(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の第一地点から第二地点までの飛行経路中に経由地点を設定する経由地点設定装置であって、
少なくとも前記第一地点及び前記第二地点を含む地図情報を、水平面内で格子状の複数のセルに分割する格子分割手段と、
前記格子分割手段により格子分割された地図情報上で、前記第一地点から前記第二地点までの連続する複数のセルからなるセル経路を設定するセル経路設定手段と、
前記セル経路上の各セルにおける当該セル経路の屈曲角を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された各セルの前記屈曲角を、当該セルと前記セル経路上で前後に隣接する２つのセルにおける前記屈曲角と比較し、当該セルにおける前記屈曲角θnが以下の式を満たす場合に、当該セルを経由地点として設定する経由地点設定手段と、
を備えることを特徴とする経由地点設定装置。
θn-1≧θn＜θn+1
（但し、前記セル経路上を前記第一地点及び前記第二地点の一方から他方に向かう方向において、当該セルの始点側に隣接するセルにおける前記屈曲角をθn-1とし、当該セルの終点側に隣接するセルにおける前記屈曲角をθn+1とする）
【請求項２】
前記経由地点設定手段は、
各セルにおける前記屈曲角の比較を、前記セル経路に沿って前記第一地点または前記第二地点から順次行い、
当該比較が行われるセルにおける前記屈曲角が、所定回数以上連続してその直前の順番のセルにおける前記屈曲角よりも小さくなっている場合に、当該比較が行われるセルを経由地点として設定することを特徴とする請求項１に記載の経由地点設定装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記セル経路上の各セルについて、当該セルから前記セル経路上を所定セル数だけ前後に移動した２つのセルまでの２つのベクトルを求め、当該２つのベクトルがなす角度を前記屈曲角として算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の経由地点設定装置。
【請求項４】
所定の第一地点から第二地点までの飛行経路中に経由地点を設定する経由地点設定プログラムであって、
コンピュータを、
少なくとも前記第一地点及び前記第二地点を含む地図情報を、水平面内で格子状の複数のセルに分割する格子分割手段と、
前記格子分割手段により格子分割された地図情報上で、前記第一地点から前記第二地点までの連続する複数のセルからなるセル経路を設定するセル経路設定手段と、
前記セル経路上の各セルにおける当該セル経路の屈曲角を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された各セルの前記屈曲角を、当該セルと前記セル経路上で前後に隣接する２つのセルにおける前記屈曲角と比較し、当該セルにおける前記屈曲角θnが以下の式を満たす場合に、当該セルを経由地点として設定する経由地点設定手段、
として機能させることを特徴とする経由地点設定プログラム。
θn-1≧θn＜θn+1
（但し、前記セル経路上を前記第一地点及び前記第二地点の一方から他方に向かう方向において、当該セルの始点側に隣接するセルにおける前記屈曲角をθn-1とし、当該セルの終点側に隣接するセルにおける前記屈曲角をθn+1とする）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の飛行経路中に経由地点を設定する経由地点設定装置及び経由地点設定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機の飛行経路設定においては、所定の出発地点と到達地点との間に経由地点を設定し、この経由地点を経由するように飛行経路が設定される。
例えば特許文献１に記載の方法では、複数のウェイポイントとポイント間経路とが記録されたデータベースに基づいて、出発地点から到達地点までの候補ウェイポイント間の全てのポイント間経路に対する評価値を求め、この評価値の積算値が最も小さくなるように経由すべきウェイポイントが選択されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５５７４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、航空機の飛行経路設定においては、格子分割された地図データ上で複数のセル（格子）の連なりとして飛行経路を設定・表示する場合がある。このような場合、単純に飛行経路のセルの連なりに沿った進路を取ろうとすると、当該進路はセルの分割方向に沿った角張ったものとなり、頻繁に操縦操作が必要なものとなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、格子状の飛行経路上に好適に経由地点を設定することによって、より実際の飛行に即した滑らかな線状の飛行経路を設定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定の第一地点から第二地点までの飛行経路中に経由地点を設定する経由地点設定装置であって、
