特開 2023-113509 運行管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023113509

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】運行管理システム

(51)【国際特許分類】

   G08G 5/04 20060101AFI20230808BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20230808BHJP

   B64C 27/04 20060101ALN20230808BHJP

【ＦＩ】

G08G5/04 A

B64C39/02

B64C27/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022015939

(22)【出願日】2022-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松原 満

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 貴廣

(72)【発明者】

【氏名】板東 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】清水 拓

【テーマコード（参考）】

5H181

【Ｆターム（参考）】

5H181AA26

5H181BB04

5H181CC03

5H181CC04

5H181CC14

5H181FF04

5H181FF05

5H181FF13

5H181LL01

5H181LL04

5H181MB04

(57)【要約】

【課題】運行中に発生する諸事象に対応して運行経路を安全且つ空間効率良く最適化することが可能な運行管理システムを提供することを目的とする。
【解決手段】運行管理システム６は、垂直離着陸機のような機体の飛行を管理する運行管理システムである。運行管理システム６は、機体が通過する予定の位置及び時刻の系列として表される当該機体の４Ｄ経路を計画する４Ｄ経路計画部８を備える。運行管理システム６は、他機体の進入を許容しない当該機体の専有空間として、当該機体を包含し当該移動体と共に移動する移動専有空間と、移動専有空間を包含し４Ｄ経路に沿う固定専有空間とを設計する専有空間設計部９を備える。４Ｄ経路計画部８は、当該機体の飛行中、移動専有空間と固定専有空間との位置関係に基づいて、４Ｄ経路を再計画する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体の運行を管理する運行管理システムであって、
前記移動体が通過する予定の位置及び時刻の系列として表される前記移動体の運行経路を計画する経路計画部と、
他移動体の進入を許容しない前記移動体の専有空間として、前記移動体を包含し前記移動体と共に移動する移動専有空間と、前記移動専有空間を包含し前記運行経路に沿う固定専有空間とを設計する専有空間設計部と、を備え、
前記経路計画部は、前記移動体の運行中、前記移動専有空間と前記固定専有空間との位置関係に基づいて前記運行経路を再計画する
ことを特徴とする運行管理システム。

【請求項2】

前記専有空間設計部は、
前記移動専有空間を設計する移動専有空間設計部と、
前記固定専有空間を設計する固定専有空間設計部と、
前記移動専有空間を画定する境界面と前記固定専有空間を画定する境界面との両者が干渉するか否かを判定する空間干渉判定部と、を有し、
前記固定専有空間設計部は、前記両者が干渉すると判定された場合、前記固定専有空間を修正し、
前記経路計画部は、修正された前記固定専有空間に応じて前記運行経路を再計画する
ことを特徴とする請求項１に記載の運行管理システム。

【請求項3】

前記固定専有空間設計部は、前記両者が干渉すると判定された場合、前記移動体の周辺の前記他移動体の前記固定専有空間を修正し、
前記経路計画部は、修正された前記他移動体の前記固定専有空間に応じて前記他移動体の前記運行経路を再計画する
ことを特徴とする請求項２に記載の運行管理システム。

【請求項4】

前記両者が干渉すると判定され、且つ、前記両者の干渉を解消するよう前記固定専有空間を修正できない場合、前記運行経路に沿って運行するよう前記移動体に警告を送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の運行管理システム。

【請求項5】

前記移動体が前記運行経路の始点から終点に到達するまでの間に所定周期で前記移動体の位置情報を取得し、前記位置情報の取得毎に、前記運行経路を再計画する必要があるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の運行管理システム。

【請求項6】

前記固定専有空間設計部は、前記移動体が前記移動体自身の判断によって障害物を迂回しても前記両者が干渉しないよう、前記固定専有空間を設計する
ことを特徴とする請求項２に記載の運行管理システム。

【請求項7】

前記移動体及び前記他移動体のそれぞれは、飛行体であり、
前記専有空間設計部は、前記運行管理システムの管理地域内の各地点において予測される風況を示す風況情報に基づいて、前記固定専有空間及び前記移動専有空間の少なくとも１つを設計する
ことを特徴とする請求項１に記載の運行管理システム。

