(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管制すべき各航空機の飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を、それぞれ取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された飛行情報に基づいて、航空機間の相対速度を算定する算定手段と、
予め定められた所定の立体形状からなる保護領域を、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間にそれぞれ設定する領域設定手段と、
前記領域設定手段により設定された各保護領域の一部を、前記算定手段により算定された相対速度に従って、進行方向へ拡張するように変形させる領域変形手段と、
前記領域変形手段により変形された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする衝突危険予測システム。
【請求項２】
管制すべき各航空機の飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を、それぞれ取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された飛行情報に基づいて、各航空機の速度ベクトルを求め、速度ベクトル同士から定まる相対ベクトルを算定する算定手段と、
予め定められた円柱形状からなる保護領域を、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間にそれぞれ設定する領域設定手段と、
前記領域設定手段により設定された各保護領域に、前記算定手段により算定された相対ベクトルに応じて大きさが異なる立体形状の領域を、各航空機の進行方向に対応させてそれぞれ付加し、各保護領域を拡張させる領域拡張手段と、
前記領域拡張手段により拡張された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする衝突危険予測システム。
【請求項３】
前記領域拡張手段は、相対ベクトルに応じて少なくとも半径の長さが異なる扇形柱形状の領域を保護領域に付加することにより、各保護領域を拡張させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の衝突危険予測システム。
【請求項４】
各航空機の飛行位置により、予め定められた基準距離よりも短い距離を隔てた航空機同士を特定する特定手段を更に備え、
前記検出手段は、前記特定手段により特定された航空機に対応する保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の衝突危険予測システム。
【請求項５】
コンピュータを、
管制すべき各航空機の飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を、それぞれ取得する取得手段、
前記取得手段により取得された飛行情報に基づいて、航空機間の相対速度を算定する算定手段、
予め定められた所定の立体形状からなる保護領域を、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間にそれぞれ設定する領域設定手段、
前記領域設定手段により設定された各保護領域の一部を、前記算定手段により算定された相対速度に従って、進行方向へ拡張するように変形させる領域変形手段、
前記領域変形手段により変形された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する検出手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機同士の衝突危険状態を適切に検出することのできる衝突危険予測システム、および、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、航空機の飛行状況等を監視するために、航空管制システムが導入されている。この航空管制システムは、例えば、レーダ装置が管制空域内を所定の時間間隔で逐次スキャンすることにより、各航空機の飛行位置（現在位置）をそれぞれ検出する。そして、表示装置が、検出された各飛行位置に対応する表示位置に、航空機を示すシンボルや補助情報（航空機の識別情報、速度、高度等）を表示する。
管制官は、このように表示されるシンボルや補助情報により、各航空機の飛行状況を常時監視している。
【０００３】
このような航空管制システムには、一般に、航空機同士の衝突危険（衝突危機）を予測する機能も備えている。例えば、航空管制システムは、各航空機の所定時間先（例えば、３分先）までの飛行位置をそれぞれ予測し、予測した各飛行位置（より詳細には、後述する保護領域）の位置関係から、衝突危険を予測する。
なお、予測した飛行位置を基準とした出現範囲（ビン）の形状やサイズを、移動体の移動状況により適切に決定する航空機監視システムの技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２８５４００  （第４−９頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の航空管制システムは、予測した各飛行位置の位置関係から、衝突危険を予測している。より詳細に説明すると、航空管制システムは、各航空機の飛行位置を中心として、一定の保護領域を設定する。そして、予測した各飛行位置に従って、３分以内に保護領域が重なる場合を衝突危険状態として検出し、管制官にその旨を通知する仕組みとなっている。つまり、保護領域モデルにより、衝突危険を予測していた。
