＶＦＲ区分航空図オーバーレイによるムービングマップ表示を使用してＧＣＳでモニタされる。この方法では、ＢＶＬＯＳ ＵＡＳオペレーションは、特にクラスＢ、Ｃ及びＤ空域で有人航空機運航と同様である。米国連邦規則タイトル１４の９１．１ １３に関し、他の協調航空交通の位置は、航空交通状況認識システムを使用することによって知られている。非協調交通の認識の場合、一次レーダのような追加のセンサが非干渉的に使用される。さらなる冗長性のため、飛行中、選択場所に目視観測者を配置することができる。

図３Ａ及び３Ｂは、本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ ３００、３０１を示す。図３Ａに示されるＵＡＳ ３００及び図３Ｂに示されるＵＡＳ ３０１の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＵＡＳの他の実施形態を使用することができる。

ＵＡＳは、ハイブリッドクアッドロータ技術を使用する。その技術は、垂直離着陸のために長時間前進飛行のための固定翼機をクアッドロータシステムと組み合わせる。ハイブリッドクアッドロータ技術は、細分区間全体を検査するために依然として数百マイル飛べる能力を持たせる一方、軌道の近く又は操車場の小さいエリアからのＵＡの発進及び回収を可能にする。

ＢＶＬＯＳ運航の場合、ＵＡＳの例は、ＨＱ－４０、ＨＱ－６０Ｂ及びＨＱ－６０Ｃハイブリッドクアッドロータ航空機の両方を含む。ＨＱ－４０は、１０ｆｔの翼幅を有する小さいＵＡＳである。その最大総重量は、４５ｌｂｓである。ＨＱ－６０Ｂ及びＨＱ－６０Ｃは、１５ｆｔの翼幅を有するより大きいＵＡＳである。その最大総重量は、１１５ｌｂｓである。ＨＱ－６０Ｂは、ＨＱ－４０より長い航続距離、長い航続時間及び大きいペイロード容量を有する。これらの航空機は、同じフライトコンピュータ及び飛行制御ソフトウェアのみならず、多くの同じサブシステムも共有する。両方の航空機は、同じＧＣＳから操縦することができる。以下は、両方の航空機の概要である。

ＨＱ－４０は、単一の胴体、単一の主翼、２つのブーム、２つの垂直安定板及び単一の水平安定板からなる。前進飛行エンジンは、胴体の後ろに設置される。クアッドロータシステムモータは、ブームに設置される。航空機は、着陸支柱としてブームの前部及び垂直安定板の下部に２本の支柱を使用する。航空機は、主翼の後縁の翼端寄りの補助翼と、水平安定板の昇降舵とで姿勢を制御する。航空機には、ストロボ及び位置灯が装備されている。また、航空機は、高視認性塗装スキームも特徴とする。以下の図３Ａは、ＨＱ－４０機体を示す。表１及び２は、その物理的寸法及び性能特性を列記する。

ＨＱ－６０Ｂは、単一の胴体、単一の主翼、２つのブーム、２つの垂直安定板及び単一の水平安定板からなる。前進飛行エンジンは、胴体の後ろに設置される。クアッドロータシステムモータは、ブームに設置される。航空機は、着陸支柱として胴体の中央下部及び垂直安定板の下部に位置する構造を使用する。航空機は、主翼の後縁の翼端寄りの補助翼と、水平安定板の昇降舵と、各垂直安定板の方向舵とで姿勢を制御する。各動翼は、冗長性を有し、独立して制御及び作動が行われる。航空機には、ストロボ及び位置灯が装備されている。また、航空機は、高視認性塗装スキームも特徴とする。以下の図３Ｂは、ＨＱ－６０Ｂ機体を示す。表３及び４は、その物理的寸法及び性能特性を列記する。

ＨＱ－シリーズＵＡＳ（ＨＱ－４０及びＨＱ－６０Ｂ）には、実験カテゴリでの特別耐空証明が発行されており、３６０時間を超えるＶＬＯＳ／ＥＶＬＯＳ運航及び８８０時間を超えるＢＶＬＯＳ運航（１８時間の夜間ＢＶＬＯＳを有する）が蓄積されている。これにより、２０１７年８月の時点で合計１，２５８時間の飛行時間が得られる。

図４は、本開示の様々な実施形態による例示的な指令センタ（ＣＣ）ユーザインタフェース（ＵＩ）４００を示す。図４に示されるＣＣ ＵＩ ４００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＣＣ ＵＩの他の実施形態を使用することができる。

ＧＣＳ設備は、複数の個々のフライトクルーをサポートするための機器を備える。各フライトクルーは、複数の細分区間において単一のＵＡＳを操作することができる。図５に示される各ＧＣＳは、地上局ラップトップと、ＵＡ特有のＧＣＳソフトウェアを起動するＰＣコンピュータと、テレメトリリンクのための通信無線並びに航空機とオペレータインタフェースとの間のワイヤレスリンク及びブリッジの管理を含む地上局デバイスと、地上局通信アンテナと、地上局ＧＰＳアンテナとを含み得る。

これらのコンポーネントに加えて、ＧＣＳは、電気通信ネットワークとの接続性のためのデバイス、鉄道及び航空音声無線の使用のための機器及びインタフェース、飛行制御センタとの通信のための機器及びインタフェース、列車の場所をモニタするためのソフトウェア並びに航空交通状況認識システムのための機器及び表示も含み得る。また、地上制御局は、飛行時間中の正常なオペレーションをサポートすることができるエレクトロニクスツール及びバックアップ電力システムも含み得る。

ＨＱ－６０Ｂは、ＵＡＳ自動操縦（航空機に搭載されているもの）及び地上制御システム（ＧＣＳ）を使用する。このユニットは、ＤｏＤプログラムにおいて２５０，０００時間をはるかに上回って観測されており、大成功を収めている。自動操縦ソフトウェアは、定義し易い任務パラメータ及び制限、ウェイポイント挿入、共通の機能のためのコンテキストメニュー、航空機間のルートコピー、容易なルート計画、高性能スムーズズーム２Ｄ及び３Ｄ地形マッピング、標高及びイメージのためのウェブマッピングサーバとの地形データベースの統合、直感型主要飛行表示並びに表示において対気速度、高度及び機首方位指令を変更する能力を特徴とする。表示データは、ユーザの要求通りに構成することができる。ステータスバーは、高レベルの警報インタフェースを提供する。

パイロットは、オペレータインタフェース上の主要飛行表示（ＰＦＤ）を使用して航空機の姿勢を決定し、デフォルト表示の中央の地理的に参照されたイメージを使用して航空機の位置を決定することができる。航空機の位置は、このイメージに重ね合わされる。ＰＦＤ及び航空機の位置は、２５Ｈｚの最大レートで更新される。

ＵＡの正常な運航を阻害し得る指令は、いずれも確認ウィンドウによって予防される。望まない結果をもたらし得る入力は、防御される。その有効化には複数のステップが必要とされる。

図５は、本開示の様々な実施形態による例示的な地上制御システム（ＧＣＳ）設備５００を示す。図５に示されるＧＣＳ設備５００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＧＣＳ設備５００の他の実施形態を使用することができる。

各飛行制御センタは、ＵＡＳ発進及び回収局（ＬＲＳ）を含み得る。グラウンドクルーは、ＵＡの準備及び保守を行い、発進及び回収オペレーションを監督する。ＨＱ－６０Ｂシステムは、飛行前準備及び飛行後活動のための次の機器、すなわち陸上電源（３０ Ｖ ＤＣ電源）、リチウムポリマー（ＬｉＰｏ）電池安全貯蔵、ＬｉＰｏ充電ステーション（航空電子機器及びＶＴＯＬ電池を充電するために使用される）、大量燃料供給及び移送機器、航空機スケール、ツール及び予備品キット（保守に必要なツール及び摩耗品の予備品を含む）、発進中止システム（グラウンドクルーは、安全上の理由で発進を中止することができる）、ＧＣＳにおけるフライトクルーとの通信のためのウェブカメラ／ＶｏＩＰ機器、発進及び回収のためのローカルＣ２（指令及び制御）無線を必要とする。

グラウンドクルー及びフライトクルーは、クルーの役割及び責任並びにクルー資質管理に対する訓練を受けることができる。グラウンドクルーの具体的な義務については、段落［０１０２］～［０１２８］で強調する。

図６Ａ及び６Ｂは、本開示の様々な実施形態による例示的な電気通信塔６００を示す。図６Ａ及び６Ｂに示される電気通信塔６００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、電気通信塔６００の他の実施形態を使用することができる。図７は、本開示の様々な実施形態による例示的な無線周波数（ｒｆ）受信範囲分析７００を示す。図７に示されるｒｆ受信範囲分析７００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ｒｆ受信範囲分析７００の他の実施形態を使用することができる。

ＵＡの指令及び制御は、無線ネットワークを使用して遂行することができる。このＵＡの指令及び制御は、引き渡し手順を実施する一連のＧＣＳの例とは無関係である。むしろ、持続的な通信を維持するために、ＵＡの飛行経路に沿って等間隔に配置される地上ベースの無線機のネットワークに接続されたＧＣＳが１つある。

ＵＡとＧＣＳとの間のＣ２リンクを維持するため、ＵＡは、このネットワークの１つ又は複数のアンテナの見通し（ＬＯＳ）内でなければならない。ネットワークにおけるアンテナ配置は、受信範囲がオーバーラップするように設計される。これは、ＵＡが飛行中に常に細分区間に沿った２つの無線機のＬＯＳ内であることを意味する。無線ネットワークは、５０ミリ秒程度の待機時間のために設計されたネットワークの上のＧＣＳに接続される。

図６Ａ及び６Ｂは、電気通信塔を示す。この塔は、高さが約３００ｆｔあり、軌道から約１．６ＮＭの高地に位置する。このタイプの塔は、軌道に沿って約１５～３０ＮＭの間隔で位置付けられる。図７は、細分区間に沿った塔を使用するＣ２無線ネットワークのためのＲＦ受信範囲分析を示す。７つの塔の使用により、細分区間の全長に対する軌道標高におけるオーバーラップ受信範囲が提供される。既存の塔は、他の細分区間に沿って無線ネットワークを設置するために使用することができる。ＲＦ分析及び適切な性能試験は、それらのネットワークに対する日常的なＢＶＬＯＳ ＵＡＳオペレーションを実施する前に実施される。

ＵＡで使用される自動操縦は、ＩＳＭ（産業科学医療用）帯域（２．４ＧＨｚ及び９００ＭＨｚ）の内蔵Ｃ２／テレメトリリンクを特徴とする。ＣＮＰＣ／Ｃ２無線の統合により、第２のＣ２リンクが航空機に追加される。正常なＶＴＯＬ発進及び回収を実行するための要件は、巡航飛行より高い帯域幅テレメトリリンクを有することである。発進、回収及び地方のオペレーション中、Ｃ２リンクは、２．４ＧＨｚ無線であり得る。航空機が発進及び回収ゾーンから飛び去る際、通信リンクは、フライトクルーによってＣＮＰＣ／Ｃ２無線ネットワークに切り替えられる。

図８は、本開示の様々な実施形態による例示的なシステム全体の概略図８００を示す。図８に示されるシステムの概略図８００は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、システムの概略図８００の他の実施形態を使用することができる。

図８は、通信フローの図である。指令、制御及びテレメトリデータは、発進及び回収中、２．４ＧＨｚ ＩＳＭ帯域で局所的に送信される。航空機が巡航構成を確立した時点で、ＵＡＳは、最も近いＣＮＰＣ／Ｃ２塔を通じてＣＮＰＣ／Ｃ２ネットワークに進入することができる。パイロットは、地上局コンピュータ上で起動するカスタムソフトウェアアプリケーションを使用してこの変更を行う。また、このソフトウェアは、ＣＮＰＣ／Ｃ２システムの健全性及びステータスに関してパイロットへのフィードバックの提供も行う。何らかの理由でＣＮＰＣネットワークのリンク健全性が十分ではない場合、飛行制御センタにおいてローカル２．４ＧＨｚ ＩＳＭリンク上でＵＡを回収することができる。何らかの理由でローカルＣ２健全性に問題がある場合、問題が解決するまで飛行を延期することができる。ＣＮＰＣネットワークのすべての無線機の健全性は、パイロットによってモニタすることができる。巡航飛行中に無線機のリンク健全性が飛行継続に不十分である場合、パイロットは、飛行計画を変更するか、又は軌道の近くで緊急垂直着陸を実行することができる。

図９は、本開示の様々な実施形態による例示的な航空交通認識システム９００の概要を示す。図１０は、本開示の様々な実施形態による例示的な放送型自動位置情報伝送・監視（ＡＤＳ－Ｂ）現場１０００の概要を示す。図１１は、本開示の様々な実施形態による航空交通の例示的なユーザインタフェース表示１１００を示す。図９に示される航空交通認識システム９００の実施形態、図１０に示されるＡＤＳ－Ｂ現場１０００の実施形態及び図１１に示されるユーザインタフェース表示１１００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、航空交通認識システム９００、ＡＤＳ－Ｂ現場１０００及びユーザインタフェース表示１１００の他の実施形態を使用することができる。

米国連邦規則タイトル１４の９１．１ １３に従って他の航空交通を「目視して回避する」能力が重要である。航空交通状況認識システムは、協調及び非協調航空交通をモニタすることができる。このシステムのコンポーネントは、ローカルセンサと、ディスパッチシステム及び距離システムソフトウェアツールとを含み得る。

図９に示されるように、ディスパッチシステムは、ＦＡＡ航空交通管理システム（監視放送システム）にリンクされ、またローカルセンサのネットワークにもリンクすることができる。ＡＤＳ－Ｂ Ｘｔｅｎｄ受信機のローカルネットワークは、５００フィートＡＧＬ未満のＡＤＳ－Ｂ受信範囲を拡大するために各細分区間に沿って設置することができる。この例は、図１０に提示されている。ＲＦ分析により、地面（５０ｆｔ ＡＧＬ）までのＡＤＳ－Ｂ受信範囲を提供するために、細分区間に沿った塔に６つの追加の受信機が設置された。ローカルセンサデータは、ＳＢＳデータフィードに組み込まれないことに留意されたい。

