(57)【要約】【課題】着陸地点の風向及び風速を従来よりも高精度に推定する。【解決手段】回転翼機１は、着陸地点周辺の画像を取得するカメラ１３と、着陸地点上空の風向及び風速を計測する風向風速計１５と、制御部１８とを備える。制御部１８は、取得した画像に基づいて着陸地点周辺の形状を取得し、この着陸地点周辺の形状と着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、着陸地点の風向及び風速を算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の着陸地点への航空機の着陸を支援する航空機の着陸支援装置であって、
着陸地点周辺の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段が取得した画像に基づいて、着陸地点周辺の形状を取得する形状取得手段と、
着陸地点上空の風向及び風速を計測する計測手段と、
前記形状取得手段が取得した着陸地点周辺の形状と、前記計測手段が計測した着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、着陸地点の風向及び風速を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする航空機の着陸支援装置。
【請求項２】
前記算出手段は、着陸地点周辺の形状と着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、ＣＦＤ解析または簡易計算モデルを用いて着陸地点の風向及び風速を算出することを特徴とする請求項１に記載の航空機の着陸支援装置。
【請求項３】
地形情報を予め記憶したデータベースと、
前記航空機の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
を備え、
前記形状取得手段は、前記画像取得手段が取得した画像と前記位置情報取得手段が取得した位置情報とを前記データベースに照合し、着陸地点周辺の形状を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の航空機の着陸支援装置。
【請求項４】
複数の艦船の形状情報を予め記憶したデータベースを備え、
前記形状取得手段は、着陸地点が艦船の甲板である場合には、前記画像取得手段が取得した画像を前記データベースに照合し、着陸地点周辺の形状を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の航空機の着陸支援装置。
【請求項５】
前記形状取得手段は、前記データベースに照合した結果、該当する情報が無かった場合には、前記画像取得手段が取得した着陸地点周辺の画像に基づいて、簡易形状を組み合わせて着陸地点周辺の形状モデルを作成することを特徴とする請求項３又は４に記載の航空機の着陸支援装置。
【請求項６】
前記算出手段が算出した着陸地点の風向及び風速が所定の条件を満たした場合に、着陸地点への進入困難をパイロットに警告することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の航空機の着陸支援装置。
【請求項７】
前記航空機が無人機であり、
前記算出手段が算出した着陸地点の風向及び風速に基づいて、着陸地点へ進入する経路を算出し、当該経路に沿うように機体を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の航空機の着陸支援装置。
【請求項８】
前記航空機が回転翼機であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の航空機の着陸支援装置。
【請求項９】
所定の着陸地点への航空機の着陸を支援する航空機の着陸支援方法であって、
着陸支援装置が、
着陸地点周辺の画像を取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程で取得された画像に基づいて、着陸地点周辺の形状を取得する形状取得工程と、
着陸地点上空の風向及び風速を計測する計測工程と、
前記形状取得工程で取得された着陸地点周辺の形状と、前記計測工程で計測された着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、着陸地点の風向及び風速を算出する算出工程と、
を実行することを特徴とする航空機の着陸支援方法。
【請求項１０】
所定の着陸地点への航空機の着陸を支援する航空機の着陸支援プログラムであって、
コンピュータを、
着陸地点周辺の画像を取得する画像取得手段、
前記画像取得手段が取得した画像に基づいて、着陸地点周辺の形状を取得する形状取得手段、
着陸地点上空の風向及び風速を計測する計測手段、
前記形状取得手段が取得した着陸地点周辺の形状と、前記計測手段が計測した着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、着陸地点の風向及び風速を算出する算出手段、
