JP2000512015A - 乗り物が移動領域に対し横方向に回避する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回避すべき移動領域（１０）に関し周期的に提供される情報を使用し、乗り物の最初に計画されたルート（２）から出発する移動領域（１０）に対し乗り物（１）が横方向に回避しるための方法であり、本発明に基づく方法は次ぎのステップを備えている：回避すべき領域（１０）の範囲を周期的に定めること（１８）、前記の範囲の外接円（１２）を決め、該円（１２）の速度ベクトル（３）を決めること、該円（１２）の通路の上にあるルート（２）の部分を決めること、乗り物が該円（１２）に入るならば、該円（１２）により境界が定められた領域を回避するため左側軌跡（Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３）と右側軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ３）を計算すること、計算された新しいルートの長さと回避すべき領域（１０）が動く方向の関数として二つの回避軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ３，Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３）の一方を選択すること。

Description

【発明の詳細な説明】 乗り物が移動領域に対し横方向に回避する方法 本発明は、横切りたくない移動領域に対し乗り物が横方向に回避する軌跡を決 定する方法に関する。 本発明は、特に重航空機の操縦に適用し、パイロットが飛行中に敏速に回避軌 跡を決定することを助け、例えば予め発生している様な気象的に危険な領域を避 けることができるが、これに限定されない。 現実には、重航空機が絶対に避ける必要のある最も特徴的な気象現象は積乱雲 内に生ずるあらしの発生である。この積乱雲内では乱気流や着氷の厳しい状態が あり、稲妻の落ちる危険が考えられる。 この現象を避けるため、殆どの重航空機には無視界操縦用の装置が取り付けら れている。この装置により、気象情報を提供する気象レーダを使用することがで きる。この情報により気象的に危険なレベルを含んだ輪郭が特に与えられる。し かし、この情報を見た場合、パイロットは視界のない領域の回避を行うか、又は この領域を横切るかいずれかにより気象上の問題を手動で処理する必要があった 。 本発明の目的は、突然の現象が生じている領域を横方向に通過することにより この現象を避ける必要がある場合、乗り物のパイロットの処理を楽にすることで ある。これを行うため、本発明は最初の飛行ルートから出発し、回避すべき移動 領域の輪郭と乗り物の現在の位置と速度を与えている情報を周期的に提供し少な くとも一つの 移動領域の乗り物を横方向に回避する方法を提供している。 本発明によれば、この方法は次のステップを連続して備えていることを特徴と している： −前記輪郭の情報を利用して回避すべき領域の範囲を周期的に定めること、 −回避すべき領域の範囲に対する外接円と、該外接円の連続した位置を記録して 外接円の速度ベクトルを決定すること、 −外接円の通路の上に位置している飛行ルートの一部を決定し、乗り物が前記ル ートの部分にある時外接円の位置を定めること、 −位置が定められ、外接円が乗り物の飛行ルートを横切るとき、外接円により境 界が定められる領域を回避する左側軌跡と右側軌跡を計算することで、左側軌跡 と右側軌跡は最初の飛行ルートの出口点と帰還点に接続されている、 −該計算された回避軌跡を含む新しいルート長と、回避すべき領域に対する外接 円の中央の速度ベクトルの関数として、これら二つの回避軌跡の一つを選択する こと。 これらの段階を備えることにより、移動領域に対する回避を完全に自動的に行 うことができる。 本発明の特徴によれば、最初の飛行ルートの出口点と帰還点は、回避すべき領 域の範囲についての外接円に対する正接点と交差した点に対応しており、最初の 飛行ルートに対し予め定められた角度を形成している。左側及び右側の回避軌跡 はこれらの正接点により定められる。 好適には、本発明に基づく方法は、更に多数の移動領域がある場合にも適用で きる。