距離システムソフトウェアは、ＵＡＳパイロットに状況認識を提供するように設計された航空交通表示である。このソフトウェアは、パイロットが有人航空交通への接近を回避する際に支援を行う（有人航空交通ターゲットがＵＡを視認できる可能性は低い）。ディスパッチシステムを使用することで、ＦＡＡレーダからのデータ並びにＡＤＳ－Ｂ、ＡＤＳ－Ｒ、ＴＩＳ－Ｂ及びＦＩＳ－Ｂからのデータは、距離システム上でＵＡ ＰＩＣに航空交通ターゲットの進路を提示するために、ローカルセンサからの検出値と融合される。図１１に示されるように、様々なシンボル及び警報特徴は、ＵＡと任意の航空交通ターゲットとの両方の表現を提示する。

非協調交通の検出のためのローカルセンサの一例は、この航空交通認識システムの一部として試験されているレーダである。このレーダは、人員、陸上車両、船舶、鳥のターゲット及び低空飛行する航空機を検出する。ＧＡ航空機サイズのターゲットの進路の検出及び生成を行うように構成されたレーダにより、２０フィート（約６メートル）の中央距離誤差で５．４ＮＭ（１０ｋｍ）の距離においてＧＡ航空機が追跡された。追跡時間は、約７０～１１０秒であった。標高データが利用可能ではないため、このセンサからのレーダ追跡は、二次元での表示に限られることに留意されたい。追加の調整なしでは、パイロットは、ターゲットが同じ高度に位置すると想定し、それらのターゲットを回避するために適切に行動しなければならない。

試験構成及び環境のため、航空交通認識システムは、ＵＡ ＰＩＣが少なくとも３ＮＭの距離でＧＡ航空交通（協調及び非協調）を認識できるようにした。平均的には、その初期の認識と最接近地点（「侵入者」ＧＡ航空機とＵＡとの間）との間に少なくとも６０秒あった。人間による航空交通の視覚的な把握をモデル化するための研究の１つでは、航空交通を能動的に走査している２人のパイロットによるＰｉｐｅｒ Ａｒｃｈｅｒ（ＧＡ航空機の典型的なサイズ）の視覚的な把握の確率が提示された。視覚的検出の確率は、３ＮＭの距離でわずかに１０％と示された（確率は、０．５ＮＭ未満で１００％と示された）。別の試験からの結果は、距離システムを使用したＵＡ ＰＩＣによる侵入者の認識が、地上の目視観測者による認識の約１７秒前に起こったことを示した。試験結果は、航空交通状況認識システムの使用により、地上又は機上の目視観測者と同等であるか又はそれより優れた航空交通を検出する能力が提供されることを示す。

非協調交通に対するローカルセンサの配備は、次の事項に基づき得る。（１）協調航空交通の検出のための細分区間の全長に沿った地上のＡＤＳ－Ｂ受信範囲。（２）非協調航空交通の密集度が高いことで知られる場所。この知識は、アウトリーチの努力の結果から得られるものであり得る。これは、活動の本質に応じて、一年中というよりむしろ季節ごとのセンサ（レーダ）の配備をもたらし得る。（３）軌道上空の飛行回廊に特有のリスクアセスメント。配備は、最初に、実際の航空交通データに基づくか、又はそのデータによって実証済みのモデリングに基づくものであり得る。センサ又は他の緩和（目視観測者）は、空中衝突のリスクが、空中衝突の非緩和リスク（相対的な非緩和リスク）の許容範囲内であると考えられている場所のリスクを超える場所に配置することができる。

追加の航空交通回避技術の運航上の使用が認められるようになるにつれて、その技術を利用することができる。そのような技術の例は、代替のレーダ及び搭載衝突回避を含む。

航空周波数上の双方向音声通信は、重要な安全緩和である。双方向音声通信により、互いの航空機を目視できないパイロットは、自らの意図を知らせ、自らの動作を安全な方法で調整することができる。電気通信インフラは、ＩＰ無線ゲートウェイ／ブリッジシステムを使用して、各細分区間に局所的なＣＴＡＦ、塔及び進入周波数をホストするために使用することができる。そのようなシステムは、ＶＦＴＦトランシーバが装着された塔からのプッシュツートーク能力を提供する。この能力は、ＵＮＩＣＯＭ／ＣＴＡＦに対して空港で使用されるものなどの航空地上局無線のネットワークを有することに類似している。ある実施形態では、音声無線機はＵＡの機内に持ち込まれないため、地上局は、空対空通信を容易にする。

航空ＶＨＦトランシーバのこの使用には、ＦＡＡ／ＦＣＣ承認が必要である。この使用は、そのような無線機の非典型的な配備である。一方では、その使用は、ＵＡＳが有人航空と同じ方法でＮＡＳにおいてＢＶＬＯＳで運航できるようにし、ＵＡをＮＡＳに安全に組み込むための重要な要素であることが判明した。

ＶＦＲ下での飛行のためのＡＴＭ（航空情報マニュアル）のガイドライン及び手順を以下に続ける。以下は、典型的な飛行のための手順の概要である。

飛行計画は、有人航空と同じ方法で実施することができる。操縦士（ＰＩＣ）は、飛行に適用可能なすべての情報に精通している。フライトクルーは、鉄道インフラ上空のＵＡＳ飛行計画の目的のために設計されたソフトウェアと共に既存の飛行ツール及び情報源を使用することができる。このソフトウェアは、ＧＩＳデータベース、現場調査、公的に利用可能なデータ及び承認済み航法データベースから収集された情報を使用して飛行計画の開発支援を行う。飛行計画には、任務目的（細分区間、安全性検査のタイプ、センサ）、局所的な地形、発進及び回収現場の並びに飛行ルートに沿った局所的な気象、飛行ルートに沿った人口、垂直障害物、発進及び回収の上昇及び降下経路、局所的な空域及び航空交通の考慮、軌道近くの人々の集まり又は特別なイベントを考慮に入れることができる。意図する飛行時間により、飛行燃料要件が決まる。必要に応じて他のＮＡＳユーザ（ＤｏＤ、Ａｇ、ＧＡ）に通知を配信できるように離陸時刻及び空中での総時間を決定することができ、必要に応じてＮＯＴＡＭ（航空従事者への通知）を保管することができる。

計画プロセスの出力は、発進及び回収場所を定義するＧＰＳ座標の組、着陸場所への着陸パターンを定義するＧＰＳ座標の組、正常な運航の飛行ルートを定義するＧＰＳウェイポイントの組、Ｃ２リンク途絶下での運航の飛行ルートを定義するＧＰＳウェイポイントの組、鉄道事業者の所有地から逸脱しないように設計された空域境界（ジオフェンス）を定義するＧＰＳ座標の組、ジオフェンス内及びジオフェンスを越えてすぐの適切な緊急着陸エリア（又は回避すべきエリア）の説明、ＧＣＳのムービングマップ表示上での使用のための航空図、地形及び人口統計のマップオーバーレイ、飛行ルートに沿った任意の空域又は任意の空港近辺を経て移行するための情報及び手順、通知及びＮＯＴＡＭを発行するスケジュール並びにグラウンドクルーのためのペイロード／センサ設置及び燃料装荷計画である。

飛行計画プロセスのいずれかの部分中に安全に飛行を実施することができないとＵＡＳ ＰＩＣが確信している場合、変更を組み込めるようになるまで又は適正な緩和を実装できるようになるまで、フライトオペレーションを延期することができる。安全に飛行を実施することができない例は、軌道に極めて接近し得る多くの人々が集まる特別なイベント、軌道に極めて接近した季節的な及び高度に局所的な農薬散布作業又はロイター飛行が必要とされ得る場所への新しい垂直障害物の設置を含む。

フライトクルーとグラウンドクルーとの両方は、飛行前行動に対する責任を有する。ＧＣＳでは、フライトクルーは、飛行前チェックリストに従ってすべてのソフトウェア及び表示を構成することができる。ＵＡ構成ファイルは、検証することができる。飛行計画ウェイポイントは、自動操縦インタフェースにロードすることができる。マップ及びマップオーバーレイは、自動操縦インタフェース及び航空交通状況認識システムにロードすることができる。一般的に使用される無線周波数は、事前に設定することができる。また、センサインタフェースを構成することもできる。グラウンドクルーとの通信は、発進及び回収局（ＬＲＳ）で確立することができる。ＬＲＳでは、グラウンドクルーは、ＵＡの飛行前検査を実行することができ、且つ飛行計画に従ってセンサの設置及び構成を行い、ＵＡに燃料を入れることができる。グラウンドクルーは、ソフトウェア及び表示の構成後にフライトクルーと協力して、ＵＡシステムの電源投入を進める。

フライトクルー及びグラウンドクルーは、飛行計画及び境界の自動操縦への移動、重心計算及び検証、Ｃ２及びペイロードリンクチェック、電池電圧チェック、燃料量検証、動翼較正チェック、ＩＭＵチェック、ＶＴＯＬシステムチェック並びにプッシャエンジン始動及び回転数を上げる操作チェックなど、最終的なＧＣＳ及びＵＡ飛行前チェックをそれぞれ完了する。これらのタスクを完了することで、フライトクルー及びグラウンドクルーは、飛行制御センタにおける発進エリアの支障物等の視覚確認を含む離陸前チェックを完了するように調整することができる。グラウンドクルーメンバーは、発進中止制御の任に就く。ＧＣＳでは、フライトクルーは、ＡＴＣとの必要な離陸前無線通信を実施するか、又はＣＴＡＦ上で知らせることができる。最終的な決行又は中止の決定は、ＰＩＣが行うことができる。

垂直発進及び前進飛行への移行は、自動操縦モードを通じて実行される。その実行は、ＰＩＣによる手動制御操作なしに起こる一連の操縦を伴う。「決行」の決定と共に、ＧＣＳから発進の指令を出すことができる。発進及び移行中、グラウンドクルーは、安全上の理由で発進を中止することができる。

垂直上昇プロファイルは、ＵＡを約６０ｆｔ ＡＧＬの高度に至らせることができる。そこから、ＵＡは、前方推進モータの推進力の下で前進飛行に移行する。ＵＡが前進飛行に移行した時点で、ＧＣｓのＰＩＣは、ＣＮＰＣリンク健全性を検証し、ＣＮＰＣネットワークにＵＡを進入させることができる。次いで、ＰＩＣは、飛行計画を起動することができる。ＵＡは、事前にプログラムされたルートの飛行を進める。

巡航飛行段階中、航空機は、軌道に沿った特定の対象エリアまでの飛行計画に従い、必要なデータを収集することができる。飛行中、フライトクルーは、ＡＴＣ及び他のＮＡＳユーザと通信することができ、他の航空交通の位置を示す表示をモニタすることができる。また、天候、ＵＡ飛行状態及びシステム健全性（エンジンＲＰＭ、燃料レベル、電池寿命、ＧＰＳ信号、Ｃ２リンクなど）も継続的にモニタすることができる。ムービングマップ上のＵＡの遠隔測定位置は、航空機が飛行計画を正しく実行していることを保証するために使用することができる。ＰＩＣは、いかなるときも飛行計画の変更又はＵＡのコース、速度及び高度の変更において主導権を握ることができる。

管制空域におけるＵＡの安全な運航のために重要なものは、有人航空機運航を安全に且つ最小限の影響で進めるためにＢＶＬＯＳ検査任務を可能にするように設計された手順である。クラスＢ、Ｃ及びＤ空域における運航の場合、ＵＡは、協調的であるが、低巡航高度を考慮すると、ＦＡＡレーダで検出されない可能性がある。この問題による影響を受けるルートの場合、軌道と空域境界との交差する所及び軌道と滑走路進入経路との交差する所の両側の１．５～３海里の場所にレポート及びロイター地点を確立することができる。これらの地点は、管制施設との協定書（ＬＯＡ）において指定及び命名することができる（地点Ｑ（緯度／経度）など）。代わりに、これらの地点は、距離及びランドマークとの関連性によって参照することができる（「線路と滑走路３６との交差する所から１．５ＮＭ」）。ＵＡ ＰＩＣは、飛行方向の各レポート地点において、航空音声無線上でＡＴＣを呼び出すことができる。クラスＤの場合、ＡＴＣ送信確認応答は、待機の指示がない限り、次のレポート地点に進んでもよいという承認を得たことに相当する。クラスＢ及びＣでは、送信確認応答及び先に進む許可を得なければならない。レポート及びロイター地点において待機が要求された場合、ＵＡＳは、地上の人々及び構造を回避するように設計された周回経路を飛ぶことができる。交通量がなく、次の地点に進めという命令をＡＴＣが提供した場合、ＵＡは、コースを継続することができる。

空港近くのクラスＥ及びクラスＧにおける運航も同様である。ＵＡ ＰＩＣは、ＣＴＡＦをモニタし、位置レポートを行うことができる。音声無線位置レポート及び航空交通状況認識表示上の航空交通の動きに基づいて、ＰＩＣは、レポート及びロイター地点を使用して、有人航空交通との調整を行うことができる。必要に応じて、ＰＩＣは、滑走路中心線から十分離れた所でロイター飛行し、有人航空機が計器進入又は着陸パターンを完了するのを待つことができる。

計画外のロイター又は旋回操縦は、鉄道運営会社の所有地の上空の＋／－１００ｆｔの回廊から横方向に－１，５００ｆｔの逸脱を引き起こし得ることに留意されたい。そのような操縦を安全な方法で実行するには、そのエリア内の垂直障害物及び局所的な地形の知識が必要になる。この情報は、状況認識を支援するために、ＧＣＳムービングマップ上でパイロットに表示することができる。ＵＡの巡航高度は、－３５０ｆｔであるため、飛行経路は、地図に載っていないほとんどの垂直障害物（高さが＜２００ｆｔ未満のもの）の上方にある。横方向操縦により障害物との激突リスクを負う可能性がある場合、パイロットは、軌道脇又は軌道上に降下又は着陸しなければならない。

任務の終わりに達すると、ＬＲＳのグラウンドクルーは、回収現場を準備するように警報を受けることができる。ＵＡは、飛行制御センタに近いため、ＰＩＣは、ＣＮＰＣ Ｃ２ネットワークからローカルＣ２ネットワークにＣ２リンクを切り替えることができる。グラウンドクルーは、着陸エリアの支障物を排除し、着陸エリアを安全保障することができる。次いで、ＰＩＣは、グラウンドクルーと協力して、事前に定義された着陸パターン及び進入に着手することができる。接地地点の指定距離内において約６０ｆｔの高度に達した時点で、航空機は、垂直飛行に移行し、着陸地点への垂直降下を開始することができる。着陸地点に達して接地した後、航空機は、そのモータの回転を減速し、回収段階を完了することができる。