【請求項8】

前記専有空間設計部は、前記移動体の位置計測誤差、及び、前記移動体との通信品質の少なくとも１つに基づいて、前記固定専有空間及び前記移動専有空間の少なくとも１つを設計する
ことを特徴とする請求項１に記載の運行管理システム。

【請求項9】

前記移動体及び前記他移動体のそれぞれは、飛行体であり、
前記専有空間設計部は、前記飛行体の飛行の妨げとなる気象エリア、飛翔物及び地上構造物、並びに、前記飛行体の飛行禁止エリア、の少なくとも１つに対して、前記飛行体の進入を許容しない専有空間を設計する
ことを特徴とする請求項１に記載の運行管理システム。

【請求項10】

前記移動専有空間及び前記固定専有空間の情報を前記移動体に送信し、
前記移動体は、送信された前記情報に基づいて前記移動専有空間及び前記固定専有空間を認識し、認識された前記移動専有空間及び前記固定専有空間に基づいて前記運行経路を計画する
ことを特徴とする請求項１に記載の運行管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体の運行管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ドローン等の垂直離着陸が可能な航空機（「機体」とも称する）の社会利用に注目が集まっている。

【0003】

垂直離着陸機は、従来の固定翼機が必要な滑走路が不要で離着陸場のコンパクト化が可能という利点がある。電動化された垂直離着陸機においては、エンジン駆動のヘリコプタに比べて静粛性が高く、駆動時に温暖化ガスを出さず、整備コストが安い等の利点がある。垂直離着陸機では、航続距離の延伸のために有翼の垂直離着陸機の開発や、ハイブリッドシステムを動力源とする垂直離着陸機の開発等が、精力的に進められている。

【0004】

このような特徴を有する垂直離着陸機は、空中を利用した人や物の立体的な輸送を可能にし、利用者に輸送の大幅な時間短縮と利便性をもたらすことが期待されている。他方、人や物の輸送のようなアプリケーションでは、経済的成立性から、運行台数増が求められ、これには空間効率の良い運行による運行密度の向上が課題である。また航空機を安定・安全に運行するには、高い技能と専門知識が必要で、運行台数増には人的リソース不足が課題となる。これを解消するために、垂直離着陸機やその運行に係るシステムは、自動・自律化が望まれている。このような観点から、複数の航空機を、同時に、安全に、空間効率良く、且つ、自動で離着陸が可能な離着陸ポート並びに離着陸運行管理システムが必要となる。

【0005】

垂直離着陸機を空間効率良く、且つ、衝突なく安全に離着陸させるために、運行管理システムは、簡単には、機体間の近接許容距離（各機体間の相対距離に関する許容値）を短く設定した上で、各機体の始点から終点までの運行経路を、各機体間の距離が全ての時刻において近接許容距離以上となるように計画し、各機体に提供できればよい。

【0006】

但し、例えば天候不良による強風や、他機体から発生するダウンウォッシュ（風の吹きおろし）の影響等によって、機体の姿勢及び飛行位置が乱される場合がある。よって、運行管理システムは、近接許容距離がこれら外環境のリスクを考慮した十分な長さを有するように運行経路を計画する必要がある。また、運行管理システムは、鳥等の飛行上の妨げとなる飛翔物（「障害物」とも称する）が存在する場合には、機体と障害物との衝突リスクを考慮した運行経路を計画する必要がある。また、運行管理システムは、原子力発電所等の重要施設や住宅地等の人口密集地区の上空といった飛行禁止エリアが存在する場合には、これらのエリアを迂回するような運行経路を計画する必要がある。

【0007】

このような機体のリスクや飛行空域の制約を考慮した機体の運行経路を計画する航空管制装置の例として、特許文献１が挙げられる。

【0008】

特許文献１に記載の航空管制装置は、管理地域を複数エリアに（メッシュ状に）分割し、各エリアに地形情報、気象情報、障害物、及び、他機体の飛行予定の有無等の情報を紐づけ、各エリアの飛行可能／禁止を時間管理する。特許文献１に記載の航空管制装置は、飛行可能なエリアを繋ぎ合わせることで対象機体の飛行経路を自動的に計画する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１９－３２６６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献１に記載の航空管制装置は、運行経路の計画時点において各エリアに紐付けられた情報に基づいて機体の運行経路を計画し、運行経路を見直すのは緊急事態の発生時点に緊急着陸させる場合だけである。すなわち、特許文献１に記載の航空管制装置は、機体の運行中、緊急事態の発生時点以外に運行経路を見直すものではない。よって、特許文献１に記載の航空管制装置は、運行中に発生した諸事象に対応して運行経路を安全且つ空間効率良く最適化する点において改善の余地がある。