少なくとも前記第一地点及び前記第二地点を含む地図情報を、水平面内で格子状の複数のセルに分割する格子分割手段と、
前記格子分割手段により格子分割された地図情報上で、前記第一地点から前記第二地点までの連続する複数のセルからなるセル経路を設定するセル経路設定手段と、
前記セル経路上の各セルにおける当該セル経路の屈曲角を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された各セルの前記屈曲角を、当該セルと前記セル経路上で前後に隣接する２つのセルにおける前記屈曲角と比較し、当該セルにおける前記屈曲角θnが以下の式を満たす場合に、当該セルを経由地点として設定する経由地点設定手段と、
を備えることを特徴とする。
θn-1≧θn＜θn+1
（但し、前記セル経路上を前記第一地点及び前記第二地点の一方から他方に向かう方向において、当該セルの始点側に隣接するセルにおける前記屈曲角をθn-1とし、当該セルの終点側に隣接するセルにおける前記屈曲角をθn+1とする）
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の経由地点設定装置において、
前記経由地点設定手段は、
各セルにおける前記屈曲角の比較を、前記セル経路に沿って前記第一地点または前記第二地点から順次行い、
当該比較が行われるセルにおける前記屈曲角が、所定回数以上連続してその直前の順番のセルにおける前記屈曲角よりも小さくなっている場合に、当該比較が行われるセルを経由地点として設定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の経由地点設定装置において、
前記算出手段は、前記セル経路上の各セルについて、当該セルから前記セル経路上を所定セル数だけ前後に移動した２つのセルまでの２つのベクトルを求め、当該２つのベクトルがなす角度を前記屈曲角として算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、所定の第一地点から第二地点までの飛行経路中に経由地点を設定する経由地点設定プログラムであって、
コンピュータを、
少なくとも前記第一地点及び前記第二地点を含む地図情報を、水平面内で格子状の複数のセルに分割する格子分割手段と、
前記格子分割手段により格子分割された地図情報上で、前記第一地点から前記第二地点までの連続する複数のセルからなるセル経路を設定するセル経路設定手段と、
前記セル経路上の各セルにおける当該セル経路の屈曲角を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された各セルの前記屈曲角を、当該セルと前記セル経路上で前後に隣接する２つのセルにおける前記屈曲角と比較し、当該セルにおける前記屈曲角θnが以下の式を満たす場合に、当該セルを経由地点として設定する経由地点設定手段、
として機能させることを特徴とする。
θn-1≧θn＜θn+1
（但し、前記セル経路上を前記第一地点及び前記第二地点の一方から他方に向かう方向において、当該セルの始点側に隣接するセルにおける前記屈曲角をθn-1とし、当該セルの終点側に隣接するセルにおける前記屈曲角をθn+1とする）
【発明の効果】
【００１０】
請求項１，４に記載の発明によれば、格子状のセル経路上の各セルにおける当該セル経路の屈曲角が算出され、算出されたセルの屈曲角θnが当該セルとセル経路上で前後に隣接する２つのセルにおける屈曲角θn-1，θn+1に対してθn-1≧θn＜θn+1の関係を満たす場合に、当該セルが経由地点として設定される。
これにより、セル経路の進行方向を相対的に大きく変化させるセルが、方向変換すべき経由地点として設定され、第一地点（出発地点），第二地点（到達地点）及び当該経由地点をセル経路に沿って直線的に結ぶことで、より滑らかな線状の飛行経路を設定することができる。
したがって、格子状の飛行経路上に好適に経由地点を設定することができ、ひいては、より実際の飛行に即した滑らかな線状の飛行経路を設定することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、各セルにおける屈曲角の比較がセル経路に沿って順次行われ、当該比較が行われるセルにおける屈曲角が、所定回数以上連続してその直前の順番のセルにおける屈曲角よりも小さくなっている場合に、当該比較が行われるセルが経由地点として設定される。
これにより、算出された屈曲角が進行方向を適切に表していないセル経路であっても、屈曲角が一定の傾向を保って順次変化していることを確認することによって、経由地点が過度に設定されてしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態における航空機の機能構成を示すブロック図である。