着陸後、グラウンドクルーは、チェックリストを使用して手順通りにＵＡの飛行後検査を実施することができる。グラウンドクルーは、ＵＡ飛行時間、ＶＴＯＬ及びプッシャモータ動作時間、航空機稼働時間などの記録を完成させることができる。保守記録は、米国連邦規則タイトル１４の９１．４ １７に従うものである。ＵＡＳは、格納庫に入れ、安全保障することができる。データは、搭載記憶装置から転送することができる。ＧＣＳでは、フライトクルーは、ＰＩＣ／ＳＩＣ飛行時間を記録することができる。

エンジン始動：自動操縦は、プッシャモータとＶＴＯＬモータとの両方のためのエンジン停止／始動スイッチを特徴とする。プッシャモータとＶＴＯＬモータとの両方は、ＧＣＳにおいて飛行前点検前に停止しているように設定される。胴体の側面に位置するスイッチは、「オフ」に設定されている。ＶＴＯＬモータの始動プラグは、グラウンドクルーによって取り外されている。プッシャエンジン始動は、飛行前チェックの終了時に起こる。最初に、プッシャエンジンを使用可能にする。次に、スイッチを「オン」に設定する。次いで、グラウンドクルーメンバーが電動始動機を使用してプッシャエンジンを始動する。プッシャエンジンが飛行前チェックにパスした時点でＶＴＯＬエンジンのためのプラグを差し込む。次いで、ＧＣＳにおいてＶＴＯＬエンジンを使用可能にする。その時点で、グラウンドクルーは、航空機の近くのエリアから退去することができる。

発進中止：飛行の発進段階は、あらゆる理由で中止することができる。この発進中止は、ＰＩＣによってＧＣＳから又はＬＲＳの発進中止制御から遂行することができる。発進中止制御は、電気通信ネットワークを介してＧＣＳに接続することができる特別なデバイスである。

リンク途絶計画及びジオフェンス更新：リンク途絶飛行計画及び空域境界（ジオフェンス）は、最新情報が考慮されることを保証するために、長時間飛行中に必要に応じて更新することができる。

気象：ＵＡは、その制限通り、露点以下の気温又は強風で運航することができない。地方の気象観測所、航空気象予報及び通報（気象レーダを含む）は、フライトクルーが継続的にモニタすることができる。危険な気象条件の場合、任務を中止し、ＵＡは、軌道上又は軌道近くに着陸することができる。ＵＡを回収するため、最も近い場所にいるグラウンドクルーを送り出すことができる。

操縦士（ＰＩＣ）：ＰＩＣは、航空機の安全な運航に対する責任を有する。ＰＩＣは、正常、異常及び緊急事態中、航空機の運航に関するすべてのチェックリストアイテムに従っているかを確認することができる。ＧＣＳの飛行前点検及びすべての飛行段階（「エンジン始動」から「停止」まで）は、パイロットの責任であり得る。決行又は中止の決定及び安全飛行に関するあらゆる決定は、ＰＩＣの最終的な権限であり得る。このＰＩＣの最終的な権限は、航空交通状況認識システム上に表示された情報に基づいて航空交通を回避するためのＵＡの操縦に関する決定及び行動を含む。

副操縦士（ＳＩＣ）：ＳＩＣは、交通警報及び気象情報の提供におけるＰＩＣへの支援に対する責任を有し得る。また、ＳＩＣは、位置レポートの作成及び空対空、ＡＴＣ又は緊急通信の処理も行うことができる。ＳＩＣは、適切な場合、ＡＴＣと通信することができる。必要に応じて、ＳＩＣは、航空機測位及び使用を調整するために実体と通信することもできる。

ＰＩＣとＳＩＣとの両方は、ＦＡＡ自家用操縦士免許及び第３種航空身体検査証明を保持し得る。

グラウンドクルーＡ（ＧＣＡ）：ＧＣＡは、物理的な航空機の飛行前点検及び物理的な航空機コンポーネントに関連するログブックアイテムが記入されることを保証することに対する責任を有し得る。ＧＣＡは、適用可能な緯度保守マニュアルに従い、飛行前に必要な航空機保守が完了していることを確認する必要があり得る。ＧＣＡは、航空機が飛行できる状態であるかどうかの判断における最終的な権限を有し得る。発進中、何らかの異常又は危険が観察された場合に航空機の離昇を「中止する」ことは、ＧＣＡの責任であり得る。着陸中、ＧＣＡは、必要性が生じた場合、「中止」を命じることに対する責任を有し得る。回収時、ＧＣＡは、飛行後に機体の周りを歩いて徹底的に点検し、航空機で起こった損傷、異常又は他の問題を文書化することができる。

グラウンドクルーＢ（ＧＣＢ）：ＧＣＢは、現場アクセス及び安全性に対する責任を有し得、必要に応じてＧＣＡを支援することができる。ＧＣＢは、出発及び進入のために、発進及び回収エリアに人員、物体及び機器が存在しないことを保証することができる。機能障害又はＧＣＡが負傷した事例では、ＧＣＡがエンジンを始動している間、ＧＣＢは、エンジン点火スイッチを使用不能にする責任を有し得る。発進及び回収後、オペレーションに関するすべての機器が現場から回収され排除されたことを保証することは、ＧＣＢの責任であり得る。

グラウンドクルーは、夜間にＵＡを発進及び回収させることができる。従って、グラウンドクルーは、暗闇がもたらす錯視を認識して克服し、且つ夜間視力を低下させ得る生理学的条件を理解するように訓練することができる。

グラウンドクルーは、ＦＡＡ Ａ＆Ｐ整備士資格を保持し得る。

ＵＡＳ特有の訓練プログラムは、有資格インストラクタの指示の下で実施することができる。フライトクルーには、ＢＶＬＯＳ運航のために必要なすべてのシステム（ＵＡ自動操縦インタフェース、Ｃ２ネットワーク制御及び健全性モニタリングインタフェース、航空交通状況認識ソフトウェア及び航空無線ソフトウェアインターフェース）のオペレーションに関する地上座学を提供することができる。地上座学を通じて、フライトクルーとグラウンドクルーとの両方は、ＵＡ飛行前点検、ＵＡ予防保守並びに発進及び回収オペレーションに関して訓練することができる。飛行実習を通じて、フライトクルーは、正常な及び緊急事態の手順を熟達することができる。

人員は、文書化された訓練プログラムを完了していない立場では飛行業務を実行することはできない。リカレント訓練は、地上訓練と飛行訓練との組合せを含み得る。

音声通信途絶：クルーメンバー間の音声通信は、安全性のために重要である。ＰＩＣ及びＳＩＣは、ＧＣＳを占有し、互いに直接連絡を取り合うことができる。ＰＩＣ及びＳＩＣは、ＶｏＩＰ（ボイスオーバーインターネットプロトコル）及びＩＰカメラ機器を介して、遠隔地の発進／回収現場のグラウンドクルーメンバーとの音声通信を有することができる。音声通信の確立又は維持ができない場合、通信が確立されるまで運航を延期することができる。

音声通信は、ＢＶＬＯＳ運航のための重要な運航上の安全緩和である。ＵＡは、ＡＴＣとの双方向音声通信なしでは、クラスＢ、Ｃ又はＤ空域に入ることも、クラスＢ、Ｃ又はＤ空域内から発進することもできない。クラスＢ、Ｃ又はＤ管制空域におけるＡＴＣとの音声通信の途絶により、その現在の場所における所有地上のＵＡの即時ＶＴＯＬ回収が行われる。ＵＡは、ローカルＣＴＡＦ上の双方向音声通信なしでは、クラスＥ空域に入ることも、クラスＥ空域内から発進することもできない。ＵＡは、ＣＴＡＦ上の双方向音声通信なしでは、空港進入エリアから２マイル以内を飛ぶことはできない。

リンク途絶：Ｃ２リンク途絶が起こった場合、ＧＣＳに警告が現れ、それと共に音声による警告が繰り返される。この警告は、ＰＩＣによって定義されるタイムアウトに基づいてトリガされる。そのタイムアウトは、典型的には、３０秒である。自動操縦は、所定の飛行任務に対してＰＩＣが定義するパラメータの組（航空機が飛ぶことができる最大時間量を定義するフライトタイマーを含む）を用いてリンク途絶事象を処理する。フライトタイマーは、典型的には、装荷燃料量又は任務要件に基づく。また、規定のウェイポイントセットを介して航空機が目指せる安全なリンク途絶場所（緯度、経度、高度）も定義され、「リンク途絶飛行計画」と呼ばれる。リンク途絶場所に達した時点で、航空機は、定義された周回半径で周回経路を飛ぶことができる。この場所は、飛行エリアの境界内且つ人又は構造から離れた場所であり得る。ほとんどの状況の場合、その場所は、鉄道線路の上空又は鉄道線のすぐ隣であり得る。航空機との通信を回復する試みも行うことができる。この回復がうまくいかない場合、いくつかの飛行終了技法を使用することができる。

発進中にリンク途絶が起こった場合、航空機は、その離陸計画を続行し、次いでリンク途絶手順に従うことができる。上昇、巡航及び降下中、その航空機は、リンク途絶手順に従うことができる。着陸中、その航空機は、事前にプログラムされた着陸計画を従い続けることができる。飛行時間（運航前にＰＩＣによって設定されたタイマーの長さ）が超過することがあれば、航空機は、それ自体を事前にプログラムされた自動着陸ウェイポイントに誘導することができる。航空機は、自動着陸ウェイポイントでＶＴＯＬ着陸を実行することができる。

ＧＰＳ途絶：ＧＰＳ故障の場合、航空機は、慣性航法システム（ＥＮＳ）に戻す。姿勢及び機首方位が維持される。機首方位は、磁力計を使用して決定される。航空機位置推定は、伝播されるため、航空機位置は、機首方位測定及び風向風速推定における誤差によって偏流し得る。ＧＰＳの途絶が一時的なものであれば、ＧＰＳ信号を再び得た時点で自動操縦をＧＰＳ誘導に戻すことができる。ＧＰＳの途絶が持続的なものであれば、飛行終了を実行することができる。

フライアウェイ：空域境界又はジオフェンスを確立することができる。航空機搭載の自動操縦が依然として機能しているが、航空機がその計画されたコースから離れて飛んでおり、コースに戻れという指令に対して応答しないようないかなる状況においても（多くの場合、飛行計画におけるヒューマンエラー、通信途絶飛行計画におけるヒューマンエラーなどの結果起こる可能性が最も高い）、空域境界侵害による飛行終了により、境界から２０メートル以内でのＶＴＯＬ着陸が行われる。

航空機システム故障：ＵＡの主要なシステム故障は、航空機の制御又は制御不能による墜落をもたらす可能性が高い。ＶＴＯＬモータ故障は、典型的には、制御不能による着陸をもたらし得る。前進飛行モータの故障は、ＨＱシステムが、プッシャエンジン故障の場合にホバリング飛行に自動的に移行して着陸する能力を有するため、強制制御による着陸をもたらし得る。単一の操縦装置の故障は、強制制御による着陸をもたらし得る。複数の操縦装置の故障は、制御不能による着陸をもたらす可能性が高い。

ＧＣＳ故障：ＧＣＳ故障の場合、航空機は、そのプログラムされた飛行計画を続行することができる。しかし、制御局の機能損失は、最終的に指令及び制御リンクの途絶をもたらし得る。航空機は、通信が回復できるまでそのリンク途絶手順を実行することができる。

飛行終了：飛行終了モードは、次の基準、すなわちＧＰＳ故障（タイムアウト）、ＧＰＳ及びＣ２リンク（タイムアウト）、空域侵害（ジオフェンス境界に基づく）、最小／最大高度違反（４００ｆｔ ＡＧＬの上方への逸脱を防止するための制限）のいずれかに基づいて入ることができる。

上記の基準リストに加えて、いかなるときでもＰＩＣによる意図的な飛行終了を実行することができる。飛行終了モードに入った時点で、航空機は、緊急ＶＴＯＬ回収を自動的に実行することができる。

いかなるインシデント、事故又は飛行エリアの横方向若しくは垂直方向境界を越えるか若しくは適用可能なＣＯＡによって定義されるような立入禁止空域若しくは警戒エリアに進入したいかなるフライトオペレーションも、ＵＡＳ統合オフィスに報告しなければならない。事故及びインシデントは、米国連邦規則タイトル４９セクション８３０．５に従い、ＮＴＳＢウェブサイトに含まれる指示の通りに国家運輸安全委員会（ＮＴＳＢ）に報告しなければならない。

四半期事後レポートは、実施された運航及び今後計画される活動のみならず、飛行活動から学んだ教訓（これらに限定されないが、遭遇した異常現象並びに空域及び他のユーザへの影響（存在する場合）を含む）も文書化することができる。この情報は、将来の規則制定をサポートするためにＦＡＡに提供することができる。

要約すると、次の条件がＢＶＬＯＳ空中検査オペレーションに適用される。（１）日中及び夜間ＶＭＣのみ。（２）発進及び回収：鉄道事業者の私有地からのみであり、空港からではない。（３）飛行ルート：地上４００ｆｔ ＡＧＬ未満（典型的には３５０ｆｔ ＡＧＬ）で巡航。鉄道事業者の所有地（主要な軌道の中心線から＋／－１００ｆｔの横方向境界内）の真上のみ。クラスＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＧ空域（ただし、空港敷地の上空を除く）。遠隔、農村、郊外及び都市地域。「ジオフェンス」によって囲まれる。（４）ＵＡＳ：垂直離着陸（ＶＴＯＬ）が可能なハイブリッド固定翼構成。１５時間の航続時間。７５０ＮＭの航続距離。＋４７５時間（及び継続中）の運航履歴があり、実験カテゴリ（ＳＡＣ－ＥＣ）特別耐空証明を有する。ＤｏＤ系統により＋２５０，０００時間（及び継続中）の自動操縦を使用する。モードＳトランスポンダ及びＡＤＳ－Ｂ出力が装備される（利用可能な場合にはＴＳＯユニットを使用することができる）。ストロボ及び位置灯、高視認性塗装スキームが装備される。飛行終了モードは、緊急垂直着陸である。（５）９１．１ １３：ＦＡＡ ＳＢＳフィード及びローカルセンサを融合した航空交通状況認識システム。他の交通表示システムと同様のターゲットのムービングマップ表示。（６）双方向音声通信：パイロット間及びＡＴＣとの調整を可能にする。

次の危害、すなわちＵＡＳが有人航空機と異常接近（ＮＭＡＣ）すること及びＵＡＳが地上の人に激突することは、このオペレーションに起因し得る。

地上の第三者に対するリスクは、航空機の制御損失が原因で所有地を越えて着陸する際に存在する。このリスクは、手順、視認性向上（その結果、地上の人々は、自らに近づく物体を目視できる可能性がある）及びＵＡＳのいくつかの安全特徴（ジオフェンス及び飛行終了モードを含み、様々な状況下において鉄道事業者の私有地（鉄道線路）への緊急垂直着陸を実行するように設計される）によって緩和される。