【0011】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、運行中に発生する諸事象に対応して運行経路を安全且つ空間効率良く最適化することが可能な運行管理システ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】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明の運行管理システムは、移動体の運行を管理する運行管理システムであって、前記移動体が通過する予定の位置及び時刻の系列として表される前記移動体の運行経路を計画する経路計画部と、他移動体の進入を許容しない前記移動体の専有空間として、前記移動体を包含し前記移動体と共に移動する移動専有空間と、前記移動専有空間を包含し前記運行経路に沿う固定専有空間とを設計する専有空間設計部と、を備え、前記経路計画部は、前記移動体の運行中、前記移動専有空間と前記固定専有空間との位置関係に基づいて前記運行経路を再計画することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、運行中に発生する諸事象に対応して運行経路を安全且つ空間効率良く最適化することが可能な運行管理システムを提供することができる。
上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態１の運行管理システムの構成の一例を示すブロック図。

【図2】機体が飛行する様子を説明する図。

【図3】固定専有空間を楕円体状とし、移動専有空間を円柱状とした場合を示す図。

【図4】部分４Ｄ経路を説明する図。

【図5】複数の固定専有空間を連結する前の様子を説明する図。

【図6】複数の固定専有空間を連結した後の様子を説明する図。

【図7】固定専有空間と移動専有空間との関係を説明する図。

【図8】固定専有空間を円柱状とし、移動専有空間を球状とした例を示す図。

【図9】固定専有空間を球状とし、移動専有空間を球状とした例を示す図。

【図10】各機体の４Ｄ経路の軌道が交差する場合を示す図。

【図11】固定専有空間の設計思想を説明する図。

【図12】運行管理システムが管理する管理地域を説明する図。

【図13】移動専有空間の設計思想を説明する図。

【図14】４Ｄ経路の再計画機能を説明する図。

【図15】経路計画装置の警告発報機能を説明するブロック図。

【図16】管理物体に対して設計される専有空間の一例を示す図。

【図17】管理物体に対して設計される専有空間の一例を示す図。

【図18】管理物体に対して設計される専有空間の一例を示す図。

【図19】管理物体に対して設計される専有空間の一例を示す図。

【図20】運行管理システムによって行われる処理のフローチャート。

【図21】図２０に続いて行われる処理のフローチャート。

【図22】実施形態２の運行管理システムの構成の一例を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。

【0016】

本発明の運行管理システムは、垂直離着陸機等の航空機をはじめとする飛行体の他、宇宙船又は潜水艇のような３次元の移動自由度を有する移動体にも適用することができる。更には、本発明の運行管理システムは、自動車、ロボット又は鉄道といった地上を走行する移動体にも適用することができる。本発明の運行管理システムが適用される移動体は、移動体に搭乗した操縦者、又は、移動体に搭乗していない遠隔操縦者の操縦に基づいて移動する移動体であってもよいし、自律的に移動する移動体であってもよい。本実施形態では、運行管理システムが、飛行体である垂直離着陸機に適用された例について説明する。

【0017】

［実施形態１］
図１～図２１を用いて、実施形態１の運行管理システム６について説明する。
図１は、実施形態１の運行管理システム６の構成の一例を示すブロック図である。

【0018】

図１に示す運行管理システム６は、複数の機体（垂直離着陸機又は固定翼機）の離着陸の運行管理及び管制を行う。本実施形態では、運行管理システム６は、複数の機体の一例として機体Ａ及び機体Ｂを対象とする。運行管理システム６は、各機体Ａ，Ｂの飛行目的に合わせて４Ｄ経路４，４ｂを計画・提供する経路計画装置７を備え、各機体Ａ，Ｂの誘導を行う。