【図２】経由地点設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】経由地点設定処理を説明するための図である。
【図４】経由地点設定処理を説明するための図である。
【図５】経由地点設定処理を説明するための図である。
【図６】経由地点設定処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［構成］
まず、本発明に係る経由地点設定装置の構成について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明に係る経由地点設定装置を適用した航空機１０の機能構成を示すブロック図である。
【００１５】
航空機１０は、所定の出発地点ＰSから到達地点ＰEまでの飛行を行うものであり（図３参照）、図１に示すように、飛行機構１１と、操作部１３と、表示部１４と、記憶部１５と、制御部１８等とを備えている。
【００１６】
飛行機構１１は、航空機１０を飛行させるための機構であり、主に、飛行に必要な揚力を発生させる回転翼（メインローター）と、推進力を発生させる内燃機関（例えばジェットエンジン）とで構成されている。
操作部１３は、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。
表示部１４は、ディスプレイを備えており、制御部１８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に表示する。
【００１７】
記憶部１５は、航空機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、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１５は、本発明に係る経由地点設定プログラム１５０と、地図データ１５５等とを記憶している。
【００１８】
経由地点設定プログラム１５０は、後述の経由地点設定処理（図２参照）を制御部１８に実行させるためのプログラムである。
地図データ１５５は、山や河川などの地形情報に加え、道路や鉄道，建造物，田畑などの土地の利用状態に関する情報も含めた総合的な地理情報を有するものである。また、この地図データ１５５は、少なくとも出発地点ＰS及び到達地点ＰE（図３参照）を含む所定範囲のものであればよい。
【００１９】
制御部１８は、航空機１０の各部を中央制御する。具体的に、制御部１８は、操作部１３に対するパイロットの操作に基づいて、飛行機構１１等の動作を制御したり、記憶部１５に記憶されているプログラムの中から指定された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。
【００２０】
［動作］
続いて、航空機１０が経由地点設定処理を実行する際の動作について、図２〜図６を参照して説明する。
図２（ａ），（ｂ）は、経由地点設定処理の流れを示すフローチャートであり、図３〜図６は、経由地点設定処理を説明するための図である。
【００２１】
経由地点設定処理は、後述するように、格子分割された地図データ上でのセル状の飛行経路上に経由地点であるウェイポイントＰW（図６参照）を設定することで、より実際の飛行に即した線状の飛行経路を設定する処理である。
この経由地点設定処理は、パイロットの操作等により当該経由地点設定処理の実行指示が入力されたときに、制御部１８が記憶部１５から経由地点設定プログラム１５０を読み出して展開することで実行される。
【００２２】
図２（ａ）及び図３に示すように、経由地点設定処理が実行されると、まず制御部１８は、少なくとも出発地点ＰS及び到達地点ＰEを含む所定範囲内の地図データ１５５を記憶部１５から読み出して、水平面内で格子状の複数のセルＣ，…に分割する（ステップＳ１）。本実施形態では、制御部１８は、南北及び東西に沿った各分割線によって、５０ｍ四方の正方格子状の複数のセルＣ，…を生成する。
なお、各セルの形状は、格子状であれば正方格子状でなくともよく、例えば菱形格子状や六角格子（ハニカム）状などであってもよい。
【００２３】
次に、制御部１８は、ステップＳ１で格子分割された地図データ１５５上で、出発地点ＰSから到達地点ＰEまでの連続する複数のセルＣ，…からなるセル状のセル経路Ｒcellを設定する（ステップＳ２）。このセル経路Ｒcellは、例えば、図示しない経路探索プログラムを用いて地形条件等に基づいて探索・設定されることとしてもよいし、パイロットや地上設備のオペレータ等によって入力されることなどとしてもよい。
なお、以下の説明では、セル経路Ｒcell上で出発地点ＰSからｎ（＝１，２，…）番目のセルＣを符号Ｃnで表し、当該セル経路Ｒcell上の各セルＣを識別することとする。
【００２４】
ここから制御部１８は、セル経路Ｒcell上の各セルＣに対し、当該セルＣをウェイポイントＰWとして設定すべきか否かについて、セル経路Ｒcellに沿って順次評価していく。
本実施形態においては、制御部１８は、まずｎ＝２として、出発地点ＰSから２番目のセルＣ2から評価を開始する（ステップＳ３）。但し、後述するように、セルＣ3以降のセルＣから評価を開始することとしてもよい。