として機能させることを特徴とする航空機の着陸支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着陸地点の風況を推定して安全な着陸を支援する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転翼機等の航空機で着陸を行う際、周囲の建造物や地形によっては着陸地点周辺の風況が乱れており、急に無風地帯や強風地帯に入って揚力やコントロールを失うことがあり得る。また艦船上の飛行甲板に着艦する場合においても、格納庫等の構造物による無風地帯や強風地帯に入るなどして予期せぬ状況に陥り、通常の制御ではコントロール不能になる可能性がある。
つまり、着陸を安全に行うためには、着陸地点の風況を精度よく把握することが重要となる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、過去の飛行データを用いることで特定の着陸経路における風向・風速データを取得し、この風向・風速データを利用して着陸難易度を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６１７６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、風向・風速データの取得に過去の飛行データを用いているため、着陸地点における風向及び風速の予測精度は必ずしも高くない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、着陸地点の風向及び風速をより高精度に推定することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定の着陸地点への航空機の着陸を支援する航空機の着陸支援装置であって、
着陸地点周辺の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段が取得した画像に基づいて、着陸地点周辺の形状を取得する形状取得手段と、
着陸地点上空の風向及び風速を計測する計測手段と、
前記形状取得手段が取得した着陸地点周辺の形状と、前記計測手段が計測した着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、着陸地点の風向及び風速を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の航空機の着陸支援装置において、
前記算出手段は、着陸地点周辺の形状と着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、ＣＦＤ解析または簡易計算モデルを用いて着陸地点の風向及び風速を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の航空機の着陸支援装置において、
地形情報を予め記憶したデータベースと、
前記航空機の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
を備え、
前記形状取得手段は、前記画像取得手段が取得した画像と前記位置情報取得手段が取得した位置情報とを前記データベースに照合し、着陸地点周辺の形状を取得することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の航空機の着陸支援装置において、
複数の艦船の形状情報を予め記憶したデータベースを備え、
前記形状取得手段は、着陸地点が艦船の甲板である場合には、前記画像取得手段が取得した画像を前記データベースに照合し、着陸地点周辺の形状を取得することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の航空機の着陸支援装置において、
前記形状取得手段は、前記データベースに照合した結果、該当する情報が無かった場合には、前記画像取得手段が取得した着陸地点周辺の画像に基づいて、簡易形状を組み合わせて着陸地点周辺の形状モデルを作成することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の航空機の着陸支援装置において、
前記算出手段が算出した着陸地点の風向及び風速が所定の条件を満たした場合に、着陸地点への進入困難をパイロットに警告することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の航空機の着陸支援装置において、
前記航空機が無人機であり、
前記算出手段が算出した着陸地点の風向及び風速に基づいて、着陸地点へ進入する経路を算出し、当該経路に沿うように機体を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の航空機の着陸支援装置において、
前記航空機が回転翼機であることを特徴とする。
【００１５】
請求項９及び請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の航空機の着陸支援装置と同様の特徴を具備する航空機の着陸支援方法及びそのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、着陸地点周辺の画像が取得されてこれに基づいて着陸地点周辺の形状が取得され、この着陸地点周辺の形状と、計測された着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、着陸地点の風向及び風速が算出される。