【０００５】
しかしながら、このような衝突危険の予測は、実際の管制官が行う判断とは異なって、衝突危険状態が検出される場合があった。これは、各航空機の進行方向や速度等を考慮すること無く、同一の保護領域を各航空機にそれぞれ設定しているためであり、管制官が判断しない状況でも衝突危険が予測されてしまう。
衝突を回避するために現実の管制官は、その時の航空機同士の向きや、上昇・下降状態、速度など様々な情報を加味して、衝突危険状態を判断している。すなわち、管制官は、航空機の位置関係（進行方向）がより対面に近いほど危険が大きく、より同一方向に近いほど危険が少ないと判断している。
これに対して、固定的な保護領域モデルによる衝突危険の予測では、航空機同士の相対的な関係を考慮しないため、管制官の判断と異なって、衝突危険状態を検出してしまう状況が起こり得る。つまり、従来の航空管制システムでは、現実の管制官の感覚に近い判断がなされないため、航空機同士の衝突危険状態を適切に検出することができない場合があった。
【０００６】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、航空機同士の衝突危険状態を適切に検出することのできる衝突危険予測システム、および、プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る衝突危険予測システムは、
管制すべき各航空機の飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を、それぞれ取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された飛行情報に基づいて、航空機間の相対速度を算定する算定手段と、
予め定められた所定の立体形状からなる保護領域を、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間にそれぞれ設定する領域設定手段と、
前記領域設定手段により設定された各保護領域の一部を、前記算定手段により算定された相対速度に従って、進行方向へ拡張するように変形させる領域変形手段と、
前記領域変形手段により変形された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、取得手段は、例えば、レーダスキャン等により、管制すべき各航空機の飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を、それぞれ取得する。また、算定手段は、取得手段により取得された飛行情報に基づいて、航空機間の相対速度を算定する。領域設定手段は、予め定められた所定の立体形状（例えば、円柱形状）からなる保護領域を、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間にそれぞれ設定する。領域変形手段は、領域設定手段により設定された各保護領域の一部を、算定手段により算定された相対速度に従って、進行方向へ拡張するように変形させる。そして、検出手段は、領域変形手段により変形された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する。
このように、航空機間の相対的な関係に基づいて、保護領域の形状（つまり、保護領域の範囲）を動的に変化させる。このため、現実の管制官の感覚に近い衝突危険状態の判断を行えることになる。
この結果、航空機同士の衝突危険状態を適切に検出することができる。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る衝突危険予測システムは、
管制すべき各航空機の飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を、それぞれ取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された飛行情報に基づいて、各航空機の速度ベクトルを求め、速度ベクトル同士から定まる相対ベクトルを算定する算定手段と、
予め定められた円柱形状からなる保護領域を、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間にそれぞれ設定する領域設定手段と、
前記領域設定手段により設定された各保護領域に、前記算定手段により算定された相対ベクトルに応じて大きさが異なる立体形状の領域を、各航空機の進行方向に対応させてそれぞれ付加し、各保護領域を拡張させる領域拡張手段と、