この場合、該方法は更に次のステップを備えて いる： −回避すべき領域のそれぞれの範囲に対する外接円を決めることと、これらの外 接円の位置を連続して記録することにより前記の様に決められた外接円のそれぞ れの速度ベクトルを決めること、 −乗り物が前記領域により横切られるルートの部分の上に位置しているそれぞれ の時に、乗り物の飛行ルートに対してそれぞれの領域の位置を定めること、 −飛行ルートの上にある第一の領域を決め、回避すべき第一の領域の外接円との 正接により境界が定められているセクターの中にあり、更に乗り物の現在の位置 を通過する回避すべき領域の第一の選択を決めること、 −第一の領域より所定の閾値だけ少ない距離にある領域を、予め選択された領域 の中から第二の選択を行うこと、又は該第二の間に既に選択された領域から第二 の選択を行うこと、 −第一の領域を考慮して最初の飛行ルートからの出口点を決めることと、更に選 択された最新の領域を考慮して該飛行ルートに対する帰還点を決めること、 −前に選択されたそれぞれの領域の外接円に対する正接セグメントと、更に飛行 ルートに対する出口点と帰還点を通過するセグメントを計算すること。 本発明に基づく方法の実施例を別添の図面を参照して以下に記載するが、この 実施例に限定されない。 図１は本発明に基づく方法を実施する目的のコンピュータを備えた重航空機の 電子装置のブロック図を示している。 図２は回避すべき領域を検出する信号を方法通りに実行するアル ゴリズムのブロック図を示している。 図３は回避すべき領域を横切る重航空機の軌跡を示すブロック図である。 図４は可能な回避の軌跡を示すブロック図である。 図５は回避すべき二つの連続した領域が重航空機の軌跡の上にある場合を示し ている。 図１に示す様に、本発明に基づく方法は特に重航空機に搭載されたコンピュー タ４により実行される様に設計されている。コンピュータ４は、“航空機バス” と言うデータ伝送バス５により自動操縦装置１４と航行設備１６を含む航行装置 と、気象レーダ９と、更に制御装置及び例えば操縦室に設置されている表示装置 ７とスピーカー８の様な信号伝達装置を備えたマン／マシンインターフェイス装 置６に接続されている。 周知の方法では、自動操縦装置１４は出発地と目的地の間で直線的なセグメン トの連続している重航空機の飛行軌跡が記録されているメモリを備えている。 更に、気象レーダ９はレーダから発射された電磁波を反射する物体、例えば水 又は氷の粒子の密度と降雨量を決定する様に設計されている。このレーダは周期 的に情報を出し危険段階に関係する領域の輪郭を再現する。 図２に示すアルゴリズムは重航空機に搭載されている該コンピュータ４により 実行される。該アルゴリズムは第一に気象レーダ９が周期的に供給するデータを 連続的に捕捉することと（ステップ１８）、受信したデータに関係する危険の段 階を調査すること（ステップ１９）からなる。この分析は殆どが航空機と同じ水 平面で行われ るが（傾斜がゼロ）、若干正又は負の角度（−５度また＋５度の傾斜）でも行わ れ、気象現象の大きさと危険の特徴が明確になる。 回避すべき領域、即ちある閾値を越えた危険の段階に関係する領域がこの気象 レーダ９により検出された、例えば積乱雲からなるあらしの領域に相当する領域 である時、コンピュータ４はこれらのデータがレーダ９から供給される毎に、こ れらのデータからあらしの領域１０の境界を定める円１１を決定する（図３を参 照）。この円は例えば中心０の位置と半径により決定される。第一の近似を行う ため、該位置と半径の値は一番遠い領域の危険性の意味を示す段階の輪郭の点を 検討して決定される。回避すべき軌跡を最適に定める観点からこれらの値をより 正確に決定するため、該領域の該輪郭は第一に直線的なセグメントを連続させて モデル化し、次に凹面の点を取り除き凸形の多角形で該領域をモデル化する処理 を行う。次に、領域の中心は重心を計算して決定する。境界の定められた円の半 径は前述の様に計算した領域の中心と、該中心から一番遠い領域の輪郭の点との 間の距離に対応している。 この円を周期的に決めることにより領域１０の移動を示す速度ベクトルを計算 することができる。 これらの計算された値は、他の搭載機器１６又は無線でこの情報を送信する地 上装置により提供され、航空機バス５にリンクされているトランシーバー１５に より受信される気象情報と統合できることは勿論である。 これらの計算がステップ２１で行われると、コンピュータ４はステップ２２で 検索する。ステップ２２は値が一定と見なされる速度ベクトルと、回避すべき領 域の最新の位置１０と、飛行ルート２と 、重航空機１の現在の位置と速度に関しており、重航空機１が円１１でモデル化 された領域１０に入る可能性があるか見つけ出す。 重航空機が領域１０に入る可能性が無ければ、レーダから得られる情報の分析 はこのアルゴリズムのスタート２０に戻るまで続く。