JP2012166779A - 航空機飛行経路を更新するために気象データを選択する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機の飛行経路に関係する、正確な気象予測を可能とする気象データを提供する。
【解決手段】航空機の予測された飛行経路に沿った、予測された飛行経路に関連する使用可能な気象データのサブセットを選択し、格納する方法１００を提供する。本方法は、擬似中間地点および飛行経路の水平セグメントに関係する関連する気象データを判定することと、飛行経路の非水平セグメントに関係する重み付き燃料燃焼誤差および重み付き時間誤差を最小にする気象データ点を選択することとを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、航空機または航空機飛行経路の他のユーザに後で提供するために、気象データ、たとえば航空機の飛行経路に関係する風データおよび温度データを選択することに関する。より具体的には、本発明は、航空機の飛行経路に関係する、正確な予測をそれから行うことができる関連する気象データのより小さいサブセットを作り、提供することに関する。

航空機飛行経路に沿った中間地点の気象データは、しばしば、航空機の飛行中に推定到着時刻および燃料燃焼を判定するために考慮される。たとえば、飛行管理システム（ＦＭＳ）は、航空機が飛行している間に地上局から通信システムを介してＦＭＳにアップロードされた風力データおよび温度データを考慮することができる。そのような気象データの量は、通常は多く、航空機飛行経路内の多数の点に沿って提供され得る。しかし、使用可能なメモリおよび使用可能な帯域幅の制限が、しばしば、アップロードされる気象データの量およびタイミングを妨げる。そのようなデータは、しばしば、開始点、終点、およびおそらくは航空機の飛行経路に沿った１つまたは少数の中間地点で航空機のＦＭＳにアップロードされる。多くの時に、開始点と終点との間の中間地点は、航空機の飛行経路に沿った地上航行援助（Ｎａｖａｉｄ）の位置に基づいて選択される。

米国特許出願公開第２０１０／０１９８４３３号明細書

データの制限は、そのデータに基づくＦＭＳ予報の正確さを危険にさらす可能性がある。また、航空機は、時々、途中でその飛行経路を変更するために管制承認を与えられ、この変更は、時々計画された中間地点なしで、予報をすばやく更新する必要をもたらす。多くのより長い飛行は、中間地点を伴わず、計画された中間地点の間の気象変化について考慮すべきデータを全く伴わない巡航内の長い航程を有する。たとえば、その航程中の更新されたデータを伴わない長い巡航中の風力および風向の変化は、予報された風の誤差を、したがって到着時刻計算の誤差をもたらす可能性がある。

航空機の予測された飛行経路および予測された飛行経路の計画された中間地点を受信することと、予測された飛行経路を含む領域の気象情報を受信することと、気象情報からフィルタリングし、予測された飛行経路に関連する気象情報だけを保持することと、予測された飛行経路のセグメントを選択することとによって、航空機の予測された飛行経路に沿った、予測された飛行経路に関連する使用可能な気象データのサブセットを選択し、格納する方法。この方法は、セグメントが水平セグメントである場合に、気象データの第１サブセットを作成するために、擬似中間地点と、擬似中間地点および計画された中間地点に関連する水平セグメント気象データとを判定する。この方法は、セグメントが非水平セグメントである場合に、気象データの第２サブセットを作成するために、選択された多次元風データに基づく燃料コストおよび時間コストの計算から非水平セグメント気象データを判定し、次いで、使用可能な気象データのサブセットとして第１サブセットおよび第２サブセットのうちの１つを格納する。

本発明の一実施形態を実行できる地上局対航空機通信システムを示す概略図である。 本発明の一実施形態による方法を適用できる飛行経路を示す概略図である。 本発明の一実施形態による風力データおよび温度データのサブセットの選択を示す流れ図である。 予報された風速の高度分布と一緒に、挿入された擬似中間地点を示す、図２の飛行経路を示す概略図である。 飛行経路の水平セグメントに関する風データセレクションおよび温度データセレクションの選択を示す流れ図である。 飛行経路の非水平セグメントに関する風データセレクションおよび温度データセレクションの選択を示す流れ図である。 冗長な風の除去を示すさまざまな標高での風データを示す図である。

以下の記載では、説明の目的で、本明細書で説明される技術の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細を示す。しかし、例示的実施形態をこれらの特定の詳細なしで実践できることは、当業者には明白であろう。他の場合には、例示的実施形態の説明を容易にするために、構造およびデバイスを線図の形で示す。

例示的実施形態を、下で図面を参照して説明する。これらの図は、本明細書で説明するモジュール、方法、およびコンピュータプログラム製品を実施する特定の実施形態のある詳細を示す。しかし、図面が、図面に存在する可能性がある限定を課すものと解釈してはならない。方法およびコンピュータプログラム製品を、その動作を達成するために任意の機械可読媒体上で提供することができる。実施形態を、既存のコンピュータプロセッサを使用して、この目的または別の目的のために組み込まれた特殊目的コンピュータプロセッサによって、またはハードワイヤドシステムによって実施することができる。