有人航空機との衝突のリスクは、全米航空システムにおいて本質的に存在する。このアセスメントに対し、控えめに見積もる手法を取ることができる。空中衝突（ＭＡＣ）のリスクというよりむしろ、異常接近（ＮＭＡＣ）のリスクに対処することができる。このＮＭＡＣのリスクは、ＵＡが計画された飛行ルート及び巡航高度から逸脱した場合又は予期しない方法で有人航空機に遭遇した場合（航空交通状況認識システムによって検出されない、双方向音声通信を介して調整要求に対する応答がない、一貫性のない又は予測不可能な方法での操縦により、操縦が難しいＵＡは回避することができない）に増大する。これらの状況は、航空交通密度が低い４００ｆｔ ＡＧＬ以下で飛ぶことによって緩和される。他の緩和は、航空交通状況認識システム、ＮＯＴＡＭの保管（ＤｏＤ及び他のＮＡＳユーザとの通知及び調整）並びに視認性向上（その結果、有人航空機のパイロットは、飛行中にＵＡを目視できる可能性がある）を含む。

以下は、これらのＢＶＬＯＳ運航で使用される安全緩和及び緩和の失敗の影響を評価して危害を防止するために使用されるモデルについて説明する。

このリスクアセスメントに対し、主要な想定は、個々の安全緩和の各々が正常な運航の下での危害の防止に１００％効果的であることである。これらの緩和のいずれも失敗しなければ、危害は起こらない。これは、緩和及びその起こり得る相互作用の相対的有効性のより複雑なモデリングを回避するために使用される簡易化された想定である。

ＣＯＮＯＰＳ及びクルーの効力：ＢＶＬＯＳ ＣＯＮＯＰＳ及びクルー訓練は、経験豊かな航空専門家によって開発されている。これらの効力は、Ｒ＆Ｄ飛行試験プログラムの下での評価が続けられている。このリスクアセスメントに対し、これらのオペレーション及びこれらの計画を実行できる高度な訓練を受けた人間の背後のパニングの効力は、すべての空域クラスにおいて５％の確率で危害の防止に失敗し得ると想定される。

双方向音声通信：音声通信は、ＢＶＬＯＳ運航に対する重要な運航上の安全緩和である。音声通信により、航空機のパイロットは、互いに視認していない場合でも自らの活動を調整することができる。しかし、ヒューマンエラーは、不可避である。表５に示されるように、この緩和は、すべての空域クラスにおいて２５％の割合で失敗し得ると想定される。また、この緩和は、ＵＡＳが地上の人に激突するリスクには影響がないとも想定される。空中衝突により落下する破片は考慮されない。

航空交通状況認識システム：米国連邦規則タイトル１４の９１．１ １３に従って他の航空交通を「目視して回避する」能力が重要である。航空交通状況認識システムは、認定された地上ベースの検出及び回避（ＧＢＤＳＡＡ）システムではない。航空交通状況認識システムは、協調及び非協調航空交通の位置及び進路をモニタして表示することができる。これにより、ＵＡのパイロットは、近くの有人航空交通を回避することができる。この能力は、非管制空域で重要である。表５の割合は、このシステムが、より非協調的な低高度の航空交通がある可能性がある環境においてＮＭＡＣの防止に失敗する可能性が高いという想定の下で推定されたものである。失敗率は、クラスＢ、Ｃ及びＤ空域の５％からクラスＥ及びクラスＧ空域の２０％までの範囲である。この緩和は、地上の人に衝突するリスクに影響がないと想定される。

ＡＤＳ－Ｂを備えたＵＡＳモードＳトランスポンダ：この機器は、ＵＡを協調航空機にし、既存の規則通りにＵＡＳがクラスＢ及びＣ空域に入れるようにする（双方向無線通信と共に）。表５の割合は、このシステムが、より非協調的な低高度の航空交通がある可能性がある環境においてＮＭＡＣの防止に失敗する可能性が高いという想定の下で推定されたものである。失敗率は、クラスＢ及びクラスＣ空域の１％及びクラスＤ空域の１０％からクラスＥ及びクラスＧ空域の２０％までの範囲である。この緩和は、地上の人に衝突するリスクに影響がないと想定される。

空港ロイター地点：空港に近い場所の安全を強化するための手順が確立されている。これらの手順は、有人航空交通が着陸パターンにあるか又は計器進入状態である際、ＵＡが滑走路中心線の延長線及び滑走路への進入経路から離れた場所で待機／ロイター飛行するように命じる。これらの場所は、計画されており、垂直障害物が存在しないことが分かっている。表５の割合は、このシステムが、より非協調的な低高度の航空交通がある可能性がある環境においてＮＭＡＣの防止に失敗する可能性が高いという想定の下で推定されたものである。失敗率は、クラスＢ、Ｃ及びＤ空域の１０％からクラスＥ及びクラスＧ空域の２０％までの範囲である。この緩和は、地上の人に衝突するリスクに影響がないと想定される。空中衝突により落下する破片は考慮されない。

空域クラス特有の手順：様々な空域クラスにおける運航のための手順が開発されている。これらの手順は、管制空域に入る／管制空域から出る前の待機／ロイター地点並びに地上の人々、垂直障害物及び空港敷地を回避することを考慮するために特定の場所に合わせた緊急時の手順及びリンク途絶飛行計画の使用を含む。表５の割合は、クラスＢ及びクラスＣ空域の５％からクラスＤ、クラスＥ及びクラスＧ空域の１０％までの範囲である。この緩和は、地上の人に衝突するリスクに影響がないと想定される。空中衝突により落下する破片は考慮されない。

飛行前チェックリスト：飛行前チェックの正しい実行により、システムが設計通りに正常に動作していることが保証される。完全に機能しているシステムは、ＮＭＡＣの防止及び地上の人々の負傷の防止において効果的である可能性が最も高い。表５に示されるように、この緩和は、すべての空域クラスにおいて２５％の割合でＮＭＡＣの防止及び地上の人々への激突の防止に失敗し得ると推定される。この場合もやはり、これは、パイロットコミュニティがＣ学生で構成されると想定することと類似している、それは、控えめな見積もりである。

ストロボ及び高視認性塗装：ＵＡＳは、有人航空機より小さい。高視認性塗装、ストロボ及び位置灯は、他の飛行士及び地上の人々がＵＡＳを目視できる可能性（特に、夜間に）を増大させる。このリスクアセスメントに対し、万一ＵＡの視認性向上に失敗した場合、１０％の割合でＮＭＡＣを防止できなくなり、９０％の割合で地上の人々への激突を防止できなくなると想定される。これは、地上の人々の方が有人航空機のパイロットよりも照明及び塗装スキームを目視して行動できる可能性が高いことを含意する。

ＮＯＴＡＭ：航空従事者への通知は、ＵＡフライト活動について他のＮＡＳユーザに知らせる。このＮＯＴＡＭは、ＮＯＴＡＭが適時に発行され、他のＮＡＳユーザが正しく読み取って解釈した場合、ＮＭＡＣを防止する可能性が最も高い。このリスクアセスメントに対し、ＮＯＴＡＭにおける情報の発行、読み取り、把握及び準拠又は正しい使用の失敗は、ヒューマンエラーをもたらし、従って２５％の確率で危害の防止に失敗し得ると想定される。

以下の表５は、上記で提示される安全緩和を列記し、その緩和の失敗が危害結果の防止の失敗を招く可能性の推定値を伴う。

ＵＡにその計画されたコースを逸脱させる制御損失を招くシステム故障は、上記に列記された危害をもたらす可能性が高い。これらの故障及び事象は、知識（ＵＡＳサブシステム、どのように故障するか、故障すると何が起こるか）を使用することで展開された。故障状態は、鉄道事業者の私有地上空の計画されたコースからの結果として生じる逸脱と共に以下に列記される。

このリスクアセスメントに対し、システム故障についての２つの主要な想定は、単一のシステム故障が起こる可能性が０．０１（１％）であること、複数の故障が起こる可能性が０．０００１（０．０１％）であることである（故障率は、１時間あたりのものである）。

フライアウェイ：航空機搭載の自動操縦が依然として機能しているが、航空機がその計画されたコースから離れて飛んでおり、コースに戻れという指令に対して応答しないようないかなる状況においても（多くの場合、飛行計画におけるヒューマンエラー、通信途絶飛行計画におけるヒューマンエラーなどの結果起こる可能性が最も高い）、空域境界侵害による飛行終了により、境界から２０メートル以内でのＶＴＯＬ着陸が行われる。最大逸脱は、１６６ｆｔである。

地上制御システム（ＧＣＳ）故障：ＧＣＳ故障の場合、航空機は、そのプログラムされた飛行計画を続行することができる。しかし、制御局の機能損失は、最終的に指令及び制御リンクの途絶をもたらし得る。航空機は、そのリンク途絶手順を実行することができ、最終的に鉄道運営会社の所有地に制御による着陸を行うことができる。例えば、着陸ゾーンは、直径６６ｆｔであり、鉄道事業者の私有地の＋／－１００ｆｔ回廊内にある。

ＧＰＳ途絶：ＧＰＳ故障の場合、航空機は、慣性航法システム（ＩＮＳ）に戻す。姿勢及び機首方位が維持される。機首方位は、磁力計を使用して決定される。航空機位置推定は伝播されるため、航空機位置は、機首方位測定及び風向風速推定における誤差によって偏流し得る。ＧＰＳの途絶が一時的なものであれば、ＧＰＳ信号を再び得た時点で自動操縦をＧＰＳ誘導に戻すことができる。ＧＰＳの途絶が持続的なものであれば、飛行終了を実行することができる。逸脱は、６６ｆｔである。

リンク途絶：指令及び制御（Ｃ２）リンク途絶が起こった場合、ＧＣＳに警告が現れ、それと共に音声による警告が繰り返される。この警告は、パイロットによって定義されるタイムアウトに基づいてトリガされる。そのタイムアウトは、典型的には、３０秒である。自動操縦は、所定の飛行任務に対してパイロットが定義するパラメータの組（航空機が飛べる最大時間量を定義するフライトタイマーを含む）を用いてリンク途絶事象を処理する。フライトタイマーは、典型的には、装荷燃料量又は任務要件に基づく。また、規定のウェイポイントセットを介して航空機が目指せる安全なリンク途絶場所（緯度、経度、高度）も定義され、「リンク途絶飛行計画」と呼ばれる。リンク途絶場所に達した時点で、航空機は、フライトタイマーが切れるまで、定義された周回半径で周回経路を飛ぶことができる。発進中にリンク途絶が起こった場合、航空機は、その離陸計画を続行し、次いでリンク途絶手順に従うことができる。上昇、巡航及び降下中、その航空機は、リンク途絶手順に従うことができる。着陸中、その航空機は、事前にプログラムされた着陸計画を従い続けることができる。飛行時間（運航前にＰＩＣによって設定されたタイマーの長さ）が超過することがあれば、航空機は、それ自体を事前にプログラムされた自動着陸ウェイポイントに誘導することができる。次いで、航空機は、ＶＴＯＬ着陸を実行することができる。着陸ゾーンは、直径６６ｆｔであり、鉄道事業者の私有地の＋／－１００ｆｔ回廊内にある。

音声通信途絶：音声通信は、ＢＶＬＯＳ運航のための重要な運航上の安全緩和である。ＵＡは、ＡＴＣとの双方向音声通信なしでは、クラスＤ又はＣ空域に入ることも、クラスＤ又はＣ空域内から発進することもできない。クラスＤ又はＣ管制空域におけるＡＴＣとの音声通信の途絶により、その現在の場所における所有地上のＵＡの即時ＶＴＯＬ回収が行われる。ＵＡは、ローカルＣＴＡＦ上の双方向音声通信なしでは、クラスＥ空域に入ることも、クラスＥ空域内から発進することもできない。ＵＡは、ＣＴＡＦ上の双方向音声通信なしでは、空港進入エリアから２マイル以内を飛ぶことはできない。着陸ゾーンは、直径６６ｆｔであり、鉄道事業者の私有地の＋／－１００ｆｔ回廊内にある。

電力システム分配故障：冗長配電システムを保有するさらに大きい輸送機と異なり、配電システムは、１つのみある。バッテリバックアップにより、いくつかの電力損失シナリオが除外される。配電損失を招き得るコネクタ及びケーブル配線問題は、飛行前及び規則的な保守検査を介して飛行前に特定すべきである。電力の完全損失は、自動操縦の故障を招き、プッシャエンジンの点火装置を停止させる恐れがある。前進飛行エンジンからの電力なし及び制御入力を受信する能力なしでは、静的に安定している航空機は、故障前に最終的な操縦翼面位置によって決定付けられたトラジェクトリに沿って滑空し得る。最悪の事例では、約８：１の滑空比で、航空機は、約３２００リニアフィート直進飛行を続け、次いで地面に激突することになる。

機内コンピュータ故障：フライトコンピュータ／自動操縦は、１つのみある。このコンピュータが故障した場合、前進飛行エンジンは、配電盤上のいわゆるデッドマン回路によって自動的に停止することになる。これは、前進飛行エンジン点火装置に接続される自動操縦の安全機能である。デッドマン回路が自動操縦からのハードウェア信号を失った場合、エンジンは、停止する。前進飛行エンジンからの電力なし及び制御入力を受信する能力なしでは、静的に安定している航空機は、故障前に最終的な操縦翼面位置によって決定付けられたトラジェクトリに沿って滑空し得る。最悪の事例では、約８：１の滑空比で、航空機は、約３２００リニアフィート直進飛行を続け、次いで地面に激突することになる。

この故障シナリオに対する想定は、機内コンピュータが、自動操縦機能が利用可能ではない「ハード」故障を経験することである。エンジンの停止は、真のフライウェイ状態を防ぐことに留意されたい。

最悪のシナリオは、フライトコンピュータ内の複数の機能のいくつかの機能の組合せが故障したが、パイロット指令に応答することなくＵＡの制御飛行が可能であるシナリオである。ここでは、ＵＡは、燃料を使い果たすまで飛ぶことができる。ＵＡは、少なくとも４５０ＮＭ（２７，３３７，７５０フィート）の航続距離を有する。自動操縦の開発者によれば、このユニットの動作履歴において、この故障が起こったことはない。