反対に入る可能性があれば 、コンピュータ４は表示７に対するメッセージを送り、パイロットに重航空機１ の進行するルート２は回避することが好ましい危険な領域を横切ることを警告す る（ステップ２３）。次に、コンピュータ４は回避軌跡の計算にトリガーをかけ る（ステップ２４）。この回避軌跡は第一に図３に示す様に重航空機１の飛行ル ート２に対し重航空機１が円１１の通路内にいる時、例えば点０である軌跡の交 点に円１１の位置を定めることからなる。 この構成では、コンピュータ４は円１１と同心である安全円１２を例えば５海 里である安全マージンを加えることにより決定する。この安全マージンは領域１ ０の大きさ及び／又は危険の段階により定まり、円１２は重航空機１が交差すべ きでない境界となっている。コンピュータは次に最初の飛行ルート２に対し、セ グメントＡ１−Ａ２，Ａ２−Ａ３，Ｂ１−Ｂ２を計算することにより出口点Ａ１ ，Ｂ１及び帰還点Ａ３，Ｂ３を決定する。これらのセグメントは安全円２に正接 しており、最初の軌跡に対し３０度又は４５度の角度（この領域について有効な エアー調整により決まる）をなしている。更に、コンピュータは円１２の両方の 側の領域１０を回避する様にする。 これらのセグメントＡ１−Ａ２，Ａ２−Ａ３，Ｂ１−Ｂ２，Ｂ２−Ｂ３は、領 域１０に関連してそれぞれ右側回避軌跡Ａ１−Ａ２− Ａ３と左側回避軌跡Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３を定め、該回避軌跡は最初の飛行軌跡２に 対し出口点Ａ１，Ｂ１および帰還点Ａ３，Ｂ３に接続されている。 回避ルートは二つの回避ルートＢ１−Ａ１−Ａ２−Ａ３，Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３− Ａ３が同じ端Ｂ１，Ａ３を有する様に回避軌跡に飛行ルート２の部分Ｂ１−Ａ１ ，Ｂ３−Ａ３を加えることにより得られている。 次にこの様に計算された二つの回避ルートＢ１−Ａ１−Ａ２−Ａ３とＢ１−Ｂ ２−Ｂ３−Ａ３の一方を選ぶことが必要である。これを行うため、コンピュータ ４により二つの計算された回避軌跡を備えた二つの新しいルートのそれぞれの長 さを定め、より短いルートを選択する。もし、二つのルートの長さが等しいなら ば、気象現象の風上にあるルートが選ばれる。 図４に示す様に、選択された回避ルートは点Ａ１，Ａ２及びＡ３を通過するル ートである。 この新しいルートにより、スクリーン７の上に表示される最初の飛行計画をパ イロットの確認の要求により変更することができる。点Ａ１，Ａ２及びＡ３は新 しい飛行計画の中に飛行方向の変更点の格好として挿入される。点Ａ１とＡ３の 間にある最初のルートの部分は消される。 ステップ２５で、コンピュータ４は上述の様に計算された回避軌跡Ａ１−Ａ２ −Ａ３を含む新しい飛行計画をパイロットが確認するのを待機し、最初に計画さ れたルート２からの出口点Ａ１を通過するまでこの待機が続く（ステップ２６） 。この待機の間、コンピュータ４は重航空機１の現在の位置を検討しながら出口 点Ａ１の距離 の値を計算し表示する。この値は周期的に更新される（ステップ２７）。 前述の待機の間にパイロットが新しい飛行計画を確認すれば、該飛行計画は最 初計画された飛行計画の代わりに自動操縦装置１４に送られ、該装置を働かす（ ステップ２８）。 好都合なことに、セグメントＡ１−Ａ２からセグメントＡ２−Ａ３への移行は 簡単な移行である。即ち、円弧に沿った移行は重航空機の速度により左右され、 この移行により移動領域１０を通過することができ、出来るだけ近づいた輪郭に 従う。 パイロットが新しい飛行計画を確認せずに出口点Ａ１を通過すると、ステップ ２９でコンピュータ４はパイロットにメッセージを送り出口点を通過したことを 知らせる。次に、ステップ３０で、コンピュータ４は重航空機１の現在の位置と 円１２で範囲が定められた領域の入口点Ｚとの距離を計算する。重航空機１が点 Ｚに到達しない限り、この距離は表示され周期的に更新される（ステップ３１） 。この点Ｚを通過した後に、コンピュータ４はパイロットに危険な領域にいるこ とを知らせる警報メッセージを送る（ステップ３２）。次に、コンピュータ４は この点から出口点Ｚ’までの位置と、現在の位置と、更に重航空機１の速度も考 慮して出るべき危険領域を待ち（ステップ３３）、気象レーダ９からデータを得 るステップ１８に戻る。 好都合なことに、回避軌跡の計算により他の重航空機の存在やレーダにより分 離される他の危険な領域が検討される。 二つの領域１０，１０’が検出された場合、コンピュータ４はそれぞれ二つの 領域１０，１０’を囲む二つの安全な円１２，１２’ を決める（図５）。 