上で注記したように、本明細書で説明される実施形態は、その上に格納された機械実行可能命令またはデータ構造を担持しまたは有する機械可読媒体を含むコンピュータプログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、またはプロセッサを有する他の機械によってアクセスできる任意の使用可能な媒体とすることができる。例として、そのような機械可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、または機械実行可能命令もしくはデータ構造の形で所望のプログラムコードを担持しもしくは格納するのに使用でき、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、もしくはプロセッサを有する他の機械によってアクセスできる任意の他の媒体を含むことができる。情報が、ネットワークまたは別の通信接続（ハードワイヤド、無線、またはハードワイヤドもしくは無線の組合せのいずれであれ）を介して機械に転送されまたは提供される時に、その機械は、当然、その接続を機械可読媒体とみなす。したがって、すべてのそのような接続は、当然、機械可読媒体と呼ばれる。上記の組合せも、機械可読媒体の範囲に含まれる。機械可読命令は、たとえば、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、もしくは特殊目的処理機械にある機能または機能のグループを実行させる命令およびデータを含む。

実施形態を、たとえばネットワーク化された環境内で機械によって実行されるプログラムモジュールの形の、プログラムコードなどの機械実行可能命令を含むプログラム製品によって一実施形態で実施できる方法ステップの全体的な文脈で説明する。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するという技術的影響を有するか特定の抽象データ型を実施する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。機械実行可能命令、関連するデータ構造、およびプログラムモジュールは、本明細書で開示される方法のステップを実行するプログラムコードの例を表す。そのような実行可能命令または関連するデータ構造の特定のシーケンスは、そのようなステップで説明される機能を実施する対応する行為の例を表す。

実施形態を、プロセッサを有する１つまたは複数のリモートコンピュータへの論理接続を使用してネットワーク化された環境内で実践することができる。論理接続は、限定ではなく例としてここで提示されるローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）および広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含むことができる。そのようなネットワーキング環境は、オフィス全体または企業全体のコンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットでありふれたものであり、さまざまな異なる通信プロトコルを使用することができる。当業者は、そのようなネットワークコンピューティング環境が、通常、パーソナルコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのまたはプログラマブルな消費者エレクトロニクス、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、および類似物を含む多数のタイプのコンピュータシステム構成を含むことが理解されよう。

実施形態を、通信ネットワークを介してリンクされた（ハードワイヤドリンク、無線リンク、またはハードワイヤドリンクもしくは無線リンクの組合せのいずれによるものであれ）ローカル処理デバイスおよびリモート処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実践することもできる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールを、ローカル記憶装置とリモート記憶装置との両方に配置することができる。

例示的実施形態の全体または一部を実施する例示的システムは、処理ユニット、システムメモリ、およびシステムメモリを含むさまざまなシステムコンポーネントを処理ユニットに結合するシステムバスを含むコンピュータの形の汎用コンピューティングデバイスを含むことができる。システムメモリは、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。コンピュータは、磁気ハードディスクから読み取り、磁気ハードディスクに書き込むための磁気ハードディスクドライブ、リムーバブル磁気ディスクから読み取り、リムーバブル磁気ディスクに書き込むための磁気ディスクドライブ、およびＣＤ−ＲＯＭまたは他の光媒体などのリムーバブル光ディスクから読み取りまたはこれに書き込むための光ディスクドライブを含むこともできる。ドライブおよびそれに関連する機械可読媒体は、機械実行可能命令、データ構造、プログラムモジュール、およびコンピュータ用の他のデータの不揮発性ストレージを提供する。

実施形態で開示される方法の技術的効果は、飛行経路予測で使用される風および温度の正確さを高め、これによって航空機による予測された飛行経路の正確さを高めると同時に、航空機飛行の通信コストを最小にすることを含む。これを使用して、予測された飛行経路の時間ペナルティおよび燃料ペナルティを最小にすることもできる。

図１に、本発明の一実施形態が使用されるタイプの航空機−地上通信のシステム１を示す。航空機２０は、通信リンク３０によって地上局１０と通信することができる。通信リンク３０は、パケット無線および衛星アップリンクを含むがこれに限定されない任意のさまざまな通信機構とすることができる。具体的には、航空機２０は、通信リンク３０を介して地上局１０と通信できる機上の飛行管理システム（ＦＭＳ）（図示せず）を有する。ＦＭＳは、一般に、航空機２０の飛行経路に関係する気象データを格納するために使用可能な、制限された量のメモリを有する。地上局１０は、航空交通管制など、任意のタイプの通信する地上局１０とすることができる。一般に、通信リンク３０は、航空機２０の飛行経路に関係する広範囲の気象データを送信するために使用可能な限られた帯域幅を有し、どの場合でも、通信リンク３０を介して大量のディジタルデータを通信することは、高価になる可能性がある。任意のタイプの情報を通信リンク３０を介して通信することができるが、この実施形態は、具体的には航空機２０への気象データの通信に関する。

図２に、この場合には米国の、地理的地図４０にオーバーレイされた予測された飛行経路４４を示す。予測された飛行経路４４は、出発点４６および終点４８を含み、本発明のこの実施形態の目的で、水平セグメント５０（時々巡航セグメントとも呼ばれる）および非水平セグメント５４を含む。予測された飛行経路の水平部分５０は、予測された飛行経路４４と同一の開始点である水平セグメント開始点４６、水平部分の終点５８、および通常は地上Ｎａｖａｉｄである１つまたは複数の計画された中間地点６０を含む。非水平セグメント５４は、水平セグメント終点５８と同一の点とすることができる非水平セグメント開始点５８と、予測された飛行経路の終点４８と同一の点とすることができる非水平セグメント終点４８とを含む。