前記領域拡張手段により拡張された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、取得手段は、例えば、レーダスキャン等により、管制すべき各航空機の飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を、それぞれ取得する。また、算定手段は、取得手段により取得された飛行情報に基づいて、各航空機の速度ベクトルを求め、速度ベクトル同士から定まる相対ベクトルを算定する。領域設定手段は、予め定められた円柱形状からなる保護領域を、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間にそれぞれ設定する。領域拡張手段は、領域設定手段により設定された各保護領域に、算定手段により算定された相対ベクトルに応じて大きさが異なる立体形状（例えば、扇形柱形状）の領域を、各航空機の進行方向に対応させてそれぞれ付加し、各保護領域を拡張させる。そして、検出手段は、領域拡張手段により拡張された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する。
このように、航空機間の相対的な関係に基づいて、保護領域の形状（つまり、保護領域の範囲）を動的に変化させる。このため、現実の管制官の感覚に近い衝突危険状態の判断を行えることになる。
この結果、航空機同士の衝突危険状態を適切に検出することができる。
【００１１】
前記領域拡張手段は、相対ベクトルに応じて少なくとも半径の長さが異なる扇形柱形状の領域を保護領域に付加することにより、各保護領域を拡張させてもよい。
【００１２】
上記衝突危険予測システムは、各航空機の飛行位置により、予め定められた基準距離よりも短い距離を隔てた航空機同士を特定する特定手段を更に備え、
前記検出手段は、前記特定手段により特定された航空機に対応する保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出してもよい。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
管制すべき各航空機の飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を、それぞれ取得する取得手段、
前記取得手段により取得された飛行情報に基づいて、航空機間の相対速度を算定する算定手段、
予め定められた所定の立体形状からなる保護領域を、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間にそれぞれ設定する領域設定手段、
前記領域設定手段により設定された各保護領域の一部を、前記算定手段により算定された相対速度に従って、進行方向へ拡張するように変形させる領域変形手段、
前記領域変形手段により変形された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する検出手段、
として機能させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、航空機同士の衝突危険状態を適切に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態にかかる衝突危険予測システムについて、以下、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態に適用される衝突危険予測システムの構成の一例を示す模式図である。
図示するように、この衝突危険予測システムは、レーダ装置１と、処理装置２と、表示装置３とを含んで構成される。
【００１７】
レーダ装置１は、所定の管制空域内において、レーダスキャンをすることにより、航空機の飛行位置（現在位置）を検出する。例えば、レーダ装置１は、４秒間隔で逐次スキャンすることにより、各航空機の飛行位置をそれぞれ検出する。
そして、レーダ装置１は、航空機毎に、飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報を逐次生成し、生成した飛行情報を処理装置に供給する。
なお、レーダ装置１と処理装置２とが離れて設置されている場合には、レーダ装置１と処理装置２とが、所定の専用線等により接続されていてもよい。
【００１８】
処理装置２は、所定のコンピュータ等からなり、図示せぬ補助記憶部に記憶されたプログラムに基づいて、衝突危険予測システム全体を制御する。
一例として、処理装置２は、飛行情報取得部２１と、演算処理部２２と、記憶部２３と、表示情報生成部２４とを含んで構成される。
【００１９】
飛行情報取得部２１は、所定のインタフェース等からなり、上述したレーダ装置１により逐次生成される飛行情報を取得する。つまり、飛行位置、速度及び、方向を含む飛行情報（各航空機に対応した飛行情報）をレーダ装置１から取得する。
【００２０】
演算処理部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等からなり、種々の演算等を行う。なお、演算処理部２２は、一例として、算定部２２ａ、設定部２２ｂ、変形部２２ｃ、及び、検出部２２ｄとして、機能する。
【００２１】
算定部２２ａは、飛行情報取得部２１がレーダ装置１から取得した飛行情報に基づいて、航空機間の相対速度を算定する。例えば、算定部２２ａは、飛行情報に基づいて、各航空機の速度ベクトルを求め、速度ベクトル同士から定まる相対ベクトルを算定する。
【００２２】
設定部２２ｂは、各航空機の飛行位置に対応して、記憶部２３のメモリ空間（仮想空間）に保護領域を設定する。例えば、設定部２２ｂは、図２に示すように、航空機ＡＰ（飛行位置）を中心として、半径（水平間隔）５ＮＭ（Nautical Mile）、垂直間隔１０００ｆｔ（feet）の円柱形状の保護領域ＳＡを、仮想空間に設定する。