ＩＭＵセンサ故障：航空機には１つのみのＩＭＵがあり、冗長センサ（ジャイロ、加速度計）がない。誤ったデータを提供する故障は、制御不能飛行をもたらし得る。緊急ＶＴＯＬ着陸が可能でない可能性がある。飛行中、システムステータスがモニタされる。センサ故障が一貫性のない飛行挙動を招いた場合、パイロットは、飛行終了に着手し、所有地上又は所有地近くに不時着することができる。しかし、結果は、センサ故障に応じて異なり得る。この故障の場合、逸脱は、６００ｆｔであると想定される。

対気データシステム故障：対気データシステムの損失は、不正確な高度及び対気速度の読み取りをもたらし得る。航空機は、上昇又は下降し得る（故障に応じて）。しかし、航空機は、依然としてその飛行経路にとどまることができる。航空機は、誤った高い対気速度の読み取りが原因で空気力学的失速を経験し得る。この事例では、航空機は、失速して、その現在の場所の近くに墜落する恐れがある。代替の例は、対気速度が誤って低くなり、対気速度に合わせて航空機が急降下し、地面に衝突することである。いずれの事例でも、水平面内の航法は維持される。長時間にわたる対気データの損失は、航空機の制御不能をもたらし得る。

このシステムの利用可能性を約束するため、対気速度センサ機能を確認するための飛行前のチェックがある。飛行中、対気データシステムステータスがモニタされる。飛行中に対気データシステム異常が迅速に特定されれば、航空機は、鉄道運営会社の所有地に着陸することができる。着陸ゾーンは、直径６６ｆｔである。これは、鉄道事業者の私有地の＋／－１００ｆｔ回廊内にある。

航空交通状況認識システム故障：ＳＢＳデータフィードの損失及び／若しくはローカルセンサネットワークの損失又はデータ融合機能を損なうローカルセンサ故障は、航空交通の不正確な表示をもたらし得る。その結果、空中衝突が起こり得る。フライトクルーは、システムの健全性をモニタすることができる。これは、システムインジケータ、協調及び非協調ターゲットの進路の進行並びにシステムサーバとの時間同期をモニタすることを含む。飛行中に異常が迅速に特定された場合、航空機は、所有地に着陸することができる。着陸ゾーンは、直径６６ｆｔである。これは、鉄道事業者の私有地の＋／－１００ｆｔ回廊内にある。

推進部故障：自動操縦が依然として機能している状態での推進システム故障では、パイロットは、着陸を制御することができる。２０度のバンク角度で旋回することにより、ＵＡは、６６５ｆｔの旋回半径で降下することができる。

以下の表６は、単一の故障が起こった場合（表の対角線上）及び２つの故障が起こった場合に起こる可能性が最も高い飛行経路回廊からの逸脱量を要約する。この情報は、以下の表７の確率を展開するために使用することができる。表７は、ＵＡＳが地上の人々に激突／衝突するリスクを決定するための項目６で使用することができる。

上記で展開された情報を使用して、３つの異なる大きさの逸脱インシデントの発生率が推定される。第１の大きさは、１６６ｆｔの逸脱である。第２の大きさは、３２００ｆｔの逸脱である。第３の大きさは、より長い逸脱（ＵＡＳは、放浪的であるか又は制御不能である（フライアウェイシナリオ）と見なされる）である。コースからの１００ｆｔ未満の逸脱のいかなる逸脱も、ＵＡＳオペレーションの正常な部分と見なされる。

表７は、この分析に基づく、異なる逸脱が起こるパーセンテージを示す。起こる可能性が最も高いもの（総合で）は、最大で３２００ｆｔのもの（ただし、１６６ｆｔを超えるもの）であることに留意されたい。しかし、単一の故障の下では、ＵＡＳは、逸脱を全く経験しない可能性が最も高い。

上記で述べられるように、１飛行時間あたりで単一の故障が起こる可能性が０．０１であることと、複数の故障が起こる可能性が０．０００１であることと（それぞれ１％及び０．０１％である）が想定される。従って、これらの想定を表７の推定と組み合わせると、異なる逸脱の大きさに対する規定の経路からの逸脱の確率を推定することができる。これらは、表８に列記される。

この分析に基づいて及びこのＵＡＳの設計が原因で、大きい放浪逸脱よりも、短い逸脱の方が起こる可能性がはるかに高い。放浪逸脱故障の確率は、他の２つの確率を下回る大きさであるため、差し当たり無視される。従って、逸脱インシデントの確率は、Ｐ_ＤI＝９．２２×１０^－４＋１．８８×１０^－３＝２．８０×１０^－３である。

以下の項目は、異常接近の分析で使用される想定及び関連リスクを計算するための方法についての論考について説明する。

この分析における主要な想定は、次の通りである。（１）航空交通密度は、空域クラスと相関関係がある。すなわち、クラスＢは、最も多くの交通量を有し、次いでクラスＣ、Ｄ、Ｅとなる。クラスＧは、最も低い交通密度を有する。（２）航空交通密度は、４００ｆｔ ＡＧＬ未満でより低くなる。（３）４００ｆｔ未満の航空交通は、所定の空域クラス内で均一に妨害される。（４）逸脱インシデントは、ＮＭＡＣのリスクの決定において考慮されない。

ＡＩＭ（７－６－３）によって定義されるような異常接近（ＮＭＡＣ）は、「別の航空機との５００フィート未満の近接の結果として衝突の可能性が生じたか、又は２機以上の航空機間で衝突の危険が存在すると述べられているレポートがパイロット若しくはフライトクルーメンバーから受信された航空機の運航と関連付けられるインシデント」である。

このリスクアセスメントに対し、ＮＭＡＣボリュームは、航空機の周りの球体としてモデル化される。ＮＭＡＣは、２機の航空機を取り囲む球体が交わる場合に起こる。ＵＡのＮＭＡＣボリュームは、５００ｆｔの半径を有する球体である。ＵＡは、約１５ｆｔの翼幅を有するため、この球体は、ＵＡ自体を封入し、５００ｆｔのバッファを含む。有人航空機のＮＭＡＣボリュームは、７００ｆｔの半径を有する球体である。民間航空機の翼幅は、約２００ｆｔであるため、この球体は、最大の有人航空機を封入し、また５００ｆｔのバッファも含む。

このリスクアセスメントに対し、航空交通は、所定の空域クラス内で均一に妨害されると想定される。この想定により、基本的な幾何学（空間）モデルを使用した衝突の可能性の計算が可能になる。この想定の下では、空域は、グリッドセルの収集体としてモデル化される。各セル内では、航空交通は、一定の密度を有するものとして近似される。

また、米国連邦規則タイトル１４の９１．１ １９により、空港を直接取り囲む空域を除いて、航空交通密度は、場周経路高度（約８００ｆｔ ＡＧＬ）未満の高度に対して及びより低い４００ｆｔ ＡＧＬ以下の高度に対してさえより低くなるとも想定される。

現実では、航空機の密度がより高いエリアがある。航空機は、特定のルート（ビクター航空路、ＩＲ及びＶＲルート並びに空港間の直進コース）をたどる可能性が高い。典型的には、空港近くでより密度が高い（特に人口が多いエリアの近く並びにクラスＣ及びＢ空域指定が認可された場所）。しかし、この環境変化は、場所特有データでのみ考慮することができる。そのデータは、容易に利用可能ではなく、より複雑なモデリングを使用するものである。

表９は、１立方マイル毎時あたりの航空機の単位での異なる空域クラスにおける航空交通の推定頻度を提供する。これらの値は、異なる空域クラスにおける異常接近のリスクへの暴露を計算するために使用することができる。

図１２は、本開示の様々な実施形態による例示的な非緩和異常接近リスク１２００を示す。図１２に示される非緩和異常接近リスク１２００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、非緩和異常接近リスクの他の実施形態を使用することができる。

１立方マイル（毎時）内の（時間あたり）内の航空交通頻度は、１ｎｍ×１ｎｍ×８００ｆｔのセルに適用される。このエリアの低減により、航空交通密度値は控えめな見積もりになる。異常接近は、一方の航空機が他方のＮＭＡＣボリュームに侵入した際に起こる。この確率を推定するため、モンテカルロシミュレーションが実行された。図１２に示されるような空域セル内で１０億対のランダム点が選択された。これらのポイント対間の距離が７００ｆｔ未満であった割合が計算された。ＮＭＡＣに対する基準は、３９％の割合で満たされていた。この３．９×１０^－１の値は、ＮＭＡＣに対する幾何学的リスクと呼ぶことができる。これは、すべての空域クラスに対する異常接近の非緩和リスクを表す。

これは、非常に控えめな推定であることに留意すべきである。ＮＭＡＣ事象は、１，２００ｆｔ未満のすべての例において起こり得ると想定される（５００ｆｔ未満は、デュアルＮＭＡＣ事象である）。しかし、現実では、航空機の位置は、トラジェクトリをたどるため、１，２００ｆｔ未満のいかなる値も既に有人航空機に対するＮＭＡＣ事象をトリガしていることになる。これがモンテカルロシミュレーションのアーチファクトである。

この場合もやはり、このリスクアセスメントの主要な想定は、これらの運航のために採用された安全緩和が完全に効果的であることである。いずれも失敗しなければ、ＮＭＡＣは起こらない。最悪のシナリオは、表５の想定の下で起こり得る緩和システム故障のすべてが起こった場合である。以下の表１０は、上記の値及び暴露想定を使用した異なる空域分類に対するＮＭＡＣの確率を提示する。

図１３は、本開示の様々な実施形態による例示的な歩行者リスクゾーン１３００を示す。図１３に示される歩行者リスクゾーン１３００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、歩行者リスクゾーンの他の実施形態を使用することができる。

以下の項目は、地上の人への激突の分析で使用される想定及び関連リスクを計算するための方法についての論考について説明する。

この分析における主要な想定は、次の通りである。（１）地上のすべての人々は、保護されていない。（２）地上の人口は、空域クラスと相関関係がある。すなわち、クラスＢは、大都市地域に位置する。クラスＣは、都市地域に位置する。クラスＤは、郊外地域に位置する。クラスＥ及びＧは、農村地域に位置する。（３）地上の人口は、所定の空域クラス内で均一に妨害される。（４）鉄道線路上のいかなる個人もオペレーションの能動的参加者である。侵入者は、特別な事例と見なされない。すなわち、侵入者は、非合法活動に従事しており、関連リスクを受け入れている。（５）道路横断中の人間は、保護されていないと想定され、人口密度の均一な分布において考慮される。これは、控えめな見積もりである。（６）コース逸脱インシデントは、地上の人に対するリスクの決定において考慮される。

このリスクアセスメントに対し、人口は、所定の空域クラス内で均一に妨害されると想定される。この想定により、基本的な幾何学（空間）モデルを使用した衝突の可能性の計算が可能になる。ＵＡＳオペレーションの飛行経路を考慮すると、地上リスクゾーンは、図１３に示されるような経路の両側にモデル化される。各ゾーンセグメントの長さは、１マイルであり、幅はＵＡＳの滑空能力によって決定される。ある実施形態では、ＵＡは、４００ｆｔ ＡＧＬの開始高度から３，２００ｆｔ滑空することができる。１マイルあたりの１人の歩行者に対する幾何学的リスクは、問題のセグメント面積に対する１人の典型的な人間の面積の比率である。計算に対し、人間の面積（上から見たもの）は、２．２５平方フィートであると想定される。結果として得られる幾何学的リスク値は、１つのセグメントあたり６．６６×１０^－８である。

飛行ルートを考慮すると、ルートに沿った人口密度は、経路に直接隣接するエリアにおいて推定することができる。このリスクアセスメントに対し、異なる空域クラスと関連付けられた人口密度は、代表的なエリアに対する例示的なセンサスデータに基づいて推定されている。表１１は、これらの人口推定を列記する。

すべての緩和システムが失敗するという最悪のシナリオを考慮すると、想定人口の値に対して、１つのセグメントあたりの想定人口を用いて計算された、異なる空域クラスに対する人間に衝突する確率が表１２で与えられている。これらの値は、幾何学的リスクに適用されるセグメントの人口密度であり、人間に衝突する非緩和リスクの大きさを反映する。より正確な分析は、特定の飛行経路に沿って収集されたセンサスブロックデータ（又はランドスキャンなどの別の供給源からのデータ）の一部を使用することになる。

このリスクアセスメントの主要な想定は、これらの運航のために採用された安全緩和が完全に効果的であることである。いずれも失敗しなければ、ＮＭＡＣは起こらない。最悪のシナリオは、表５の想定の下で起こり得る緩和システム故障のすべてが起こった場合である。以下の表１３は、上記の値及び想定を使用した異なる空域分類に対する地上の人に衝突する確率を提示する。

地上の人間に衝突する確率は、起こるインシデントにも依存すると想定される。ＵＡＳは、そのコースから逸脱しない限り、第三者の人間に衝突し得ない。従って、論じられる緩和システムを越えて、ＵＡＳの信頼性を評価する方法を開発しなければならない。一般に、ＵＡＳコンポーネント信頼性の正確なアセスメントを行うためのデータが非常に限られているか又は存在しないため、これは、難しいタスクである。従って、推定を行わなければならない。

従って、ここでは、Ｐ_ＳＨ＝ＰＳＨ＼ＤＩＰ_ＤＩを計算することができる（Ｐ_ＤＩは、上記の段落［０１７７］、［０１７８］で定義されている）。逸脱インシデントの確率を含むように表１４を提示する。

いくつかの推定は、ＮＡＳにおける一般的な航空ＶＦＲ飛行に対するＮＭＡＣの固有のリスクが１時間あたり約１．３３×１０^－７であることを示唆している。控えめに見積もる想定を使用したこのリスクアセスメントは、提案されたＢＶＬＯＳ運航が既存のリスクレベルほどのものであり、ＮＡＳにおけるリスクを実質的に増大させ得ないことを示す。

落下物体が当たることによる死のリスクの推定は、１時間あたり約１．４４×１０^－９（１年あたり３×１０^－６）^２である。控えめに見積もる想定を使用したこのリスクアセスメントは、提案されたＢＶＬＯＳ運航が地上の人に対するリスクを実質的に増大させないことを示す。表１５は、運航上のリスク分析の要約を提供する。

図１４は、本開示の様々な実施形態による例示的な安全回廊空域（ＳＣＡ）インタフェース１４００を示す。図１４に示されるＳＣＡインタフェース１４００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＳＣＡインタフェース１４００の他の実施形態を使用することができる。

図１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃは、本開示の様々な実施形態による例示的な欠陥があるレール状態１５００、１５０１及び１５０２を示す。図１５に示される欠陥があるレール状態１５００、１５０１及び１５０２の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、欠陥があるレール状態１５００、１５０１及び１５０２の他の実施形態を使用することができる。