したがって、過去の飛行データを用いて風向・風速データを取得していた従来に比べ、着陸地点の風向及び風速をより高精度に推定することができる。ひいては、着陸をより安全に行うことができ、また、パイロットの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態における回転翼機の概略の機能構成を示すブロック図である。
【図２】ビル屋上のヘリポートに着陸しようとする回転翼機を示す図である。
【図３】実施形態における第１着陸支援処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】艦船の甲板に着陸しようとする回転翼機を示す図である。
【図５】実施形態における第２着陸支援処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を回転翼機に適用した場合の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
＜回転翼機の構成＞
まず、本実施形態における回転翼機１の構成について説明する。
図１は、回転翼機１の概略の機能構成を示すブロック図である。
【００２０】
本実施形態における回転翼機１は、着陸地点の風を直接計測できない場合等に、これを推定して安全な着陸を行えるように構成されたものである。
具体的には、図１に示すように、回転翼機１は、飛行機構１１と、操作部１２と、カメラ１３と、位置センサ１４と、風向風速計１５と、記憶部１６と、表示部１７と、制御部１８とを備えている。
【００２１】
このうち、飛行機構１１は、回転翼機１を飛行させるための機構であり、推進力を発生させるエンジン等から構成されている。
操作部１２は、パイロットに操作される操縦桿や各種操作キー等を備えており、これら操縦桿や各種操作キー等の操作状態に対応する信号を制御部１８に出力する。
【００２２】
カメラ１３は、回転翼機１の外部の画像を取得可能なものである。このカメラ１３は、地形や構造物の形状を把握可能な画像を取得できるものであれば特に限定されず、例えば光学センサ等を用いてもよい。
位置センサ１４は、回転翼機１の位置情報を取得可能なセンサであり、本実施形態では、ＧＰＳ（Global Positioning System）による測位が可能なＧＰＳ受信機である。
風向風速計１５は、回転翼機１が受ける風の風向と風速を計測可能なものである。
【００２３】
記憶部１６は、回転翼機１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、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１６は、第１着陸支援プログラム１６０ａと、第２着陸支援プログラム１６０ｂとを記憶している。
第１着陸支援プログラム１６０ａは、地上の着陸地点に着陸する場合に実行される後述の第１着陸支援処理を制御部１８に実行させるためのプログラムである。第２着陸支援プログラム１６０ｂは、艦船に着陸（着艦）する場合に実行される後述の第２着陸支援処理を制御部１８に実行させるためのプログラムである。
【００２４】
また、記憶部１６は、地形情報データベース（ＤＢ）１６１と、艦船情報データベース（ＤＢ）１６２とを有している。
地形情報データベース１６１には、風況に影響を及ぼし得る情報であって、建造物等の情報を含む三次元の地形情報が格納されている。
艦船情報データベース１６２には、複数の艦船に関する各種情報が格納されている。ただし、この情報には、少なくとも当該艦船の形状の情報が含まれていればよい。
【００２５】
表示部１７は、図示しないディスプレイを備えており、制御部１８による算出結果等を表示する。また、表示部１７は、図示しないスピーカーを備えており、音声表示も可能となっている。
【００２６】
制御部１８は、回転翼機１の各部を中央制御する。具体的に、制御部１８は、操作部１２からの信号に基づいて飛行機構１１を駆動して回転翼機１の飛行を制御したり、カメラ１３等の動作を制御したりする他、記憶部１６に記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。
【００２７】
＜回転翼機の着陸動作＞
続いて、着陸する際の回転翼機１の動作について説明する。
【００２８】
［ビル屋上のヘリポートに着陸する場合］
まず、回転翼機１がビル屋上のヘリポートに着陸する場合について説明する。
図２は、ビル屋上のヘリポートに着陸しようとする回転翼機１を示す図であり、図３は、このときに実行される第１着陸支援処理の流れを示すフローチャートである。
【００２９】
図２に示すように、屋上にヘリポートＨを有するビルＢ１は、周囲を複数の他のビルＢ２に囲まれており、着陸時には不規則なビル風等の発生が予想される。