【００２３】
変形部２２ｃは、設定部２２ｂに設定された保護領域を、算定部２２ａにより算定された相対速度（相対ベクトル）に従って変形させる。すなわち、変形部２２ｃは、設定された保護領域に、算定された相対ベクトルに応じて大きさの異なる立体形状の領域を、航空機の進行方向に対応させてそれぞれ付加し、保護領域を拡張させる。
例えば、変形部２２ｃは、図３（ａ）に示すように、扇形柱形状の領域Ｆを進行方向に対応させてそれぞれ付加し、保護領域ＳＡを拡張させる。なお、この領域Ｆは、相対ベクトルに応じて、扇形柱形状の半径等が適宜変更される。
【００２４】
より詳細に説明すると、図４（ａ）に示すように、Ａ機とＢ機とが対面（対向）するように飛行している場合を、２機の航空機間で想定される最も危険な状態とし、扇形柱形状の半径を最も長くする。例えば、Ａ，Ｂ機が共に５００ｋｎｏｔ（ノット）の速度で飛行している場合に、扇形柱形状の半径を２０ＮＭとする。この２０ＮＭを最大値として、航空機同士の相対ベクトルに応じて扇形柱形状の半径を変化させる。
図４（ａ）の場合、Ａ，Ｂ，Ｃ機のベクトルの長さが全てａのとき、Ａ−Ｂ間の相対ベクトルは２ａとなり、また、Ｂ−Ｃ間の相対ベクトルは√２ａとなる。なお、Ｂ，Ｃ機は、共に４００ｋｎｏｔの速度で直角に向き合って飛行しているものとする。
このようなＢ，Ｃ機の扇形柱形状の半径は、図４（ｂ）に示す式により、求めることができる。そして、変形部２２ｃは、求めた半径の扇形柱形状の領域を、航空機の進行方向に対応させてそれぞれ付加し、保護領域を拡張させる。
【００２５】
このような扇形柱形状の領域が、航空機間の相対ベクトルに応じて、その半径が異なるため、最終的な保護領域は、動的に変化することになる。
例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、変形部２２ｃは、航空機間の相対ベクトル（相対速度）に応じて、保護領域ＳＡを拡張させる。なお、図５（ａ）は、航空機同士が直角に交差するように飛行している状態の保護領域ＳＡであり、図５（ｂ）は、航空機同士がほぼ同一方向に飛行している状態の保護領域ＳＡであり、そして、図５（ｃ）は、航空機同士が同一方向に飛行している状態の保護領域ＳＡである。なお、図５（ｃ）では、相対ベクトルが０の場合を示し、扇形柱形状の半径も０（扇形柱形状の領域が付加されない）の保護領域ＳＡとなっている。
【００２６】
なお、付加する領域の形状は、扇形柱形状に限られず、適宜変更可能である。例えば、変形部２２ｃは、図３（ｂ）に示すように、直方体形状の領域Ｆを進行方向に対応させてそれぞれ付加し、保護領域ＳＡを拡張させてもよい。
また、円柱形状の保護領域自体を適宜変形させてもよい。
【００２７】
図１に戻って、検出部２２ｄは、変形部２２ｃにより変形された保護領域同士の重なりに基づいて、衝突危険状態を検出する。
つまり、保護領域同士に、重なりが生じている場合に、検出部２２ｄは、衝突危険状態を検出する。逆に、保護領域同士に重なりが生じていない場合には、衝突危険状態ではないと判別する。
例えば、検出部２２ｄは、上述の図５（ａ）〜（ｃ）に示すような保護領域ＳＡ同士の重なりに応じて、衝突危険状態を検出する。この場合、航空機間の相対ベクトルに応じて、保護領域ＳＡが動的に変化しているため、現実の管制官の感覚に近い判断がなされることになる。
【００２８】
記憶部２３は、メモリ等からなり、演算処理部２２が処理に必要とする種々の情報を記憶する。例えば、記憶部２３は、上述の設定部２２ｂが設定し、変形部２２ｃが適宜変形させる保護領域等を記憶する。
【００２９】
表示情報生成部２４は、表示装置３に表示するための、種々の表示情報を生成する。例えば、表示情報生成部２４は、各航空機の飛行位置に対応する表示位置に、航空機を示すシンボルや補助情報（航空機の識別情報、速度、高度等）を表示するための表示情報を生成する。なお、上述の検出部２２ｄが、衝突危険状態を検出した際に、衝突危険状態の発生を報知する表示情報も生成する。
【００３０】
表示装置３は、所定の表示用モニタ等からなり、衝突危険予測システムに必要な種々の情報を表示する。例えば、表示装置３は、上述の表示情報生成部２４が生成した表示情報に基づいて、各航空機の飛行位置に対応する表示位置に、航空機を示すシンボルや補助情報を表示する。また、上述の検出部２２ｄが、衝突危険状態を検出した際に、管制官にその旨を報知するための報知情報も表示する。
【００３１】
以下、上述した構成による衝突危険予測システムの動作について、図６を参照して説明する。この図６は、処理装置２が実行する衝突危険状態検出処理を説明するためのフローチャートである。なお、この衝突危険状態検出処理は、繰り返し実行される。
【００３２】
まず、処理装置２は、全航空機の飛行状態を取得する（ステップＳ１１）。つまり、処理装置２は、レーダ装置１から供給される飛行情報を取得する。
【００３３】
処理装置２は、各航空機の飛行位置から基準範囲内に他の航空機が位置するか否かを判別する（ステップＳ１２）。例えば、処理装置２は、各航空機の飛行位置を中心として、半径Ｒ（Ｒは規定値）の基準円を規定し、この基準円内に他の航空機が存在するかどうかを判別する。