予測された飛行経路４４は、図２では１つの水平セグメント５０および１つの非水平セグメント５４を有するものとして図示されているが、予測された飛行経路は、任意の個数の水平セグメントおよび非水平セグメントを有することができる。燃料を燃焼する時により高い高度に登るためまたは突風を回避するためにジェットストリームなどの卓越風向を利用しまたはその影響を最小にするために航空機がその標高を変更する場合がある大陸横断飛行について特に、複数の水平セグメントおよび非水平セグメントがある場合がある。

一般に、航空機２０の着陸中の降下に対応する少なくとも１つの非水平セグメント５４がある可能性が高い。そのような降下は、したがって非水平セグメント開始点５８は、予測された飛行経路の終点４８から約７０マイルとすることができる。水平巡航高度を達成するための予測された飛行経路４４の離陸部分または上昇部分は、一般に短く、この実施形態においては、水平セグメント５０に組み込まれる。本発明のこの実施形態によれば、水平セグメント５０は、さらに、１つまたは複数の擬似中間地点７０を含むことができる。擬似中間地点は、飛行経路のパラメータに関係するある目的のために作成された人工的な基準点である。擬似中間地点を、航空機搭乗員によってまたは通信リンク３０を介して定義することができ、擬似中間地点は、地上航行援助に限定されない。擬似中間地点を、飛行経路の確立された中間地点がセットされた後に、途中で定義することができる。さらに、擬似中間地点を、緯度および経度によって、または経路上中間地点などの現在の飛行経路に沿った指定された距離によってなど、さまざまな形で定義することができる。

予測された飛行経路４４を、３次元飛行経路（３ＤＴ）として３次元（３Ｄ）空間内でまたは４次元飛行経路（４ＤＴ）として４次元（４Ｄ）空間内で説明することができる。３ＤＴの３つの次元は、緯度、経度、および高度を含む。４ＤＴの４つの次元は、緯度、経度、高度、および時間を含む。言い換えると、航空機飛行経路の４ＤＴ記述は、航空機２０が任意の所与の時点に３Ｄ空間内のどこにあるのかを定義する。

この実施形態では、水平セグメント５０に関連する気象データは、追い風データ、横風データ、および温度データと一緒に、中間地点６０および７０の空間定義としてＦＭＳに提供される。中間地点６０および７０の空間定義は、中間地点の緯度座標および経度座標を含む。追い風は、飛行経路４４に沿った任意の点での航空機２０の飛行経路４４と平行な風成分である。同様に、横風は、飛行経路４４に沿った任意の点での航空機２０の飛行経路４４に垂直な方向の風成分である。追い風の負の値である向かい風を、本明細書の開示から逸脱せずに追い風の代わりに使用することもできることに留意されたい。

また、この実施形態では、非水平部分５４に関連する気象データが、標高点、風速、風向、および温度として航空機２０のＦＭＳに提供される。ＦＭＳは、通常、風速および風向を横風成分および追い風成分に変換する。

気象データを、水平セグメント５０と非水平セグメント５４との両方について同時にまたは別々に通信リンク３０を介して航空機２０のＦＭＳに送信することができる。気象データは、両方のセグメント５０および５４の追い風要素、横風要素、および温度要素を含むが、気象データは、より多くのまたはより少ない要素を含むことができる。たとえば、気象データが、温度データなしで追い風成分および横風成分だけを含む場合がある。代替の例として、気象データが、追い風データ要素、横風データ要素、温度データ要素、湿度データ要素、および大気圧データ要素を含むことができる。

正確でタイムリーで適当な気象データが、飛行経路に関係するイベントの正確な予測を可能にするために、全飛行経路中に使用可能でなければならない。たとえば、水平セグメント５０内では、燃料燃焼および推定到着時刻が正確に判定されるように、適当な気象データを有することが望ましい。降下などの非水平セグメント５４では、グリーンアプローチを使用する傾向が航空産業にあり、このグリーンアプローチは、航空機２０の降下中および着陸中の燃料燃焼を減らすために正確な４Ｄ飛行経路を作るために正確で最新の気象データを必要とする。降下および着陸などの非水平セグメント５４の適当な気象データを用いて、燃料使用量を最適化することができる。

本発明のこの実施形態によれば、図３は、飛行経路４４に関係するイベントのより正確な予報を容易にするために通信リンク３０を介する航空機２０への送信のために使用可能な気象データの適当なサブセットを選択する方法１００を示す。方法１００は、水平セグメント５０と非水平セグメント５４との一方または両方での予測された飛行経路４４に関係する、航空機２０のＦＭＳまたはデータの他のユーザのための気象データを生成する。方法１００は、１０２で、予測された飛行経路４４を受信することから始まる。次に、１０４では、予測された飛行経路４４を含む領域の風データおよび温度データを受信する。１０６では、航空機の予測された飛行経路４４の温度データおよび風力データのすべてをフィルタリングする。言い換えると、航空機２０の予測された飛行経路４４に関係するデータだけが、後続ステップでのさらなる選択のために保持される。その後、１０８では、航空機の予測された飛行経路４４が水平セグメント５０を有するかどうかを判定する。そうである場合には、１１０で水平セグメント５０の風データおよび温度データを判定し、これは、図５に関連してより詳細に説明するステップである。そうではない場合に、または水平セグメント５０の風データおよび温度データを１１０で判定した場合に、方法１００は、進行して、１１２で、予測された飛行経路４４が非水平セグメント５４を有するかどうかを判定する。そうである場合には、１１４で非水平セグメントの風データおよび温度データを判定し、これは、図６に関連してより詳細に説明するステップである。そうではない場合に、または非水平セグメント５４の風データおよび温度データを１１４で判定した場合に、方法１００は、進行して、１１６で、風データおよび温度データのすべてを格納し、かつ／または航空機もしくはデータの他のユーザに送信する。１１６では、格納されかつ／または送信されるデータは、ステップ１０８および１１２で行われる判断に応じて、水平セグメントのみ、水平セグメントおよび非水平セグメント、または非水平セグメントのみの風データおよび温度データを含むことができる。