【0019】

４Ｄ経路とは、機体が通過する予定の位置及び時刻の系列として表される機体の運行経路である。すなわち、４Ｄ経路は、機体が通過する予定の位置を示す３次元座標の時系列データ群として表される。具体的には、４Ｄ経路は、当該３次元座標及び時刻から成る４次元ベクトルの系列として表される。なお、説明の便宜上、４Ｄ経路を単に経路とも称する場合がある。

【0020】

また、運行管理システム６は、運行管理システム６の管理地域内の各地点における風況（風向、風速及び気圧等）を予測する風況予測装置１０を備える。経路計画装置７は、風況予測装置１０から提供される風況情報１２を活用して、４Ｄ経路４，４ｂを計画する。

【0021】

また、運行管理システム６は、各機体Ａ，Ｂから各機体Ａ，Ｂの位置情報５，５ｂを常時取得する。経路計画装置７は、各機体Ａ，Ｂの位置情報５，５ｂに基づいて４Ｄ経路４，４ｂを計画する。運行管理システム６は、各機体Ａ，Ｂが計測した位置情報５，５ｂを取得するのではなく、運行管理システム６が位置情報５，５ｂを計測する装置を備えていてもよい。運行管理システム６が位置情報５，５ｂを計測する装置としては、例えば、ＬｉＤＡＲ、レーダ又はステレオカメラ等の計測装置が挙げられる。

【0022】

なお、運行管理システム６のハードウェア構成は、図１に示す構成に特に限定されない。例えば、経路計画装置７は、いわゆる航空管制装置の一部として構成されてもよい。風況予測装置１０は、運行管理システム６の外部に設けられてもよい。この場合、運行管理システム６は、風況予測装置１０から送信された風況情報１２を取得する風況情報取得部を備えることができる。

【0023】

また、運行管理システム６は、各機体Ａ，Ｂの速度を、取得された位置情報５，５ｂの微分で算出でき、位置情報５，５ｂの計測に付随して把握することができる。以下の説明においては、各機体Ａ，Ｂの速度の計測に関しては、特に明示していない。運行管理システム６は、各機体Ａ，Ｂの位置計測誤差に起因する速度の計測誤差が問題となる場合、各機体Ａ，Ｂから、位置情報５，５ｂと併せて速度情報を取得することができる。

【0024】

また、運行管理システム６は、各機体Ａ，Ｂの姿勢角情報を各機体Ａ，Ｂから取得し、姿勢角情報を含む４Ｄ経路４，４ｂを計画し、これを各機体Ａ，Ｂに提供する構成であってもよい。これにより、運行管理システム６は、各機体Ａ，Ｂの取り得る姿勢角を考慮した４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。以下の説明においては、各機体Ａ，Ｂの姿勢角の計測に関しては、特に明示していないが、計画される４Ｄ経路は各機体Ａ，Ｂの姿勢角情報を含むものと考えてもよい。

【0025】

経路計画装置７は、４Ｄ経路計画部８と、専有空間設計部９と、を備える。４Ｄ経路計画部８及び専有空間設計部９は、通信インターフェース１１を介して互いに情報を共有する構成を備える。

【0026】

専有空間設計部９は、固定専有空間設計部１３と、移動専有空間設計部１４と、空間干渉判定部１５を、を有する。固定専有空間設計部１３、移動専有空間設計部１４及び空間干渉判定部１５は、互いに情報を共有する構成を備える。空間干渉判定部１５は、４Ｄ経路計画部８に対して、４Ｄ経路４，４ｂの再計画を指示する構成を備える。

【0027】

運行管理システム６は、自身の管理地域内の各機体を運行管理の対象とし、経路計画装置７は、管理地域内の各機体に対して各々４Ｄ経路を計画・提供する。各機体Ａ，Ｂが管理地域内にある場合、経路計画装置７は、４Ｄ経路計画部８により計画された４Ｄ経路４，４ｂを、通信装置１７を介して、各機体Ａ，Ｂにそれぞれ送信する。各機体Ａ，Ｂは、提供された４Ｄ経路４，４ｂに沿って飛行する。