処理装置２は、各航空機の基準範囲内に他の航空機が位置しないと判別すると、そのまま衝突危険状態検出処理を終える。
【００３４】
一方、何れかの航空機の基準範囲内に他の航空機が位置すると判別した場合に、処理装置２は、対象となる航空機（航空機の組み）を特定し、特定した各航空機の速度ベクトルをそれぞれ求め、当該航空機同士の相対ベクトルを算定する（ステップＳ１３）。
つまり、算定部２２ａは、飛行情報に基づいて、各航空機の速度ベクトルを求め、速度ベクトル同士から定まる相対ベクトルを算定する。
【００３５】
処理装置２は、算定した相対ベクトル等に基づいて、各航空機に対応する保護領域をそれぞれ設定し、各航空機の飛行位置に対応する仮想空間に配置する（ステップＳ１４）。
つまり、設定部２２ｂは、各航空機の飛行位置に対応して、記憶部２３のメモリ空間に、図２に示すような保護領域ＳＡを設定する。そして、変形部２２ｃは、設定された保護領域に、算定された相対ベクトルに応じて半径の異なる扇形柱形状の領域を、航空機の進行方向に対応させてそれぞれ付加し、保護領域を拡張させる。すなわち、図３（ａ）に示すように、扇形柱形状の領域Ｆを進行方向に対応させてそれぞれ付加し、保護領域ＳＡを拡張させる。なお、この領域Ｆは、相対ベクトルに応じて、扇形柱形状の半径等が適宜変更される。
【００３６】
処理装置２は、各航空機の保護領域同士が重なるか否かを判別する（ステップＳ１５）。
つまり、検出部２２ｄは、変形部２２ｃにより変形された保護領域同士が重なるか否かを判別する。例えば、検出部２２ｄは、上述の図５（ａ）〜（ｃ）に示すような保護領域ＳＡ同士の重なりに応じて、衝突危険状態を検出する。この場合、航空機間の相対ベクトルに応じて、保護領域ＳＡが動的に変化しているため、現実の管制官の感覚に近い判断がなされることになる。
【００３７】
処理装置２は、保護領域同士が重ならないと判別すると、衝突危険状態が検出されないとして、衝突危険状態検出処理を終える。
一方、保護領域同士が重なると判別した場合に、処理装置２は、衝突危険状態を検出する（ステップＳ１６）。そして、処理装置２は、衝突危険状態の検出を示す情報を表示装置３に表示して、管制官等にその旨を報知する（ステップＳ１７）。
【００３８】
このように、航空機間の相対的な関係に基づいて、保護領域の形状（つまり、保護領域の範囲）を動的に変化させる。このため、現実の管制官の感覚に近い衝突危険状態の判断を行えることになる。
この結果、航空機同士の衝突危険状態を適切に検出することができる。
【００３９】
上記の実施の形態では、円柱形状の保護領域に扇形柱形状（又は、直方体形状）の領域を付加して、保護領域の形状を変化させたが、これら保護領域の形状は、一例であり、他の形状にて保護領域を設定してもよい。
【００４０】
なお、本発明の衝突危険予測システムは、専用のハードウェアに限られるものではなく、通常のコンピュータシステムによっても実現することができる。
例えば、上記の実施形態では、衝突危険予測システムのプログラムが、メモリ等に予め記憶されているものとして説明した。しかし、上述の処理動作を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理動作を実行をする衝突危険予測システムを構成してもよい。
【００４１】
また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するようにしてもよい。さらに、通信ネットワークを介してプログラムを転送しながら起動実行することによっても、上述の処理を達成することができる。
また、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロード等してもよい。
【００４２】
以上説明したように、本発明によれば、航空機同士の衝突危険状態を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る衝突危険予測システムの構成の一例を示す模式図である。
【図２】設定時点の保護領域を説明するための模式図である。
【図３】（ａ），（ｂ）共に、変形された（拡張された）保護領域を説明するための模式図である。
【図４】（ａ）が航空機の位置関係（飛行状況）を示す模式図であり、（ｂ）が保護領域（扇形柱形状の半径）の算出方法を示す式である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）共に、航空機同士の保護領域を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る衝突危険状態検出処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１    レーダ装置
２    処理装置
２１  飛行情報取得部
２２  演算処理部
２３  記憶部
２４  表示情報生成部
３    表示装置
【図１】
0004640806.tif 000002
【図２】
0004640806.tif 000003
【図３】
0004640806.tif 000004
【図４】
0004640806.tif 000005
【図５】
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【図６】
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