ここで図４を参照すると、予測された飛行経路４４の水平セグメント５０に沿った擬似中間地点７０の追加および風速の高度分布の判定における結果の改善が、絵図的に示されている。図２に示された飛行経路の水平セグメント５０の２次元描写が、図４では、水平セグメント開始点４６と水平セグメント終点５８との間に擬似中間地点７０を挿入することの潜在的重要性をよりよく示すために単一次元に投影されている。点１２０、１２２、および１２４は、それぞれ水平セグメント開始点４６、計画された中間地点６０、および終点５８での風力データを表す。風データは、追い風、横風、風力、風向、向かい風、またはその組合せを含むがこれに限定されない任意のタイプの風データを含むことができる。風データを、これらの点１２０、１２２、および１２４のそれぞれの間で補間して、水平セグメント５０の風速の高度分布１２６を生成することができる。風速の高度分布１２６は、水平セグメント開始点４６と水平セグメント中間地点６０との間の風データの第１の補間されたセグメント１２８と、水平セグメント中間地点６０と水平セグメント終点５８との間の風データの第２の補間されたセグメント１３０とを含む。前に述べたように、各補間されたセグメント１２８、１３０を介する風速の高度分布１２６の正確さに関する疑問がある。

本発明のこの実施形態によれば、擬似中間地点７０を伴う風速の高度分布１４０の評価は、擬似中間地点なしの風速の高度分布１２６より高い正確さをもたらすことができる擬似中間地点７０に対応する追加の風データ１３２、１３４、および１３６を含む。実質的に、擬似中間地点を伴う風速の高度分布１４０について、点の間の補間は、補間セグメント１４２、１４４、１４６、１４８、および１５０を用いてより短い距離にわたって行われる。擬似中間地点なしの風速の高度分布１２６などのより長い距離にわたる補間は、擬似中間地点を伴う風速の高度分布１４０と比較した時に明らかにわかるように、風データの予測に誤差を導入する可能性がある。たとえば、水平セグメント開始点４６と第１の擬似中間地点７０との間の経路では、補間されたセグメント１４２は、補間されたセグメント１２８内の同一の距離にわたる風データと異なる風データを含む。そのような不一致は、補間セグメント１４４を１２８と、１４６を１２８と、１４８を１３０と、および１５０を１３０と比較する時に存在する。したがって、予測された風データの無視できない誤差が、水平セグメント５０に沿った追加の擬似中間地点７０を用いてより短い距離にわたって補間することによって回避されることがわかる。

長い距離にわたって風データを補間することに関連する誤差を最小にするために、水平セグメント５０に沿った関連する風データおよび温度データを有する最も適当な擬似中間地点７０を選択する方法１１０を、図５で説明する。まず、１６０では、航空機の水平セグメント５０飛行経路を受信しまたは予測する。これは、全体的な飛行経路４４を受信することと、その飛行経路データから水平セグメント５０を判定することとを含むことができる。前に述べたように、飛行経路を、本明細書で開示される発明的概念から逸脱せずに、４ＤＴまたは３ＤＴとして記述することができる。

１６２では、水平セグメント５０を含む領域の風情報および温度情報も受信する。水平セグメント飛行経路５０と同様に、風情報および温度情報は、２Ｄ（緯度および経度）、３Ｄ（緯度、経度、および高度）、または４Ｄ（緯度、経度、高度、および時間）など、任意の既知のフォーマットにすることができる。風情報は、風速および風向を含む風力を含む任意の既知のタイプの情報を含むことができる。

風情報が１６２で受信された後に、方法１１０は、次に、１６４で、風情報から水平セグメントに沿ったすべての点での追い風および横風を判定する。この導出は、任意の既知の方法によるものとすることができる。一態様では、追い風を、次のように、航空機２０の瞬間飛行経路および既知の風力から導出することができる。

ＴＷ＝ＷＳ^*ｃｏｓ（φ）
ここで、ＴＷは、追い風であり、
ＷＳは、風速であり、
φは、航空機飛行経路と風向との間の角度である。

同様に、横風を次のように導出することができる。

ＣＷ＝ＷＳ^*ｓｉｎ（φ）
ここで、ＣＷは、横風である。

追い風および横風の導出は、例によってよりよく理解することができる。航空機が、真北の瞬間方向を有し、その位置および時刻での風力が、２０ノット風速（ＷＳ）真北東である場合には、瞬間的な航空機２０方向と風向との間の角度（φ）は、４５°であり、したがって、追い風（ＴＷ）は、１４．１ノット（２０^*cｏｓ（４５°））であり、横風（ＣＷ）も、１４．１ノット（２０^*ｓｉｎ（４５°））である。