第二の領域１０’（重航空機からより遠い方）が、重航空機１の現在の位置を 通過する第一の領域１０の安全円１２に対する二つの正接１３，１３’により境 界が定められるセクター内の第一の領域１０と一緒にあるか無いかにより二つの 場合が生ずる。 第二の領域１０’の中心がこのセクターの外にあるならば、この領域は考慮さ れない。反対にこのセクターの内ならば、第二の領域１０’が第一の領域１０か ら非常に遠いか否か、例えば第一の領域１０を囲む円１２の半径の５倍に相当す る距離にあるか否かを検討することは妥当である。 第二の領域１０’が第一の領域１０から非常に遠いと、分離したそれぞれの領 域１０，１０を考慮し、更により近い領域１０の回避を始めながら二つの連続し た回避が行われる。 反対に遠く、更に二つの領域１０，１０’が同時に重航空機１の最初の飛行軌 跡２を横切ると、回避の軌跡が前の様に最初の軌跡２から離れている軌跡セグメ ントＡ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２を計算し、第一の領域１０と最初の軌跡２に復帰す るセグメントＡ３’−Ａ４’及びＢ３’−Ｂ４’を計算し、第二の領域１０’を 検討し図５に示す様に作る。 次に、軌跡セグメントＡ２−Ａ３’とＢ２−Ｂ３’を計算する必要がある。点 Ａ２と点Ｂ２は点Ａ１とＢ１から円１２への正接と二つの円１２及び１２’への 正接の交差により定まり、点Ａ３’とＢ３’は二つの円１２及び１２’への正接 と復帰点Ａ４’及びＢ４’を通過する円１２’への正接との交差により定まる。 前述の様に、最後に検討を要する回避軌跡はより短い新しいルー トとなる回避軌跡である。二つの新しいルートの長さが同じであれば、選択され る新しいルートは回避される領域１０，１０’の風上にあるルートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．最初の飛行ルート（２）から出発し、回避すべき移動領域（１０）の輪郭の 位置と乗り物（１）の現在の位置と速度を与えている情報を周期的に提供し少な くとも一つの移動領域（１０）の乗り物（１）を横方向に回避する方法であって 、連続して次ぎのステップ； −前記輪郭の情報を利用して回避すべき領域（１０）の範囲を周期的に定めるこ と（１８）、 −回避すべき領域（１０）の範囲に対する外接円（１２）と、該外接円（１２） の連続した位置を記録して外接円の速度ベクトル（３）を決定すること、 −外接円（１２）の通路の上に位置している飛行ルート（２）の一部を決定し、 乗り物（１）が前記ルート（２）の部分にある時外接円の位置を定めること、 −位置が定められ、外接円（１２）が乗り物（１）の飛行ルート（２）を横切る とき、外接円（１２）により境界が定められる領域を回避する左側軌跡（Ｂ１− Ｂ２−Ｂ３）と右側軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ３）を計算することで、左側軌跡と右 側軌跡は最初の飛行ルート（２）の出口点（Ａ１，Ｂ１）と帰還点（Ａ３，Ｂ３ ）に接続されている、 −該計算された回避軌跡を含む新しいルート長と、回避すべき領域（１０）の動 く方向の関数として、これら二つの回避軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ３，Ｂ１−Ｂ２− Ｂ３）の一つを選択すること、 を備えていることを特徴とする方法。 ２．最初の飛行ルート（２）の出口点（Ａ１，Ｂ１）と帰還点（Ａ３，Ｂ３）は 、回避すべき領域（１０）の範囲への外接円（１２）に対する正接（Ａ１−Ａ２ ，Ａ２−Ａ３，Ｂ１−Ｂ２，Ｂ２−Ｂ３）点と交差した点に対応し、最初の飛行 ルート（２）に対し予め定められた角度を形成しており、左側の回避軌跡（Ｂ１ −Ｂ２−Ｂ３）と右側の回避軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ３）がこれらの正接により定 められることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．多角形の輪郭により回避すべき領域の輪郭の近似と、凹形の点を取除くこと を備え、凸形の多角形の輪郭を得て、外接円の中心が凸形の多角形の輪郭に適用 される重心を計算することにより決定され、外接円の半径が前記中心点と該中心 点から一番遠い多角形の輪郭の点との間の距離を計算することにより決定される ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４．