欠陥状態１５００は、壊れたレール又はレールギャップと呼ばれる。欠陥状態１５００は、レールを引き離すエリアでの急速な冷却によって生じる。

欠陥状態１５０１は、バラストの細粒土混入と呼ばれる。欠陥状態１５０１は、レールのマクラギ上の沈泥によって生じる。バラストの細粒土混入は、レール及びマクラギの基盤の浸食を引き起こす。バラストは、列車の荷重をレールから取り入れるため、沈泥により、バラストは、レールにそれほど寛容性を持たせることができなくなる。寛容性の欠如により、レールのコンポーネント（マクラギなど）への応力が生じ、潜在的に緩むか又はレールから外れる恐れがある。バラストの細粒土混入は、画像にバラストではない新しいものが広まっているように見える際又はマクラギが覆われている際に決定することができる。

欠陥状態１５０２は、湾曲レール、波状レール又は不整列レールと呼ばれる。欠陥状態１５０２は、急速な加熱によるレールの切断運動によって生じる。レールは、熱によりある程度膨張し、それによりレールが押し出される。レールの膨張により、レール間の測定値の逸脱が生じる。

欠陥状態１５００、１５０１及び１５０２は、その画像を以前のレールの画像と比較することにより、またその画像を以前に撮影されたレールの１枚の画像又は一連の画像と比較することにより検出することができる。

そのすべての欠陥状態１５０２は、画素着色、画素密度及びコンポーネント間の画素量（距離を示す）などの変化に対して分析される。変化は、単一の飛行の一連の画像間で変化の１つが起こった際に特定され、また異なるＵＡＶ飛行からの同じレールの画像に変化の１つが起こった際に特定される。

また、欠陥状態は、具体的な測定値に基づいて検出することもできる。例えば、レール幅に対する規格の１つは、１４３５ｍｍ（４ｆｔ８．５ｉｎ）である。この実施形態では、レールが１４３５ｍｍから逸脱していることを撮影画像が示すと、湾曲レール欠陥状態１５０２が検出される。

誤検出又は非実質的検出を回避するため、各欠陥状態１５００、１５０１及び１５０２に対して閾値を割り当てることができる。例えば、連続レール間のギャップに対する規格の１つは、１４．３０ｍｍである。許容範囲を含めるため、ギャップ閾値は、１４．５０ｍｍであり得る。ギャップが１４．５０ｍｍ未満で検出されると、システムは、ギャップを特定しないことになる。

また、システムは、各レールの長さを特定し、その長さを使用して異なるギャップを実証することができる。例えば、レールの長さに対する規格の１つは、３９ｆｔである。この長さのレールに対し、システムは、各レールに相当する範囲におけるギャップ閾値を使用することができる。３９ｆｔのレールの実施形態では、システムは、レール間のギャップを説明するためにギャップ閾値を使用することができるが、その範囲間ではるかに小さいギャップ閾値を使用する。例えば、システムは、レールの終端からの距離が１ｆｔを超えるものに対して５ｍｍをギャップ閾値として使用し、レールの終端からの距離が１ｆｔ以下のものに対して１５ｍｍのギャップ閾値を使用する。

また、システムは、欠陥の致命度に基づいて決定又は欠陥を行うこともできる。ある欠陥は、致命的又は警戒的なものと見なすことができる。致命的な欠陥は、潜在的に脱線するか、又は列車を損傷するか若しくは列車の動きを著しく妨げる恐れのある欠陥である。警戒的な欠陥は、保守を必要とするが、列車の脱線、損傷又は著しい妨害に対するリスクを及ぼさない欠陥である。

図１６は、本開示の様々な実施形態によるオペレーション１６００の例示的な概念を示す。図１６に示されるオペレーション１６００の概念の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、オペレーション１６００の概念の他の実施形態を使用することができる。

オペレーション１６００の異なる概念は、これらに限定されないが、補助トンネル及び橋梁検査１６０５、連続資産上空飛行１６１０、補助軌道検査１６１５及び補助軌道完全性飛行１６２０を含む。

図１７は、本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳエコシステム１７００を示す。図１７に示されるＵＡＳエコシステム１７００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＵＡＳエコシステム１７００の概念の他の実施形態を使用することができる。

ＵＡＳエコシステムは、衛星１７０５、ＧＰＳモジュール１７１０、プロペラ１７１５、操縦装置１７２０、モータコントローラ１７３０、モータ１４０、フレーム１７４５、ＬＥＤ位置決め照明１７５０、ＲＣ受信機１５５、リモートコントローラ１７６０、カメラマウント１７６５、カメラ１７７０、ライブ画像放送１７７５、バーチャルリアリティゴーグル１７８０、リチウムポリマー電池１７８５などを含む。

衛星１７０５は、ＵＡＳと飛行制御センタとの間の通信を可能にする。

ＧＰＳモジュール１７１０は、ＧＰＳ衛星から場所情報を受信することができるデバイスである。ＧＰＳモジュールは、ＵＡＳの追跡のためと、ＵＡＳがプログラムされた飛行計画に従えるようにするためとの両方に使用される。

プロペラ１７１５は、ＵＡＳと回転可能に結合され、ＵＡＳに揚力を提供する。プロペラは、離陸及び着陸目的のために使用される。ＵＡＳは、複数のプロペラを含み得る。

操縦装置１７２０は、ＵＡＶの離陸及び着陸のための飛行計画に対するプログラミングを含む。操縦装置１７２０は、ＵＡＳに設置される。操縦装置１７２０は、飛行計画に従ってプロペラを制御する。

モータコントローラ１７３０は、ＵＡＳに含まれる。モータコントローラ１７３０は、ためにモータ１４０を制御する。

モータ１４０は、ＵＡＳに対する前方推力を提供する。ＵＡＳは、複数のモータ１４０を含み得る。

ＵＡＳのフレーム１７４５は、ＵＡＳのコンポーネントに対する支持及び保護を提供する。フレーム１７４５は、ＵＡＳが推力又は揚力コンポーネント又はシステムの故障時に滑空を続けられるように構造化される。

ＬＥＤ位置決め照明１７５０は、ＵＡＳに設置される。ＬＥＤ位置決め照明１７５０は、他の航空機にＵＡＳの表示を提供し、ＵＡＳの場所を特定する。また、ＬＥＤ位置決め照明は、トンネル、霧、夜間などの低視程環境に対しても有益である。

ＲＣ受信機１７５５は、ＵＡＳに内蔵されるワイヤレス受信機である。ＲＣ受信機は、信号を受信するために塔又は他の衛星と通信することができる。指令センタは、ＲＣ受信機１７５５を通じてＵＡＳに信号を送信する。

リモートコントローラ１７６０は、ＵＡＳのフレーム１７４５に設置されるか又はＲＣ受信機１７５５を通じて通信する。リモートコントローラ１７６０は、飛行前に飛行計画をロードするか、又は更新された飛行計画を受信するか若しくはＲＣ受信機１７５５を通じてコントローラであり得る。

カメラマウント１７６５は、カメラ１７７０を装着するために使用される。カメラマウント１７６５は、カメラ１７７０の支持を提供する。カメラマウント１７６５は、フレーム１７４５のベースに取り付けることができる。

カメラ１７７０は、鉄道路線の画像及び映像データを捕捉するために使用される。複数のカメラ及び異なるタイプのカメラをＵＡＳに取り付けることができる。

カメラ１７７０は、モニタリングのための路線ネットワークを特定するために使用される。また、鉄道の画像は、飛行計画を調節するために使用することもできる。換言すれば、飛行計画からのＵＡＶの場所が画像によって確認されない場合、飛行計画を調整することができる。また、ＵＡＶは、飛行計画又はセンサからの決定場所と画像からの決定場所との違いを示す相違表示を指令センタに送信することもできる。

また、カメラ１７７０は、鉄道路線の欠陥を特定するために使用される。カメラ１７７０は、軌道上でエンジンが止まるか又は駐車している車、ゴミ又は他の破片などのレールの障害物を検出することができる。欠陥を検出する際、カメラ１７７０は、壊れたレール／レールギャップ１５００、バラストの細粒土混入１５０１、湾曲レール１５０２などに対して分析されるレールの画像を捕捉するために使用することができる。

ライブ画像放送１７７５は、カメラ１７７０及びＲＣ受信機１７５５を使用して実行される。カメラ１７７０によって捕捉された画像／フレームは、指令センタなどに放送することができる。ライブ画像放送は、ユーザが欠陥状況をさらに分析するためにリアルタイム画像又は映像を提供することができる。

バーチャルリアリティゴーグル１７８０は、地上又は指令センタにおいてオペレータが使用することができる。バーチャルリアリティゴーグルは、カメラ１７７０からライブ画像放送１７７５を表示することができる。

リチウムポリマー電池１７８５は、ＵＡＳのフレーム１７４５に内蔵されている。電池１７８５は、ＵＡＳの異なるコンポーネントに給電するために使用することができる。

図１８は、本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳシステムコンポーネント１８００を示す。図１８に示されるＵＡＳシステムコンポーネント１８００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＵＡＳシステムコンポーネント１８００の他の実施形態を使用することができる。

ＵＡＳシステムコンポーネント１８００は、これらに限定されないが、ソフトウェア１８０５、ＵＡＳ １８１０、トラッカ制御モジュール１８１５、自動操縦１８２０、レーザ地上高度計センサ１８２５、ラックマウント式地上制御局１８３０などを含む。

ソフトウェア１８０５は、ＵＡＳに及び指令センタでインストールすることができる。ソフトウェア１８０５は、本出願で説明される機能のいずれも実行することができる。

ＵＡＳ １８１０は、無人航空機システムである。ＵＡＳは、軌道の健全性をモニタするために鉄道路線の上空を飛ぶ。また、ＵＡＳは、レールの障害物もモニタする。

トラッカ制御モジュール１８１５は、オペレーション中、ＵＡＳを追跡する。トラッカ制御モジュール１８１５は、飛行計画を含み、ＵＡＳが飛行計画から阻止している際にそれを検出することができる。トラッカ制御モジュール１８１５は、飛行計画を更新し、ＵＡＳ自体の問題を判断するか又は指令センタにおいてユーザにアラームを表示することができる。

自動操縦１８２０は、ＵＡＳ １８１０を制御する。自動操縦１８２０は、ＵＡＳに又は地上で設置し、ＲＣ受信機を通じて命令を送信することができる。

レーザ地上高度計センサ１８２５は、ＵＡＳ １８１０の高度を決定する。レーザ高度計１８２５は、指令センタと通信する。

ラックマウント式地上制御局１８３０は、ＵＡＳ １８１０のための指令センタを提供する。制御局１８３０は、ＵＡＳの飛行計画を制御し、飛行計画を実行している間、ＵＡＳをモニタすることができる。

図１９Ａ、１９Ｂ及び１９Ｃは、本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ １９００、１９０５、１９１０を示す。図１９に示されるＵＡＳ １９００、１９０５、１９１０の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＵＡＳの他の実施形態を使用することができる。

図２０は、本開示の様々な実施形態による例示的な光センサ２０００を示す。図２０にて示される光センサ２０００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、光センサ２０００の他の実施形態を使用することができる。

図２１Ａ及び２１Ｂは、本開示の様々な実施形態による例示的なＵＡＳ安全境界２１００、２１０１を示す。図２１Ａ及び２１Ｂに示されるＵＡＳ安全境界２１００、２１０１の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＵＡＳ安全境界の他の実施形態を使用することができる。

図２２Ａ及び２２Ｂは、本開示の様々な実施形態による例示的な軌道完全性センサ画像２２００、２２０１を示す。図２２Ａ及び２２Ｂに示される軌道完全性センサ画像２２００、２２０１の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、軌道完全性センサ画像の他の実施形態を使用することができる。

画像２２００及び２２０１では、ＵＡＳは、レール２２０５をモニタしている。ＵＡＳは、各接合部２２１０の起こり得る故障を検査する。

図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄは、本開示の様々な実施形態による例示的な潜在的レールヘッド不具合２３００を示す。図２３に示される潜在的レールヘッド不具合２３００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、潜在的レールヘッド不具合の他の実施形態を使用することができる。

画像２３００、２３０５、２３１０及び２３１５は、ＵＡＳが検出したレールの欠陥を示す。第１の画像２３００では、ＵＡＳシステムは、起こり得る欠陥を検出する。ＵＡＳシステムは、画像２３０５を捕捉するためにレール上を拡大表示する。ＵＡＳシステムは、欠陥状態又は非欠陥状態が特定されて確認されるまで、画像２３１５及び２３２０に対して表示拡大を繰り返す。非欠陥状態は、レールの修理は不要であると決定された際のものである。

図２４は、本開示の様々な実施形態による制御ネットワーク２４００の例示的なブロック図を示す。図２４に示される制御ネットワーク２４００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、制御ネットワークの他の実施形態を使用することができる。

制御ネットワーク２４００は、これらに限定されないが、固定されたオペレータ場所２４０５、フィールドオペレータ場所２４１０、自動操縦２４１５、ＵＡＳ ２４２０、有線ネットワーク２４２５、塔２４３０、航空帯域無線機２４３５などを含む。制御ネットワーク２４００は、鉄道路線の欠陥又は障害物をモニタするために使用される。航空帯域無線機２４３５は、有人又は無人であり得る別の航空機２４４０と通信する。

固定されたオペレータ場所２４０５は、永久に位置する指令センタである。固定されたオペレータ場所２４０５は、ＵＡＶとの通信のために塔２４３０に有線又は無線で接続することができる。

フィールドオペレータ場所２４１０は、一時的に位置する指令センタである。換言すれば、フィールドオペレータ場所２４１０は、指令センタから遠く離れて位置し、現場でＵＡＳをモニタすることができる。フィールドオペレータ場所２４０５は、ＵＡＳ ２４２０との通信のために塔２４３０に無線で接続することができる。また、フィールドオペレータ場所２４１０は、塔を使用することなく、ＵＡＳと直接通信するか又はＵＡＳを直接制御することもできる。また、フィールドオペレータ場所２４１０は、固定されたオペレータ場所２４０５と通信することもできる。

また、自動操縦２４１５は、フィールドオペレータ場所２４１０に位置するように示されているが、固定されたオペレータ場所２４０５に位置することもできる。自動操縦２４１５は、ＵＡＳ ２４２０を制御するために使用される。

ＵＡＳ ２４２０は、鉄道路線の上空を飛び、欠陥又は障害物をモニタする。また、ＵＡＳ ２４２０が自動操縦２４１５を含むこともできる。ＵＡＳ ２４２０は、自動操縦２４１５（フィールドオペレータ場所２４１０に位置する場合）、又はフィールドオペレータ場所２４１０のシステム、又は塔２４３０と直接通信することができる。