水平セグメント５０に沿った点は、任意の分解能を有するものとすることができる。さらに、水平セグメント５０に沿った点を、特に国際飛行について、およびより特に大陸横断飛行について、可変分解能を有するものとすることができる。たとえば、米国と欧州との間の飛行で、米国および欧州の地上の点について風情報（および、したがって導出される風データ）のより微細な分解能、たとえば２ｋｍおきの風データがあり、大西洋上の点について下げられた分解能があってもよい。

方法１１０を継続すると、１６６で、水平セグメント５０に沿った各連続する点にステップし、その点での風の勾配の差を判定する。風の勾配を、以前の風データから現在の風データを引き、距離で割ることによって判定することができる。たとえば、追い風の勾配は、水平セグメントに沿った以前の点での追い風から水平セグメント５０に沿った現在の点での追い風を引き、以前の点から現在の点までの距離で割ることによって判定することができる。勾配および風の勾配の差を、水平セグメントの開始点４６について判定しないものとすることができることを理解されたい。というのは、水平セグメント５０に沿ってその点で考慮すべき以前の風データ点がないからである。

１６８では、水平セグメント終点５８に達したかどうかを判定する。そうではない場合には、１７０で、現在の点での風の勾配と以前の点での風の勾配との間の差がしきい値を満足するかどうかを判定する。しきい値の満足は、風の勾配が所定の値より大きいことを意味することができる。たとえば、事前定義の勾配しきい値を、１５ノット／ｋｍとすることができる。その場合に、１ｋｍあたり１５ノットを超える追い風または向かい風（追い風の反対方向）の変化は、しきい値を満足する。

１７０で、現在の点の勾配の差がしきい値を満足すると判定される場合には、１７２で、現在の点を擬似中間地点として定義し、方法１１０は、１６６に戻って、水平セグメント５０に沿った次の点を検討する。１７０で、現在の点の勾配の差がしきい値を満足しないと判定される場合には、方法１１０は、１６６に戻って、水平セグメント５０に沿った次の点を検討する。

１６８で、水平セグメント終点５８に達したと判定される場合には、方法１１０は、１７４にジャンプし、第１中間地点にステップする。方法１１０のこの点では、必要な擬似中間地点７０のすべてが、１６６、１６８、１７０、および１７２からなるループの実行で定義されている。次に、方法１１０は、１７６で、現在の中間地点での風データおよび温度データを取り出す。１７８では、最後の中間地点に達したかどうかを判定する。そうである場合には、方法１１０は、１８０で、風データ、温度データ、および関連する中間地点位置のすべてを格納する。このデータを、適宜、航空機２０のＦＭＳまたはデータの他のユーザに送信することができる。１７８で、最後の中間地点に達していないと判定される場合には、この方法は１７４に戻って、次の中間地点に対処する。

１７２で、最大中間地点しきい値を超えた定義される複数の擬似中間地点がある場合があることに留意されたい。これは、水平セグメントが比較的長い場合または風の勾配のしきい値に小さすぎる値がセットされている場合に特にあてはまる可能性がある。そのような場合には、方法１１０は、風の勾配のしきい値を自動的に増やし、要素１６６から１７２を再実行することができ、あるいは、この方法は、最大の風の勾配を有する擬似中間地点位置を単純に選択することができる。

方法１１０が、追い風データなどの関連する風データの勾配または段階的変化に基づいて擬似中間地点７０が挿入される水平セグメント５０に沿った位置を定義することがわかる。データ選択に関連する風データの勾配を使用することによって、擬似中間地点は、少なすぎる中間地点を用いる補間によって風速の高度分布を作成することから生じる誤差を減らすのに最大の影響を有する点に効果的に挿入される。１８０で格納され、航空機２０のＦＭＳに送信されるデータは、擬似中間地点の位置と、各擬似中間地点７０ならびに各計画された中間地点６０の風速、風向、および温度などの気象データとを含む。このデータを、中間地点の位置が最初に送信され、その後に風データが送信される、２つの別々のアップリンク送信として送信することができる。

ここで図６および７を参照すると、非水平セグメントの風データおよび温度データを選択する方法１１４が示されている。まず、１９０で、予測された非水平セグメント飛行経路５４を受信する。次に、１９２で、予測された非水平セグメント５４を含む風情報および温度情報を受信する。非水平セグメント５４について、風情報および温度情報は、２Ｄ（緯度および経度）、３Ｄ（緯度、経度、および高度）、または４Ｄ（緯度、経度、高度、および時間）など、任意の既知のフォーマットであるものとすることができる。風情報は、風力および風向を含む任意の既知のタイプの情報を含むことができる。

１９４では、非水平セグメント５４に沿ったすべての点で、関連する気象データを計算する。一般に、このデータは、追い風データおよび横風データを含む。風力などの気象情報からの追い風データおよび横風データの計算は、上で方法１１０の要素１６４に関連して水平セグメント５０について説明した。１９４では、非水平セグメント５４に沿ったすべての点で判定された気象データに基づいて、燃料コストおよび時間コストも判定される。燃料コストは、燃料燃焼の線形スケーリングなど、推定燃料燃焼の関数とすることができる。時間コストは、到着までの総時間の線形スケーリングなど、非水平セグメント終点４８への到着までの総時間の関数とすることができる。時間コストおよび燃料コストは、一般に、この２つのパラメータを同一スケールで比較する非単位方法（ｎｏｎ−ｕｎｉｔ ｍｅｔｈｏｄ）を得るために、単なる時間および燃料の代わりに使用される。たとえば、非水平セグメントが、名目上は２０分続き、６００ポンドの燃料を消費する場合には、適当な燃料コストを、推定燃料使用量を６００ポンドで割ったものと等しくなるようにすることができ、適当な時間コストを、非水平セグメント時間を２０分で割ったものと等しくなるようにすることができる。