【００２５】
次に、制御部１８は、セルＣnにおけるセル経路Ｒcellの屈曲角θnを算出する（ステップＳ４）。
この屈曲角θnの算出では、図２（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、まず制御部１８は、セルＣnからセル経路Ｒcell上をＭ個（図４では３個）進んだセルＣn+MまでのベクトルＡnを算出するとともに（ステップＳ４１）、セルＣnからセル経路Ｒcell上をＭ個戻ったセルＣn-MまでのベクトルＢnを算出する（ステップＳ４２）。ここで、Ｍは任意の正の整数であり、格子分割のサイズ等に応じて適宜設定することができる。
そして、制御部１８は、ベクトルＡnとベクトルＢnとのなす角度として屈曲角θnを算出する（ステップＳ４３）。
【００２６】
なお、ベクトルＢnの算出にあたっては、当該セルＣnの手前側に、Ｍの値に対応した数量のセルＣが必要となる。また、後述のステップＳ５ではセルＣn-1における同様のベクトルＢn-1の算出が行われることから、その分の１つのセルＣが当該セルＣnの手前側にさらに必要となる。そのため、上述のステップＳ３におけるｎの初期値は、Ｍの値の設定に応じてベクトルＢn，Ｂn-1の算出が可能なように設定される。但し、Ｍの値はセル経路Ｒcell中で一定でなくともよく、随時変化させてもよい。
また、後述のステップＳ５では、セルＣnとセル経路Ｒcell上の前方に隣接するセルＣn+1の屈曲角θn+1が算出される。したがって、セルＣnの屈曲角θnがその直前のｎにおけるセルＣn+1の屈曲角θn+1として既に算出されている場合には、再計算することなくその値をそのまま流用してもよい。
【００２７】
次に、制御部１８は、図２（ａ）に示すように、セルＣnとセル経路Ｒcell上で前後に隣接する２つのセルＣn-1、Ｃn+1それぞれについて、セルＣnのときと同様にして、当該２つのセルＣn-1、Ｃn+1における２つの屈曲角θn-1、θn+1を算出する（ステップＳ５）。つまり、制御部１８は、セルＣn-1におけるベクトルＡn-1とベクトルＢn-1を算出してこれらのなす角度として屈曲角θn-1を算出するとともに（図４（ｂ））、セルＣn+1におけるベクトルＡn+1とベクトルＢn+1を算出してこれらのなす角度として屈曲角θn+1を算出する（図４（ｃ））。
なお、セルＣn-1の屈曲角θn-1がその直前のｎにおけるセルＣnの屈曲角θnとして既に算出されている場合には、再計算することなくその値をそのまま流用してもよい。
【００２８】
次に、制御部１８は、セルＣnの屈曲角θnが以下の式１を満たすか否かを判定する（ステップＳ６）。
θn-1≧θn＜θn+1                                            …（式１）
そして、屈曲角θnが式１を満たしていないと判定した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、制御部１８は、ｎ＝ｎ＋１としてｎを更新したうえで（ステップＳ７）、上述のステップＳ４へ移行する。つまり、この場合には、セルＣnをウェイポイントＰWとして設定することなく、当該セルＣnの次のセルＣについての評価に移ることとなる。
【００２９】
このステップＳ６において、セルＣnの屈曲角θnが上記式１を満たしていると判定した場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、制御部１８は、屈曲角θnがＮ回以上連続してその直前のｎにおける屈曲角θn（つまり、当該段階のｎにおける屈曲角θn-1）よりも小さくなっている（つまり、θn＜θn-1を満たす）か否かを判定する（ステップＳ８）。ここで、Ｎは任意の正の整数である。
【００３０】
そして、ステップＳ８において、セルＣnの屈曲角θnがＮ回以上連続してその直前のｎにおける屈曲角θnよりも小さくなってはいないと判定した場合には（ステップＳ８；Ｎｏ）、制御部１８は、ｎ＝ｎ＋１としてｎを更新したうえで（ステップＳ７）、上述のステップＳ４へ移行する。つまり、この場合には、セルＣnをウェイポイントＰWとして設定することなく、当該セルＣnの次のセルＣについての評価に移ることとなる。
【００３１】
また、ステップＳ８において、セルＣnの屈曲角θnがＮ回以上連続してその直前のｎにおける屈曲角θnよりも小さくなっていると判定した場合には（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、制御部１８は、当該セルＣnの位置をウェイポイントＰWとして設定する（ステップＳ９）。
【００３２】
したがって、セルＣnは、ステップＳ６，Ｓ８の両判定により、その屈曲角θnがθn-1≧θn＜θn+1を満たし、且つ、当該屈曲角θnがＮ回以上連続してその直前のｎにおける屈曲角θnよりも小さくなっている場合に、ウェイポイントＰWとして設定されることとなる。