第１着陸支援処理は、このヘリポートＨのように地上に固定された着陸地点に着陸する際に、着陸地点での風況を推定してパイロットに知らせたり着陸手法をガイドしたりする処理である。この第１着陸支援処理は、例えばパイロットによる当該処理の実行操作により、制御部１８が記憶部１６から第１着陸支援プログラム１６０ａを読み出して展開することで実行される。
ここでは、回転翼機１が着陸地点（ヘリポートＨ）を視認できる上空まで飛行してきて滞空等している状態にあるものとする。
【００３０】
図３に示すように、第１着陸支援処理が実行されると、まず制御部１８は、風向風速計１５により、回転翼機１の現在位置、すなわち着陸地点上空の風向及び風速を計測する（ステップＳ１１）。ただし、このステップでの風向及び風速計測は、後述するステップＳ１８の計算までに実行してあればよい。
【００３１】
次に、制御部１８は、カメラ１３の動作を制御し、着陸地点周辺の画像情報を取得する（ステップＳ１２）。ここで着陸地点「周辺」とは、着陸地点の風況に影響を及ぼし得る範囲内をいう。
【００３２】
次に、制御部１８は、位置センサ１４により、現在の回転翼機１の位置情報を取得する（ステップＳ１３）。
【００３３】
次に、制御部１８は、ステップＳ１２で取得した着陸地点周辺の画像情報と、ステップＳ１３で取得した位置情報とを、地形情報データベース１６１に照合する（ステップＳ１４）。
そして、この照合の結果（ステップＳ１５）、該当する地形情報が見つかった場合には（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、制御部１８は、地形情報データベース１６１内の情報から着陸地点周辺の地形情報を取得する（ステップＳ１６）。
一方、該当する地形情報が無かった場合には（ステップＳ１５；Ｎｏ）、制御部１８は、ステップＳ１２で取得した着陸地点周辺の画像情報に基づいて、簡易形状を組み合わせて着陸地点周辺の地形情報（モデル）を作成する（ステップＳ１７）。つまり、例えば円柱形や角柱形などの簡易的な立体形状を組み合わせることで、ヘリポートＨ周辺のビル群等を模した地形モデルを作成する。
【００３４】
次に、制御部１８は、ステップＳ１１で取得した現在位置での風向及び風速と、ステップＳ１６またはＳ１７で取得した着陸地点周辺の地形情報（モデル）とに基づいて、着陸地点での推定風向及び風速を算出する（ステップＳ１８）。この計算は、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析プログラムを用いたものであってもよいし、簡易計算モデルによるものであってもよい。
【００３５】
次に、制御部１８は、ステップＳ１８での算出結果をパイロットに報告し、必要に応じて着陸手法をガイドしたりする（ステップＳ１９）。
具体的に、制御部１８は、算出結果を表示部１７に表示したうえで、推定風速が比較的に速い場合には回転翼機１が風下から着陸地点に進入できるようにパイロットに進入方向をガイドしたり、飛行が困難な程の強風であった場合には着陸地点への進入を控えるようパイロットに警告したりする。
なお、回転翼機１が無人機であった場合には、現在位置から着陸地点までの適切なアプローチ経路（例えば、風があまり変動しないルートを通って風下から着陸できるもの）を算出し、これに沿って飛行するように機体を制御すればよい。
【００３６】
そして、回転翼機１が着陸地点のヘリポートＨに着陸したら、制御部１８は第１着陸支援処理を終了する。
【００３７】
［艦船の甲板に着陸する場合］
次に、回転翼機１が艦船の甲板に着陸（着艦）する場合について説明する。
図４は、艦船の甲板に着陸しようとする回転翼機１を示す図であり、図５は、このときに実行される第２着陸支援処理の流れを示すフローチャートである。
【００３８】
図４に示すように、艦尾に甲板（飛行甲板）Ｄを有する艦船Ｓは、常に海風に晒されている。
第２着陸支援処理は、艦船上の着陸地点に着陸する際に、着陸地点での風況を推定してパイロットに知らせたり着陸手法をガイドしたりする処理である。この第２着陸支援処理は、例えばパイロットによる当該処理の実行操作により、制御部１８が記憶部１６から第２着陸支援プログラム１６０ｂを読み出して展開することで実行される。
ここでは、回転翼機１が着陸地点（甲板Ｄ）を視認できる上空まで飛行してきて滞空等している状態にあるものとする。
【００３９】
図５に示すように、第２着陸支援処理が実行されると、まず制御部１８は、風向風速計１５により、回転翼機１の現在位置、すなわち着陸地点上空の風向及び風速を計測する（ステップＳ２１）。ただし、このステップでの風向及び風速計測は、後述するステップＳ２８の計算までに実行してあればよい。
【００４０】
次に、制御部１８は、カメラ１３の動作を制御し、着陸地点周辺の画像情報を取得する（ステップＳ２２）。ここで着陸地点「周辺」とは、着陸地点の風況に影響を及ぼし得る範囲内をいう。
【００４１】
次に、制御部１８は、ステップＳ２２で取得した着陸地点周辺の画像情報を艦船情報データベース１６２に照合する（ステップＳ２４）。
そして、この照合の結果（ステップＳ２５）、該当する艦船情報が見つかった場合には（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、制御部１８は、艦船情報データベース１６２内の情報から該当する艦船Ｓにおける着陸地点周辺の形状情報を取得する（ステップＳ２６）。