１９６では、風要素の個数が所定のＭＡＸ要素しきい値を超えるかどうかを判定する。ＭＡＸ要素しきい値は、ＦＭＳまたは気象データの他のユーザに送信できるデータセット（気象データを伴った高度）の最大個数を定義する、システムによって制限されるしきい値またはユーザ定義のしきい値である。したがって、１９４で計算された風要素の個数がＭＡＸ要素しきい値を超えない場合には、１９８で、計算された風データセットのすべてを選択でき、ＦＭＳまたは風データの他のユーザに送信するために格納することができる。選択されたデータセットを、たとえば、方法１１４を実行するのに使用されるコンピュータシステムの電子メモリ内に格納することができ、その後、通信リンク３０を介して航空機２０に送信することができる。

しかし、１９４で計算された要素の個数が、１９６でＭＡＸ要素しきい値を超えると期待される。というのは、通常のＦＭＳシステムが、一般に約５個の要素を受け入れることができ、１９４で計算される要素が、５０個以上ある可能性があるからである。その結果、１９４で計算された風要素のサブセットが、好ましくは、予測された到着時刻および燃料燃焼の誤差を最小にするために選択される。

風要素の選択は、２００で冗長な風要素を除去することを含む。非水平セグメント５４のデータセットは、高度とその高度での関連する気象データ（追い風、横風、および温度）とによって定義される。２００で冗長な風要素を除去するために、方法１１４は、関連する風データに変化がない、高度に関連するデータを破棄することができる。この概念を、関連する風データ対高度のプロット２２０を示す図７で例によってさらに示す。この例では、関連する風データを、追い風要素２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、２３８、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、および２５０と向かい風（負の追い風）要素２３４および２３６とを有する追い風データとすることができる。関連する風データは、標高に伴って変化する可能性があるが、データ点２４２、２４４、２４６、および２４８ならびにデータ点２２２、２２４、２２６、および２２８に見られるように、関連する風データが標高に伴って非常に目につくほどには変化しない標高の範囲がある場合がある。標高に伴う風データの最小限の変動というそのような現象は、たとえば、ジェットストリームまたは地面の近くなど、既知の卓越風向内で発生する場合がある。類似するまたは同一の風データを有する複数の標高がある時には、これらの標高を、２００で除去することができる。図７の例では、これが、風データ点２２４、２２６、２４４、および２４６を破棄することを含むことができる。言い換えると、データ要素が、関連する気象データを有する標高を含む時に、関連する風データの目につく差がない標高を、到着時刻または燃料燃焼の推定の大きい誤差を導入せずに除去することができる。

２００で冗長な風要素を考慮から除去した後に、２０２で、時間推定の誤差（Ｃ１）と燃料燃焼推定の誤差（Ｃ０）との間のトレードオフに関連する変数を初期化する。これらの変数Ｃ０およびＣ１を、燃料燃焼に対する時間推定を正しく予測することに関するユーザの望む重要性に基づいてセットすることができる。言い換えると、推定到着時刻より燃料燃焼を正しく予測することが重要と考えられる場合には、Ｃ０に、Ｃ１より大きい値をセットすることができる。

２０２で変数を初期化した後に、２０４で、ＭＡＸ要素しきい値の風要素のサブセットを選択する。このサブセットの選択は、ヒューリスティック法またはユーザ定義の方法に基づくものとすることができる。たとえば、サブセットの選択される要素を、最大の標高の広がりを有すること、または強い風を生じることがわかっている標高範囲での要素の高い濃度に基づいて判定することができる。２０４で選択されたサブセットは、その後、２０６で、風速の高度分布を生成するのに使用される。生成される風速の高度分布を、各データセットが標高とその標高での関連する気象データを含むデータのセットとすることができる。風速の高度分布生成２０６は、さらに、標高点の間で補間し、最小および最大の定義された標高点を超えて外挿し、または航空機２０がサブセットデータに基づいて動作できるすべての標高レベルでの気象データを推定するために任意の既知の数学技法を使用することができる。その後、２０８で、サブセットの風速の高度分布に基づいて、サブセットについて燃料コストおよび時間コストを判定する。燃料コストおよび時間コストの概念は、上で１９４の説明についてより詳細に説明した。データのサブセットの燃料コストおよび時間コストは、ＦＭＳがサブセットだけに基づいて構築する高度分布に関する航空機の誘導挙動を考慮に入れることもできる。たとえば、飛行経路が、風データおよび温度データのサブセットだけを仮定して作られるが、航空機がそれを通って飛行する実際の気団が、風および温度のフルセットを含む場合には、追加の推力および抗力が、データのサブセットだけを使用することによって導入される誤差を補償するために必要になる可能性がある。これらの誘導アクションは、追加の燃料コストおよび時間コストを導入する。次に、２１０では、風サブセットの最大個数を調べたかどうかを判定する。そうではない場合には、この方法は、ステップ２０４に戻って、風要素の次のサブセットを選択する。調べるべきサブセットの最大個数は、固定された所定の数に基づくものとすることができる。たとえば、調べられるサブセットの個数を、２０６および２０８での計算時間に依存するものとすることができる。