幾つかの領域（１０，１０’）が検出された時、更に次の段階： −回避すべき領域のそれぞれ（１０，１０’）の範囲に対する外接円（１２，１ ２’）を決めることと、これらの外接円の位置を連続して記録することにより前 記の様に決められた外接円のそれぞれの速度ベクトル（３）を決めること、 −乗り物（１）が前記領域（１０，１０’）により横切られるルート（２）の部 分の上に位置しているそれぞれの時に、乗り物（１）の飛行ルート（２）に対し てそれぞれの領域（１０，１０’）の位置を定めること、 −飛行ルート（２）の上にある第一の領域（１０）を決め、回避すべき第一の領 域（１０）の外接円（１２）との正接（１３，１３’）により境界が定められて いるセクターの中にあり、更に乗り物（１）の現在の位置を通過する回避すべき 領域（１０）の第一の選択を決めること、 −第一の領域（１０）より所定の閾値だけ少ない距離にある領域を、予め選択さ れた領域（１０，１０’）の中から第二の選択を行うこと、又は該第二の間に既 に選択された領域から第二の選択を行うこと、 −第一の領域（１０）を考慮して最初の飛行ルート（２）からの出口点（Ａ１， Ｂ１）を決めることと、更に第二の選択の間に選択された一番遠い領域（１０’ ）を考慮して該飛行ルート（２）に対する帰還点（Ａ４’、Ｂ４’）を決めるこ と、 −前に選択されたそれぞれの領域（１０，１０’）の外接円（１２，１２’）に 対する正接セグメント（Ａ２−Ａ３’）と、更に飛行ルート（２）に対する出口 点（Ａ１，Ｂ１）と帰還点（Ａ４’，Ｂ４’）を通過する正接セグメント（Ａ１ −Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ａ３’−Ａ４’，Ｂ３’−Ｂ４’）からなる左側回避軌跡 と右側回避軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ３’−Ａ４’，Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３’−Ｂ４’） を計算すること、 備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。 ５．回避すべきそれぞれの領域（１０，１０）に対する外接円（１２，１２’） の半径が前記領域に安全距離を加えることにより決定 されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。 ６．気象レーダ（９）により提供され危険の段階に関係した領域の輪郭（１０， １０’）を示す情報を連続して得ることを更に備え、回避すべき領域はこの危険 の段階が一定の閾値を越える時に検出されることを特徴とする請求項１から５の いずれか一つに記載の方法。 ７．選択した回避軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ３）を定めることと、最初のルート（２ ）から新しいルートを定めることを更に備え、この新しいルートが自動操縦装置 （１４）により実施されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記 載の方法。 ８．乗り物（１）の現在の位置と、最初のルート（２）から選択された回避軌跡 （Ａ１−Ａ２−Ａ３）に対する出口点（Ａ１）の間の距離を周期的に計算し表示 すること（２７）を更に備え、選択した回避軌跡を含む新しいルートの実行（２ ８）がこの新しいルートを確認したならば行われることを特徴とする請求項１か ら７のいずれか一つに記載の方法。 ９．出口点（Ａ１）が新しいルートを確認すること無く通過する時、乗り物（１ ）の現在の位置と回避すべき領域（１０）の間の距離を周期的に計算し表示する ことを更に備え、警報メッセージの表示（３２）は乗り物（１）が回避すべき領 域（１０）に入る時に行わ れることを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０．左側の回避軌跡（Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３）と右側の回避軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ ３）が、これら二つの軌跡を含む二つの新しいルート（Ｂ１−Ａ１−Ａ２−Ａ３ ，Ｂ１−Ｂ２−Ｂ３）の長さと、最初のルート（２）の部分（Ｂ１−Ａ１，Ｂ３ −Ａ３）とを計算することにより選択され、選択された軌跡（Ａ１−Ａ２−Ａ３ ）がより短い新しいルートになる軌跡であり、二つの新しいルートの長さが等し い時選択する軌跡は回避すべき領域（１０）の風上にある軌跡であることを特徴 とする請求項１から９のいずれか一つに記載の方法。