ＵＡＳ ２４２０は、複数の塔（例えば、最低でも２つの塔）との通信を維持するようにプログラムすることができる。これは、接続された２つの塔の１つとの接続を断つ前に第３の塔への移行が必要になることを意味することになる。ＵＡＳ ２４２０（又は自動操縦２４１５、固定されたオペレータ場所２４１０若しくはフィールドオペレータ場所２４０５のシステム）は、信号強度、信号の質などに基づいて塔の数又はいずれの塔に接続するかを決定することができる。

有線ネットワーク２４２５は、固定されたオペレータ場所を複数の塔２４３０と接続する。塔２４３０の各々は、有線ネットワーク２４２５を通じて他の塔に個別に接続される。塔２４３０は、有線ネットワーク２４２５と接続されるため、フィールドオペレータ場所２４１０は、ＵＡＳがフィールドオペレータ場所２４１０のワイヤレス信号の範囲から飛び去った後もＵＡＳ ２４２０との通信を維持することができる。

塔２４３０は、ＵＡＳ、他の塔２４３０及びフィールドオペレータ場所２４１０のシステムとのワイヤレス信号の送受信を行う。また、塔２４３０は、固定されたオペレータ場所２４０５及び他の塔２４３０との通信のために有線ネットワーク２４２５にも接続される。

図２５は、本開示の様々な実施形態による例示的な鉄道敷設用地／空中システム制御ネットワーク２５００を示す。図２５に示される鉄道敷設用地／空中システム制御ネットワーク２５００の実施形態は、単なる例示である。本開示の範囲から逸脱することなく、鉄道敷設用地／空中システム制御ネットワークの他の実施形態を使用することができる。

鉄道敷設用地／空中システム制御ネットワーク２５００は、これらに限定されないが、ＵＡＳ ２５０５、第１の塔２５１０、第２の塔２５１５、地上制御システム２５２０、自動制御２５３０、ＲＴＫ ２５４５、塔ワイヤレストランシーバ２５５０、ＵＡＶワイヤレストランシーバ２５５５、自動制御２５６０などを含む。

長距離ＵＡＳ配備は、商用航空に関する規則がそれほど普及していない軍事空域又は外国における戦闘区域内における軍事活動において注目されてきた。航空機場所精度、地形回避、通信／指令及び制御待機時間並びに航空機ペイロード考察は、根本的に異なり、多くの場合、商用、低高度、国内での使用に適用可能でない。

長距離フライトオペレーションを追求するための方法／手段の開発において、いくつかの主要な特徴を有するシステムのソリューションが作成された。

第１に、制御ネットワーク２５００は、ＦＡＡ航空交通データを取り込み（利用可能な場合）、そのデータを追加の航空交通及び障害物データ（鉄道敷設用地に沿って様々な塔敷地に設置された専用地理情報データ及び補助航空音声／データ受信機から集められたもの）とマージする能力を提供する。

第２に、図２５で組み立てられた制御ネットワーク２５００は、５００ｆｔ ＡＧＬ未満における航空機と様々なデータ収集センサとの両方のための航法上の保証を任務計画者及びパイロットに提供する。航法上の保証は、地形回避、航法精度、センサ／ペイロードフォーカス及び場所精度並びに地上高度実証を支援する。ＲＴＫ ２５４５、ＵＡＳ ２５０５、ＰＣＣ ２５３０、塔ワイヤレストランシーバ２５５０、ＵＡＶワイヤレストランシーバ２５５５、地上制御システム２５２０、第１の塔２５１０及び第２の塔２５１５の部品は、総体で、航空機の性能、環境、飛行の正確度、センサ性能並びにＦＡＡ航空規則及び我々の飛行要件の順守に関する見解を持てるようにリモートプロットのためのこの認識を提供する。最後に、緊急事態又は機能障害が生じた場合、システムは、総体で、パイロットが鉄道敷設用地に飛行機を安全に着陸できるようにする。

第３に、塔ワイヤレス受信機２５５０及びＵＡＶワイヤレス受信機２５５５並びに自動操縦２５６０及び地上制御２５２０とのデータの送信／受信のために使用されるネットワークに加えて、航空帯域無線機２４３５が、ほぼすべての空港（２５１０及び２５１５の近接域内）に設置される。航空帯域無線機２４３５は、空港の近くの他の飛行機と通信し、それにより地方の／管制塔を有さない空港の近くにおける低高度での接触を回避する能力（重要な安全特徴であり、この配備に非常に独特なものである）をパイロットに提供する。

図２６は、本開示の様々な実施形態による無人航空機を使用して鉄道資産を検査するための例示的なプロセスを示す。例えば、プロセス２６００は、ＵＡＳを使用して実行することができる。

オペレーション２６０５では、システムは、鉄道視覚情報処理を実行する。鉄道視覚情報処理は、鉄道路線の障害物又は欠陥を検出するために画像を局所的又は遠隔的に処理することを含む。また、鉄道視覚情報処理は、結果を局所的に格納し、指令センタでアーカイブするために結果を転送することも含む。システムは、複数の通信塔を介して、鉄道路線及び飛行経路を含む飛行計画を送信する。鉄道路線は、地理的場所にわたって複数の鉄道を含み得る。飛行経路は、鉄道路線をモニタするためにＵＡＶが移動する経路である。飛行経路は、軌道に沿った飛行、橋梁の周りの飛行、トンネルを通じる飛行などを含み得る。飛行経路は、設定場所又は異なる場所における始端及び終端が可能である。

オペレーション２６１０では、システムは、軌道コンポーネント及び他の特徴の検出のために鉄道路線をモニタする。システムは、複数の通信塔を介して、ＵＡＶが鉄道路線をモニタしている間にデータを受信することができる。ＵＡＶは、複数の塔（最低でも２つの塔）に接続することができる。通信塔は、信号強度、信号の質などに基づいて接続することができる。複数の通信塔は、他の航空機とデータを通信するように構成された航空帯域無線機を含む。

システムは、受信されたデータに基づいて飛行経路に沿って障害を検出することができる。受信されたデータは、ＦＡＡの地方の空港、他の航空機などの他の供給源からのデータを含み得る。受信されたデータは、オペレータデータと組み合わせて、ＵＡＶとの衝突若しくは干渉又は一般的な飛行計画の変化を減少させることができる。受信されたデータは、現在の航空交通データ、障害物データ、地理情報データ、航空音声データ、気象データなどを含み得る。

オペレーション２６１５では、システムは、飛行経路のグループ化を実行する。飛行経路のグループ化は、機首方位又は速度を変更し、画像オーバーラップにおけるギャップを回避するように調整することを含む。

オペレーション２６２０では、システムは、画像スティッチングを実行する。連続画像は、鉄道路線の完全な理解のために一緒にスティッチングされる。また、画像スティッチングは、分析論に適切なアライメントも提供する。

オペレーション２６２５では、システムは、画像の後処理を実行する。画像結果（地理的場所、時間などを含む）は、カメラ及びＧＰＳ受信機から収集される。システムは、受信されたデータに基づいて飛行経路に沿って欠陥を検出することができる。不具合に対してローリングウィンドウロジックが使用される。ローリングウィンドウロジックは、連続又は一連の画像における画素色、画素密度、レール間の画素長などの変化を比較する。システムは、レールの画素色及び画素密度が、マクラギ、バラスト、周囲の環境からのコンポーネント（例えば、岩石、土、泥）などの画素色及び画素密度と異なることを認識する。また、システムは、共通のコンポーネントからの距離も認識する。例えば、システムは、レール間の距離及びマクラギ間の距離などを認識する。オペレーション２６３０では、システムは、レポート生成を実行する。レポート生成は、ＨＴＭＬナビゲーション及びＫＭＬディスプレイを含む。レポートは、ＰＤＦ、ＣＳＶなどを含む任意の公知のフォーマットで公開することができる。

オペレーション２６３５では、システムは、データ転送を実行する。データは、ＵＡＳのローカルストレージに格納され、固定されたオペレータ場所又はフィールドオペレータ場所の１つにおいて取り出されるか又はダウンロードされる。

図２６は、無人航空機を使用して鉄道資産を検査するためのプロセス２６００の一例を示す。しかし、図２６に対する様々な変更形態がなされ得る。例えば、本明細書では一連のステップとして描写されているが、プロセスのステップは、重複することも、並行して起こることも、異なる順番で起こることも、複数回起こることもあり得る。

本開示のある実施形態は、垂直離着陸が可能なＵＡＳに基づく。とりわけ、ＵＡＳは、システム指令及び制御インフラとインタフェースを取る自動操縦システムを含む。また、ＵＡＳは、地理情報システムから生成された航法情報の処理及び場所情報を提供する様々な搭載センサのサポートも行う。具体的には、これらのセンサは、搭載航法ビーコン（ＡＤＳＢ）及びモードＣトランスポンダ又はその均等物との情報の送受信が可能である。

ＵＡＳの実施形態は、センサ、通信及び制御サブシステムなどの他の様々な航空機システムのすべてに信頼できる電力を提供するための十分な搭載電力生成能力を有する。加えて、ＵＡＳは、好ましくは、８時間を超える飛行時間をサポートするために十分な液体燃料容量を有する。また、ＵＡＳは、情報を集めるための複数のセンサと、その情報をリアルタイムでフライトオペレーションセンタに渡すために必要な通信及び制御サブシステムをサポートするために必要なペイロード能力とを有する。また、ＵＡＳは、好ましくは、集めた情報の局部記憶のための搭載情報記憶媒体も含む。加えて、システムは、飛行回廊におけるＵＡＳの緊急操縦及び着陸を容易にするための搭載サブシステムと外部サブシステムとの両方を含む。

一般に、搭載センサは、毎秒２回以上、運航高度から１／４フィート以上の解像度を有する高解像度の正確な場所の写真を撮影する。好ましくは、センサシステムは、内蔵局所演算能力、それ自体の航法システム及び自動操縦を含む他の搭載サブシステムと通信するための独立した通信能力も有する。センサは、写真センサ、ビデオカメラ、熱探知カメラ及び／又はマルチスペクトルセンサを含み得る。具体的には、センサシステムは、少なくとも何らかの制限されたリアルタイム保護能力を含むパイロットの状況認識のためのリアルタイム昼夜ビデオカメラを含む。

また、システムは、レール検出及び鉄道敷設用地状態の分析に焦点を当てたソフトウェアも含む。それにより、軌道、橋梁及び同様のものなどの線形資産の検査が有利にサポートされる。とりわけ、システムソフトウェア（搭載されているものとリモートとの両方）は、少なくとも２つの線形境界線を有するエリア内の危機的状況を理解及び認識するように訓練された機械視覚ソフトウェアを含む。また、システムソフトウェアは、線形エリア上の正常な機能状態の実証も可能である。

より明確には、搭載ソフトウェアは、センサと地上ベースの通信システムとを結ぶ直線においてＵＡＳ上で起動する。搭載ソフトウェアは、センサによって収集されたデータを処理する。次いで、そのデータは、地上ベースの通信システムにロードされる。これを受けて、地上ベースの通信システムは、センサが捉えたものに関する量的及び質的データを出力する。ソフトウェアシステムは、大量データを処理し、地理的に位置付けられたデータの別のセットを作成し、次いで第３のデータセットを作成する。システムソフトウェアは、最後に、対象のデータと関連付けられたいくつかのレポートを作成し、対象の選択された状態の場所をユーザが容易にマッピングできるようにする地理的場所ファイルを作成する。好ましくは、大量データは、未処理のまま残される。受信機は、真に必要な使用可能なデータのみを受信する。

また、システムソフトウェアは、フィールド情報ソフトウェアも含む。フィールド情報ソフトウェアは、このシステムとは別々に使用することも、さらに複数のＵＡＳで使用することもできる。フィールド情報ソフトウェアは、機能性をマッピングするアルゴリズムを具体化し、ソフトウェアがオペレーションを実行すべき順番を決定し、それによりヒューマンエラーが有利に排除される。具体的には、フィールド情報ソフトウェアは、センサシステムによって生成された媒体を受信し、それらのデータをラップトップ又は他の処理システムに転送し、次いでローカルソフトウェアをスタートさせる。ローカルソフトウェアは、データのコード化、ラベル付け並びにドライブ及びファイルへの転送を自動的に行い、それらを必要とする者であれば誰にでも（例えば、組織内の異なる部署）それらのデータを適切に送信する。フィールド情報ソフトウェアは、フィールド場所に関連する集められたいかなるデータに対しても使用することができる。フィールド情報ソフトウェアは、好ましくは、サーバ又はハードウェアデバイスセットを含むネットワーク接続システムに基づく。いくつかの実施形態では、フィールド情報ソフトウェアは、ＵＡＳによる飛行が終了した後に起動する（すなわち飛行後データ処理を実行する）。データは、ネットワーク接続資源間で分散させることができる。ネットワーク接続資源は、さらなる分析を実行し、データの適切なコード化及び格納が行われることを保証する。これは、流通過程の管理を維持する上で役立ち、データ誤差を最小化する。

鉄道敷設用地、回廊及び塔は、空中鉄道検査システムの重要な因子である。本システムは、ＡＡＲを通じて実装される自動列車制御システム（ＡＴＣＳ）に対して使用される９００ＭＨｚチャネルにアクセスする。しかし、それは、本原理の実践に対する厳密な要件ではない。本システムのハードウェア及びソフトウェアは、機能度が高くなるように低帯域幅ＡＡＲチャネルを使用するように最適化される。好ましいＡＡＲチャネルを使用するシステムの場合、ユーザは、通常、ライセンスを必要とする。冗長イーサネットは、適切なチャネルを含めて、ＵＡＳとの通信を制御する。これらの機能は、鉄道電気通信資産によって実装することができる。

ＵＡＳは、好ましくは、垂直離着陸を行う航空機であり、鉄道資産ネットワークに沿って至る所で運航する（着陸を含む）。ＵＡＳが離陸した時点で、パイロットは、飛行を始めるための自動操縦の指令を出す。地理情報システムによってプログラムされた実際の鉄道敷設用地までのルートに従って飛行が開始し、ＵＡＳが飛び、その後、その鉄道敷設用地をたどっていく。換言すれば、パイロットが自動操縦を作動すると、システムソフトウェアは、操作を引き継ぎ、軌道上空に来た時点でできる限りその近くでＵＡＳを飛ばす。また、ソフトウェアシステムは、センサが軌道の写真を毎秒２回自動的に撮影できるようにもする。同時に、センサ及びソフトウェアシステムは、ＵＡＳのピッチ、ヨー及びロールを制御する。その結果、１つ又は複数の適切なセンサは、必要な解像度及びオーバーラップイメージを保証するために、軌道に焦点を合わせたまま軌道上空に配置することができる。分析ソフトウェアが飛行後に十分なオーバーラップがなかったと判断した場合又は鉄道敷設用地占有が原因で軌道の一部が欠如していた場合、迅速に再度そのルートを飛び、センサがさらなる画像を撮影する。