２１０で、最大個数を調べ終えている場合には、２１２で、燃料燃焼および時間の組み合わされた重み付き誤差または組み合わされた重み付きペナルティを最小にするために風サブセットを選択する。組み合わされた重み付きペナルティは、サブセットごとに、Ｃ０にＦｕｅｌ＿Ｐｅｎａｌｔｙを乗じたものとＣ１にＴｉｍｅ＿Ｐｅｎａｌｔｙを乗じたものとの和（Ｃ０^*Ｆｕｅｌ＿Ｐｅｎａｌｔｙ＋Ｃ１^*Ｔｉｍｅ＿Ｐｅｎａｌｔｙ）として計算される。Ｆｕｅｌ＿Ｐｅｎａｌｔｙは、完全な気象データセットについて１９４で判定された燃料コストと２０８でサブセットごとに判定された燃料コストとの差である（Ｆｕｅｌ＿Ｐｅｎａｌｔｙ＝燃料コスト−サブセット燃料コスト）。同様に、Ｔｉｍｅ＿Ｐｅｎａｌｔｙは、完全な気象データセットについて１９４で判定された時間コストと２０８でサブセットごとに判定された時間コストとの差である（Ｔｉｍｅ＿Ｐｅｎａｌｔｙ＝時間コスト−サブセット時間コスト）。最小の組み合わされた重み付き誤差を有する風データサブセットが、選択され、ＦＭＳまたはデータの他のユーザによる使用のために、好ましくはハードディスクドライブなどの固定媒体に、格納される。適宜、高度と追い風、横風、および温度などの対応する気象データとを含むデータセットを、通信リンク３０を介して航空機２０上のＦＭＳに送信することができる。任意の判定されたまたは選択されたサブセットを、飛行中のまたは地上の航空機に送信でき、あるいは、航空機の予測された飛行経路を更新するために別のユーザに送信できることが理解されよう。

方法１１４の要素が、順序から外れてまたは変更を伴って実行でき、本明細書で開示される発明的概念から逸脱しないことを了解されたい。たとえば、１９０および１９２を、同時にまたは逆の順序で実行することができる。さらに、方法１１４は、当技術分野で一般に既知のように初期化され、セットされ、リセットされ、または他の形で使用される必要がある可能性がある他の変数およびカウンタを含むことができ、すべての特定の変形形態は、簡潔な説明のために論じられない。

この書かれた説明は、最良の態様を含む本発明を開示するために、また、任意のデバイスもしくはシステムを作り、使用することと任意の組み込まれた方法を実行することとを含めて当業者が本発明を実践することを可能にするために、例を使用する。本発明の特許可能範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い浮かべる他の例を含む可能性がある。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字どおりの言葉と異ならない構造要素を有する場合に、または特許請求の範囲の文字どおりの言葉からの実質的ではない相違を有する同等の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。

１ 地上システムと通信する航空機
１０ 地上局
２０ 航空機
３０ 通信リンク
４０ 地理的地図に重ね書きされた飛行経路
４４ 予測された飛行経路
４６ 出発点または水平セグメント開始点
４８ 終点または非水平セグメント終点
５０ 水平セグメント
５４ 非水平セグメント
５８ 水平セグメント終点または非水平セグメント開始点
６０ 中間地点
７０ 擬似中間地点

Claims (10)