このうち、ステップＳ６の判定（屈曲角θnがθn-1≧θn＜θn+1を満たすか否かの判定）では、セル経路Ｒcellの進行方向が比較的に大きく変化する、いわばセル経路Ｒcell上の頂点が、ウェイポイントＰWに設定されるべきセルＣとして探索されている。
但し、ステップＳ６においてセル経路Ｒcell上の頂点と判定されたセルＣであっても、例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ベクトルＡn、Ｂnが進行方向を適切に表せていないセル経路Ｒcellであった場合には、ウェイポイントＰWが過度に設定されてしまうケースが起こり得る。
そこで、ステップＳ８の判定（屈曲角θnがＮ回以上連続して直前の屈曲角θnよりも小さくなっているか否かの判定）では、屈曲角θnが一定の傾向を保って順次変化していることを確認することで、ウェイポイントＰWが過度に設定されてしまうことを抑制している。
【００３３】
次に、制御部１８は、図２（ａ）に示すように、セル経路Ｒcell上の各セルＣに対するウェイポイントＰW設定の評価が、当該セル経路Ｒcellの最後まで終了したか否かを判定する（ステップＳ１０）。そして、ウェイポイントＰW設定の評価がセル経路Ｒcellの最後まで終了していないと判定した場合には（ステップＳ１０；Ｎｏ）、制御部１８は、ｎ＝ｎ＋１としてｎを更新したうえで（ステップＳ７）、上述のステップＳ４へ移行する。つまり、当該セルＣnの次のセルＣについての評価に移行する。
【００３４】
また、ステップＳ１０において、ウェイポイントＰW設定の評価がセル経路Ｒcellの最後まで終了したと判定した場合には（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、制御部１８は、図６に示すように、出発地点ＰS，到達地点ＰE及びウェイポイントＰWをセル経路Ｒcellに沿って順次直線で結んだ線状の飛行経路Ｒlineを設定し（ステップＳ１１）、必要に応じて表示部１４のディスプレイに表示などさせて、経由地点設定処理を終了する。
【００３５】
［効果］
以上のように、本実施形態によれば、セル経路Ｒcell上の各セルＣnにおける当該セル経路Ｒcellの屈曲角θnが算出され、算出されたセルＣnの屈曲角θnが当該セルＣnとセル経路Ｒcell上で前後に隣接する２つのセルＣn-1，Ｃn+1における屈曲角θn-1，θn+1に対してθn-1≧θn＜θn+1の関係を満たす場合に、当該セルＣnがウェイポイントＰWとして設定される。
これにより、セル経路Ｒcellの進行方向を相対的に大きく変化させるセルＣが、方向変換すべきウェイポイントＰWとして設定され、出発地点ＰS，到達地点ＰE及びウェイポイントＰWをセル経路Ｒcellに沿って直線的に結ぶことで、より滑らかな線状の飛行経路Ｒlineを設定することができる。
したがって、格子状のセル経路Ｒcell上に好適にウェイポイントＰWを設定することができ、ひいては、より実際の飛行に即した滑らかな線状の飛行経路Ｒlineを設定することができる。
【００３６】
また、各セルＣnにおける屈曲角θnの比較がセル経路Ｒcellに沿って順次行われ、当該比較が行われるセルＣnにおける屈曲角θnが、所定回数以上連続してその直前の順番のセルＣnにおける屈曲角θnよりも小さくなっている場合に、当該比較が行われるセルＣnがウェイポイントＰWとして設定される。
これにより、算出された屈曲角θnが進行方向を適切に表していないセル経路Ｒcellであっても、屈曲角θnが一定の傾向を保って順次変化していることを確認することによって、ウェイポイントＰWが過度に設定されてしまうことを抑制することができる。
【００３７】
［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。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、セル経路Ｒcell上の各セルＣに対するウェイポイントＰWとして設定すべきか否かの評価を、出発地点ＰSからセル経路Ｒcellに沿って順次行うこととしたが、セル経路Ｒcellに沿っていれば到達地点ＰEから順次行うこととしてもよい。
【００３９】
また、本発明に係る経由地点設定装置を航空機１０に適用した例について説明したが、本発明に係る経由地点設定装置はこれに限定されず、例えば航空機１０と通信を行う地上設備内に設けられるものなどとしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０        航空機
１５        記憶部
１５０    経由地点設定プログラム
１５５    地図データ（地図情報）
１８        制御部（格子分割手段、セル経路設定手段、算出手段、経由地点設定手段）
【図１】
0006012777.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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