自動操縦が起動しており、センサが写真を撮影している間、ＵＡＳ制御システムは、宇宙ベースのＧＰＳ（利用可能な場合には地上ベースのＧＰＳ誤差補正）を活用して、その鉄道敷設用地の上空にＵＡＳを位置付けたまま、運航高度及び線形飛行経路準拠を維持する。その両方がセンサ解像度並びに飛行経路の高さ及び幅に関する規制要件への準拠を確約する。

この場合もやはり、好ましくは、ＵＡＳ及びセンサは、独立した航法システムを有する。有利には、ＵＡＳとセンサとの両方が独立した航法システムを有する際、演算力は、各コンポーネントに課せられた重要アイテムのために保存される。例えば、センサシステムは、センサ安定化ソフトウェア及びハードウェアを含み得る。

好ましくは、ＵＡＳは、既存のＦＡＡ監視ネットワーク（ＳＢＳ）を介して、その場所、速度、高度及び機首方位を放送し、またこれらの信号を受信するように装備された他の航空機にも放送する。加えて、鉄道のインフラは、鉄道敷設用地に沿って補助ＡＤＳＢ／トランスポンダ受信機、レーダ及び他の要素を使用してＦＡＡ ＳＢＳシステムの補助をサポートすることができる。ＵＡＳが飛行している間、その運航状態、場所及び全体的な健全性は、指令及び制御リンクを介してパイロットに送信される。すべての飛行段階中、ＵＡＳは、複数の指令及び制御トランシーバ場所へのアクセスを有し、指令及び制御の冗長性レベルが約束される。

ＵＡＳが指令及び制御システムとの接続を失った場合、オペレータ及び／又はＦＡＡ規則によって決定されているような時間が経過した後、ＵＡＳは、その「リンク途絶プロファイル」に着手し、鉄道敷設用地に沿って自動降下して着陸する。パイロットは、リンク途絶状態について知っており、ＵＡＳからの最後の送信に基づいて、航空機の著名な着陸について鉄道敷設用地上のユーザ及びディスパッチャに知らせることになる。また、センサの二次通信及び航法システムがＵＡＳの位置決めを支援することもできる。

飛行中に他の致命的なシステム故障があった場合、ＵＡＳは、いくつかの既定の飛行終了手順の１つに自動的に着手するか、又はプログラムされるようにその発進場所若しくは他の安全な場所まで戻る。飛行の過程において、パイロットは、鉄道敷設用地のリアルタイムイメージのために二次センサを利用する選択肢を有する。また、この二次センサは、何らかの状況分析のために使用することもできるが、主にパイロット認識のために使用される。飛行の過程において、危機的状況が特定された場合、ＵＡＳのセンサは、即時の通知をパイロットに送るために、一次接続ではない二次通信チャネルを利用することができる。

指定された任務の終了時、パイロットは、着陸手順に取り組む。ＵＡＳは、着陸現場に到達するために前述のシステムのすべてを活用し、垂直着陸のための着陸手順に取り組む。着陸手順は、精密な着陸情報をＵＡＳに提供する空対地レーザの有効化を含む。着陸前の飛行の最終段階では、パイロットは、安全な着陸を約束するためにＵＡＳ指令及び制御システムを使用する。ＵＡＳには、安全な着陸を約束するために複数のサポートシステムが搭載されている。安全な着陸を妨げる何らかのものが地上又は着陸エリアに存在している場合、着陸中止手順に着手し、代替の着陸現場を特定する。安全な着陸後、パイロットは、センサデータ記憶ドライブを取り出し、サーバに差し込む。次いで、ＵＡＳは、分析及びデータ配信の自動プロセスを開始し、結果的にカスタマイズレポート及び実用的なデータセットを配信する。

特定の実施形態を参照して本発明について説明してきた。しかし、これらの説明は、限定の意味で解釈することを意図するものではない。開示される実施形態の様々な変更形態及び本開示の代替の実施形態は、本発明の説明を参照することで当業者に明らかになり得る。当業者であれば、開示される概念及び特定の実施形態が、本開示の同じ目的を実行するための変更又は他の構造の設計の基礎として容易に利用できる可能性があることを理解すべきである。また、当業者であれば、そのような均等な構築物が、添付の請求項に記載されるような本開示の趣旨及び範囲から逸脱しないことも明確に理解すべきである。

従って、請求項は、本開示の真の範囲内に入るそのようないかなる変更形態又は実施形態も包含し得ることが企図される。

本特許文献における説明は、特定の要素、ステップ又は機能が、特許請求の範囲に含めなければならない必須の又は重要な要素であることを含意すると読み取るべきではない。また、「～のための手段」又は「～のためのステップ」という正確な用語及びその後に続く機能を特定する分詞句が特定の請求項で明示的に使用されない限り、請求項のいずれも、添付の請求項又は請求項要素のいずれかに対して米国特許法第１１２（ｆ）条を行使することを意図しない。請求項内の「機構」、「モジュール」、「デバイス」、「ユニット」、「コンポーネント」、「要素」、「部材」、「装置」、「機械」、「システム」、「プロセッサ」、「処理デバイス」又は「コントローラ」など（ただし、これらに限定されない）の用語の使用は、請求項自体の特徴によってさらに変更又は強化されるような、当業者に知られている構造を指すことが理解及び意図され、米国特許法第１１２（ｆ）条を行使することを意図しない。

本特許文献全体にわたって使用される特定の用語及び記述の定義を記載することが有利であり得る。「包含する」及び「含む」という用語並びにその派生語は、限定のない包含を意味する。「又は」という用語は、包括的であり、及び／又はを意味する。「～と関連付けられる」という記述及びその派生語は、含む、含まれる、相互接続される、内包する、内包される、～に若しくは～と接続される、～に若しくは～と結合される、連通する、協働する、交互配置する、並置する、最も近い、～に若しくは～と結び付ける、有する、特性を有する、～に対する若しくは～との関係を有すること又は同様のことを意味し得る。「少なくとも１つの」という記述は、アイテムのリスト内で使用される際、１つ又は複数のリストアイテムの異なる組合せが使用される場合も、リスト内の１つのみのアイテムが必要とされる場合もあることを意味する。例えば、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」は、以下の組合せ：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、Ａ及びＢ及びＣ、のいずれかを含む。

本開示は、ある実施形態及び一般的に関連付けられる方法を説明している。しかし、これらの実施形態及び方法の変形形態及び置換形態は、当業者に明らかであり得る。従って、例示的な実施形態の上記の説明は、本開示を定義することも限定することもない。以下の請求項によって定義されるように、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の変化形態、代用形態及び変形形態も可能である。

Claims (13)

1. 鉄道資産を検査するための無人航空機（ＵＡＶ）のための空中システム制御ネットワークであって、
   複数の通信塔と、
   前記複数の塔に接続された地上制御システムであって、
   複数の通信塔を介して、鉄道路線及び飛行経路を含む飛行計画を前記ＵＡＶに送信することと、
   前記複数の通信塔を介して、前記ＵＡＶが前記鉄道路線をモニタしている間にデータを受信することと、
   前記受信されたデータに基づいて前記飛行経路に沿って障害を検出することと、
   前記障害に基づいて前記飛行計画を調整することと
   を行うように構成された地上制御システムと
   を含み、
   前記受信されたデータは、前記ＵＡＶに装着された少なくとも１つのカメラから捕捉された複数の画像を含み、
   前記地上制御システムは、
   前記鉄道路線の欠陥状態について前記複数の画像をモニタすることを行うように構成され、
   前記欠陥状態は、
   前記飛行経路に沿って連続して撮影された第１の画像と第２の画像との違い、及び
   前記第１の画像と、前記ＵＡＶの以前の飛行からの、同じ場所について捕捉された格納された画像との違いのうちの１つ以上から特定され、
   前記地上制御システムは、前記欠陥状態を確認することを行うように構成され、
   前記欠陥状態を確認することは、
   前記ＵＡＶに装着された前記少なくとも１つのカメラから捕捉された少なくとも１つの追加の画像を受信することであって、前記少なくとも１つの追加の画像は、前記欠陥状態を含む前記鉄道路線の領域を拡大表示することによって捕捉される、少なくとも１つの追加の画像を受信すること、及び
   前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在することを確認することを含み、
   前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在することが確認されるか、あるいは前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在しないことが確認されるまで、前記ＵＡＶが、前記欠陥状態を含む前記鉄道路線の領域を拡大表示し続ける、空中システム制御ネットワーク。
2. 前記受信されたデータは、現在の航空交通データ、障害物データ、地理情報データ及び航空音声データを含む、請求項１に記載の空中システム制御ネットワーク。
3. 前記複数の通信塔は、他の航空機とデータを通信するように構成された航空帯域無線機を含み、
   前記飛行計画は、前記通信されたデータに基づいて調整される、請求項１に記載の空中システム制御ネットワーク。
4. 前記ＵＡＶは、前記鉄道路線の画像を捕捉するように構成された少なくとも１つのカメラを含む、請求項１に記載の空中システム制御ネットワーク。
5. 前記地上制御システムは、
   前記飛行計画からの逸脱について前記複数の画像をモニタすることと、
   前記複数の画像において前記鉄道路線を維持するために前記飛行計画を調整することと
   を行うようにさらに構成される、請求項４に記載の空中システム制御ネットワーク。
6. 鉄道路線をモニタするための無人航空機（ＵＡＶ）システムであって、
   ＵＡＶと、
   空中システム制御ネットワークと
   を含み、前記空中システム制御ネットワークは、
   複数の通信塔と、
   前記複数の塔に接続された地上制御システムであって、
   前記複数の通信塔を介して、鉄道路線及び飛行経路を含む飛行計画を前記ＵＡＶに送信することと、
   前記複数の通信塔を介して、前記ＵＡＶが前記鉄道路線をモニタしている間にデータを受信することと、
   前記受信されたデータに基づいて前記飛行経路に沿って障害を検出することと、
   前記障害に基づいて前記飛行計画を調整することと
   を行うように構成された地上制御システムと
   を含み、
   前記受信されたデータは、前記ＵＡＶに装着された少なくとも１つのカメラから捕捉された複数の画像を含み、
   前記地上制御システムは、
   前記鉄道路線の欠陥状態について前記複数の画像をモニタすることを行うように構成され、
   前記欠陥状態は、
   前記飛行経路に沿って連続して撮影された第１の画像と第２の画像との違い、及び
   前記第１の画像と、前記ＵＡＶの以前の飛行からの、同じ場所について捕捉された格納された画像との違いのうちの１つ以上から特定され、
   前記地上制御システムは、前記欠陥状態を確認することを行うように構成され、
   前記欠陥状態を確認することは、
   前記ＵＡＶに装着された前記少なくとも１つのカメラから捕捉された少なくとも１つの追加の画像を受信することであって、前記少なくとも１つの追加の画像は、前記欠陥状態を含む前記鉄道路線の領域を拡大表示することによって捕捉される、少なくとも１つの追加の画像を受信すること、及び
   前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在することを確認することを含み、
   前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在することが確認されるか、あるいは前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在しないことが確認されるまで、前記ＵＡＶが、前記欠陥状態を含む前記鉄道路線の領域を拡大表示し続ける、無人航空機（ＵＡＶ）システム。
7. 前記受信されたデータは、現在の航空交通データ、障害物データ、地理情報データ及び航空音声データを含む、請求項６に記載のＵＡＶシステム。
8. 前記複数の通信塔は、他の航空機とデータを通信するように構成された航空帯域無線機を含み、
   前記飛行計画は、前記通信されたデータに基づいて調整される、請求項６に記載のＵＡＶシステム。
9. 前記地上制御システムは、
   前記飛行計画からの逸脱について前記複数の画像をモニタすることと、
   前記複数の画像において前記鉄道路線を維持するために前記飛行計画を調整することと
   を行うようにさらに構成される、請求項６に記載のＵＡＶシステム。
10. 鉄道資産を検査するための無人航空機（ＵＡＶ）の空中システム制御ネットワークのための方法であって、
    複数の通信塔を介して、鉄道路線及び飛行経路を含む飛行計画を前記ＵＡＶに送信することと、
    前記複数の通信塔を介して、前記ＵＡＶが前記鉄道路線をモニタしている間にデータを受信することと、
    前記受信されたデータに基づいて前記飛行経路に沿って障害を検出することと、
    前記障害に基づいて前記飛行計画を調整することと
    を含み、
    前記受信されたデータは、前記ＵＡＶに装着された少なくとも１つのカメラから捕捉された複数の画像を含み、
    前記方法は、前記鉄道路線の欠陥状態について前記複数の画像をモニタすることをさらに含み、
    前記欠陥状態は、
    前記飛行経路に沿って連続して撮影された第１の画像と第２の画像との違い、及び
    前記第１の画像と、前記ＵＡＶの以前の飛行からの、同じ場所について捕捉された格納された画像との違いのうちの１つ以上から特定され、
    前記方法は、前記欠陥状態を確認することをさらに含み、
    前記欠陥状態を確認することは、
    前記ＵＡＶに装着された前記少なくとも１つのカメラから捕捉された少なくとも１つの追加の画像を受信することであって、前記少なくとも１つの追加の画像は、前記欠陥状態を含む前記鉄道路線の領域を拡大表示することによって捕捉される、少なくとも１つの追加の画像を受信すること、及び
    前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在することを確認することを含み、
    前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在することが確認されるか、あるいは前記欠陥状態が前記鉄道路線に存在しないことが確認されるまで、前記ＵＡＶが、前記欠陥状態を含む前記鉄道路線の領域を拡大表示し続ける、方法。
11. 前記受信されたデータは、現在の航空交通データ、障害物データ、地理情報データ及び航空音声データを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数の通信塔の航空帯域無線機を介して、他の航空機とデータを通信すること
    をさらに含み、前記飛行計画は、前記通信されたデータに基づいて調整される、請求項１０に記載の方法。
13. 前記飛行計画からの逸脱について前記複数の画像をモニタすることと、
    前記複数の画像において前記鉄道路線を維持するために前記飛行計画を調整することと
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

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