1. 予測された飛行経路（４４）を更新する際に後で送信および使用するために、航空機（２０）の前記予測された飛行経路（４４）に沿った、前記予測された飛行経路（４４）に関連する使用可能な気象データのサブセットをプロセッサ内で選択し、固定媒体に格納する方法（１００）であって、
   前記プロセッサ内で、前記航空機（２０）の予測された飛行経路（４４）および前記予測された飛行経路の計画された中間地点（６０）を受信するステップ（１０２）と、
   前記予測された飛行経路を含む領域の気象情報を受信するステップ（１０４）と、
   前記気象情報からフィルタリングし、前記予測された飛行経路に関連する前記気象情報だけを保持するステップと、
   前記予測された飛行経路のセグメントを選択するステップと、
   前記セグメントが水平セグメントである場合に（１０８）、気象データの第１サブセットを作成するために、擬似中間地点と、前記擬似中間地点および前記計画された中間地点に関連する水平セグメント気象データとを判定するステップ（１１０）と、
   前記セグメントが非水平セグメントである場合に（１１２）、気象データの第２サブセットを作成するために、選択された多次元風データに基づく燃料コストおよび時間コストの計算から非水平セグメント気象データを判定するステップ（１１４）と、
   前記固定媒体に、使用可能な気象データの前記サブセットとして前記第１サブセットおよび前記第２サブセットのうちの１つを格納するステップと
   を含む方法。
2. 航空機（２０）の予測された飛行経路（４４）の水平セグメント（５０）に沿った擬似中間地点（７０）を判定するステップは、
   Ａ．水平セグメント開始点（４６）および水平セグメント終点（５８）を含む複数の点を含む前記航空機（２０）の水平セグメント予測飛行経路を受信するステップ（１６０）と、
   Ｂ．前記保持された気象情報から前記水平セグメントに沿った前記開始点および前記終点を含む前記複数の点での気象データを判定するステップ（１６４）と、
   Ｃ．前記開始点（４６）での前記気象データを抽出するステップと、
   Ｄ．前記水平セグメント予測飛行経路に沿った次の点にステップするステップ（１６６）と、
   Ｅ．前記水平セグメント予測飛行経路（５０）に沿った現在の点が前記水平セグメント終点であるかどうかを判定し（１６８）、前記水平セグメント予測飛行経路（５０）に沿った前記現在の点が前記水平セグメント終点（５８）である場合に、ステップＪに進むステップと、
   Ｆ．前記現在の点での前記気象データを抽出するステップと、
   Ｇ．前記現在の点での前記気象データの勾配および以前の点からの前記勾配の変化を判定するステップ（１６６）と、
   Ｈ．前記勾配の前記変化が所定のしきい値を満足するかどうかを判定し（１７０）、前記勾配の前記変化が所定のしきい値を満足しない場合に、ステップＤに戻るステップと、
   Ｉ．擬似中間地点として前記現在の点をセットし（１７２）、その後、ステップＤに戻るステップと、
   Ｊ．水平セグメントとしての前記開始点、前記中間地点のそれぞれ、および前記終点での前記気象データを前記気象データの第１サブセットとして格納するステップ（１８０）と
   を含む、請求項１記載の方法。
3. 前記気象データの前記勾配を判定するステップ（１６６）は、前記水平セグメント予測飛行経路（５０）に沿った前記現在の点と前記以前の点との間の追い風の変化を判定することを含む、請求項２記載の方法。
4. 擬似中間地点（７０）の総数が所定の擬似中間地点最大値を超えるかどうかを判定するステップと、前記擬似中間地点（７０）の総数が擬似中間地点最大値を超える場合に、擬似中間地点の残りの個数が前記所定の擬似中間地点最大値と等しくなるようにするために、最小の勾配値に対応する擬似中間地点（７０）を除去するステップとをさらに含む、請求項２記載の方法。
5. 非水平セグメント気象データを判定するステップ（１１４）は、
   Ａ．非水平セグメント開始点および非水平セグメント終点を含む複数の点を含む非水平セグメント予測飛行経路を受信するステップ（１９０）と、
   Ｂ．前記保持された風情報および前記非水平セグメント予測飛行経路（５４）に基づいて前記非水平セグメントに沿った前記複数の点のすべてで気象データを判定するステップ（１９４）と、
   Ｃ．前記非水平セグメントに沿った前記点のすべてでの前記気象データに基づいて燃料コストおよび時間コストを判定するステップ（１９４）と、
   Ｄ．気象データ点の個数が所定の最大値を超えるかどうかを判定し（１９６）、前記個数が前記所定の最大値を超えない場合に、前記気象データ点のすべてを選択し（１９８）、ステップＬに進むステップと、
   Ｅ．前記非水平セグメント予測飛行経路に沿った前記複数の点のすべてで前記風データから冗長気象データ点を除去するステップ（２００）と、
   Ｆ．前記非水平セグメント予測飛行経路に沿った複数の風データ点から所定の最大個数のデータ点を含む前記気象データのサブセットを選択するステップ（２０４）と、
   Ｇ．前記気象データの前記サブセットを使用して、前記非水平セグメント予測飛行経路に沿った風速の高度分布を生成するステップ（２０６）と、
   Ｈ．前記風速の高度分布に基づいてサブセット燃料コストおよびサブセット時間コストを判定し、前記サブセットデータ点、前記サブセット燃料コスト、および前記サブセット時間コストを記録するステップ（２０８）と、
   Ｉ．サブセットの所定の最大個数が選択され終えたかどうかを判定し（２１０）、サブセットの前記所定の最大個数が選択され終えていない場合に、ステップＦに戻るステップと、
   Ｊ．前記燃料コストと前記時間コストと調べられた前記サブセットのそれぞれの前記サブセット燃料コストおよび前記サブセット時間コストとに基づいて重み付き燃料燃焼誤差および重み付き時間誤差を判定するステップと、
   Ｋ．前記重み付き燃料燃焼誤差および前記重み付き時間誤差を最小にする前記サブセットに対応する前記気象データ点を選択するステップ（２１２）と、
   Ｍ．前記気象データの第２サブセットとして前記選択された気象データ点を格納するステップ（２１２）と
   を含む、請求項１記載の方法。
6. 前記燃料コストを判定すること（２０８）は、前記非水平セグメント中の前記航空機の燃料燃焼を判定することを含み、時間コストを判定すること（２０８）は、前記非水平セグメント予測飛行経路をトラバースするのに要する時間を判定することを含む、請求項５記載の方法。
7. 冗長気象データ点を除去するステップ（２００）は、前記気象データが隣接するより高い高度および隣接するより低い高度での前記気象データと実質的に同一である高度での気象データを除去することを含む、請求項５記載の方法。
8. 前記気象データのサブセットを選択するステップ（２０４）は、２つの選択されたサブセットのいずれもが同一でなくなるように、各サブセット内の風データ要素を選択することを含む、請求項５記載の方法。
9. 重み付き燃料燃焼誤差および重み付き時間誤差を判定するステップ（２０８）は、前記燃料コストから前記サブセット燃料コストを引き、その値に第１の所定の定数を乗じ、サブセット時間コストと前記時間コストとの間の差の値を第２の所定の定数に乗じた値を加算すること（Ｃ０^*（燃料コスト−サブセット燃料コスト）＋Ｃ１^*（時間コスト−サブセット時間コスト））を含む、請求項５記載の方法。
10. 前記気象データのサブセットを前記航空機に送信するステップをさらに含む、請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法。

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