一方、該当する艦船情報が無かった場合には（ステップＳ２５；Ｎｏ）、制御部１８は、ステップＳ２２で取得した着陸地点周辺の画像情報に基づいて、簡易形状を組み合わせて着陸地点周辺の形状情報（モデル）を作成する（ステップＳ２７）。つまり、例えば円柱形や角柱形などの簡易的な立体形状を組み合わせることで、甲板Ｄ周辺の艦船形状を模した形状モデルを作成する。
【００４２】
次に、制御部１８は、ステップＳ２１で取得した現在位置での風向及び風速と、ステップＳ２６またはＳ２７で取得した着陸地点周辺の形状情報（モデル）とに基づいて、着陸地点での推定風向及び風速を算出する（ステップＳ２８）。この計算は、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析プログラムを用いたものであってもよいし、簡易計算モデルによるものであってもよい。
【００４３】
次に、制御部１８は、ステップＳ２８での算出結果をパイロットに報告し、必要に応じて着陸手法をガイドしたりする（ステップＳ２９）。
具体的に、制御部１８は、算出結果を表示部１７に表示したうえで、推定風速が比較的に速い場合には回転翼機１が風下から着陸地点に進入できるようにパイロットに進入方向をガイドしたり、飛行が困難な程の強風であった場合には着陸地点への進入を控えるようパイロットに警告したりする。
なお、回転翼機１が無人機であった場合には、現在位置から着陸地点までの適切なアプローチ経路（例えば、風があまり変動しないルートを通って風下から着陸できるもの）を算出し、これに沿って飛行するように機体を制御すればよい。
【００４４】
そして、回転翼機１が着陸地点の甲板Ｄに着艦したら、制御部１８は第２着陸支援処理を終了する。
【００４５】
＜効果＞
以上のように、本実施形態によれば、着陸地点周辺の画像が取得されてこれに基づいて着陸地点周辺の形状が取得され、この着陸地点周辺の形状と、計測された着陸地点上空の風向及び風速とに基づいて、着陸地点の風向及び風速が算出される。
したがって、過去の飛行データを用いて風向・風速データを取得していた従来に比べ、着陸地点の風向及び風速をより高精度に推定することができる。ひいては、着陸をより安全に行うことができ、また、パイロットの負担を軽減することができる。
【００４６】
＜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。
【００４７】
例えば、上記実施形態では、着陸地点の推定風向及び風速の算出を１度だけ行うものとして説明したが、着陸地点に近づいたらこの算出を再度行うこととしてもよいし、アプローチの飛行中に随時行うこととしてもよい。
この場合、算出フローの全てを同様に繰り返してもよいし、地形／形状情報（モデル）は同じものを利用し、風向・風速の取得（ステップＳ１１、Ｓ２１）と位置情報の取得（ステップＳ１３）のみを更新することとしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、回転翼機１に搭載された機器のみで各種情報の取得・算出等を行うこととした。しかし、着陸地点周辺の画像の取得と、機体の位置情報の取得と、上空の風向・風速の取得を除く処理は、機上で行われなくともよい。つまり、演算装置やデータベースは地上設備に設け、データリンクを通じて回転翼機１から得た画像等の情報に基づいて地上設備で算出を行い、その結果をデータリンクで回転翼機１に送ることとしてもよい。
【００４９】
また、着陸地点での風況の情報を含むデータベースを予め持っておき、この情報を利用して算出結果を補正などしてもよい。あるいは、ネットワーク上から気象観測データを取得して計算に利用してもよい。
【００５０】
また、地上の着陸地点に着陸する第１着陸支援処理と、艦船上の着陸地点に着陸する第２着陸支援処理との選択は、パイロットによる操作でなく、例えば回転翼機１の位置情報や画像情報などに基づいて自動的に選択されることとしてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では本発明を回転翼機に適用した場合について説明したが、本発明は回転翼機以外の航空機全般に適用可能である。ただし、回転翼機等のＶＴＯＬ機（垂直離着陸機）に特に好適に適用可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１        回転翼機
１３      カメラ
１４      位置センサ
１５      風向風速計
１６      記憶部
１７      表示部
１８      制御部
１６０ａ  第１着陸支援プログラム
１６０ｂ  第２着陸支援プログラム
１６１    地形情報データベース
１６２    艦船情報データベース
Ｈ        ヘリポート
Ｓ        艦船
Ｄ        甲板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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