【0028】

４Ｄ経路計画部８は、専有空間設計部９により設計された各機体Ａ，Ｂの固定専有空間１，１ｂに基づいて、各機体Ａ，Ｂの飛行目的が達成されるよう、始点から終点まで延びる４Ｄ経路４，４ｂを計画する。固定専有空間１，１ｂは、各機体Ａ，Ｂに紐付けられた３次元空間である。

【0029】

図２は、機体Ａが飛行する様子を説明する図である。図３は、機体Ａの固定専有空間１を楕円体状とし、移動専有空間２を円柱状とした場合を示す図である。

【0030】

図２において、機体Ａの飛行目的は、地面２９上の離着陸ポート２８への着陸である。すなわち、機体Ａの飛行目的は、現在位置の始点２６から離着陸ポート上の終点２７への移動である。始点２６から終点２７への４Ｄ経路４が、経路計画装置７から提供された場合において、機体Ａは、この４Ｄ経路４に沿って移動することで、飛行目的を達成できる。図２において、４Ｄ経路４は、３次元座標及び時刻から成る４次元ベクトル２１の系列として表されることを意味している。なお、始点２６及び終点２７についても、４Ｄ経路４の端点であるので、３次元座標及び時刻から成る４次元ベクトルであることに注意する。

【0031】

図２において、機体Ａに紐付けられた空間が機体Ａの固定専有空間１である。図１の固定専有空間設計部１３は、各機体Ａ，Ｂの固定専有空間１，１ｂを設計する。図１の移動専有空間設計部１４は、各機体Ａ，Ｂの移動専有空間２，２ｂを設計する。各機体Ａ，Ｂの４Ｄ経路４，４ｂは、これらに基づき、４Ｄ経路計画部８にて計画される。

【0032】

次に、固定専有空間１、移動専有空間２及び４Ｄ経路４の関係について説明する。
固定専有空間１及び移動専有空間２のそれぞれは、他機体の進入を許容しない機体Ａの専有空間である。移動専有空間２は、機体Ａを包含し機体Ａと共に移動する空間である。固定専有空間１は、移動専有空間２を包含し４Ｄ経路４に沿う空間である。

【0033】

まず、移動専有空間２について説明する。移動専有空間２は、次のように定義される。
定義(ｄ１) 移動専有空間２は、機体Ａの重心を常に空間内に保持する。
定義(ｄ２) 移動専有空間２を画定する境界面（表面）上の任意の点と機体Ａの重心との距離ＬＭは、常に次式（１）の関係にある。
ＬＭ＝Ｒａ＋ＤＭ ・・・（１）

【0034】

但し、Ｒａは、機体Ａの重心と機体Ａの部位との距離の最大値である。ＤＭは、ゼロより大きい正数、すなわちＤＭ＞０である。式（１）は、機体Ａの重心を中心とする半径Ｒａの球体の内部に機体Ａの全ての部位が包含され、この球体は移動専有空間２に内包され、ＤＭは半径Ｒａの球体表面と移動専有空間２の境界面（表面）との距離を規定するものであることを意味している。

【0035】

ＤＭは、厳密には移動専有空間２の表面上のあらゆる点で必要とされる。移動専有空間２と機体Ａとの関係は、ＤＭの集合により｛ＤＭ（ｓｉ）｜ｓｉ⊂Ｓｉ｝で与えられる。但し、ｓｉは、移動専有空間２の境界面Ｓｉ上の任意の点である。ＤＭ（ｓｉ）は、移動専有空間２の境界面上の点ｓｉと、半径Ｒａの球体表面との距離を規定する正数である。ＤＭは、簡単には、移動専有空間２と機体Ａとの位置関係を規定するものである。したがって、本実施形態では、便宜的に移動専有空間２と機体Ａとの位置関係を、ＤＭとも称する場合がある。

【0036】

時刻ｔ０から時刻ｔ１（ｔ０＜ｔ１）までに機体Ａが座標ｐ０から座標ｐ１まで移動するとする。時刻ｔ０から時刻ｔ１の間でＤＭが不変の場合は、定義（ｄ１）及び（ｄ２）によれば、移動専有空間２は、機体Ａの重心と移動専有空間２の境界面上の点との距離を維持したまま、移動専有空間２の形状を変えずに、機体Ａと共に移動する。

【0037】

移動専有空間２のＤＭは、必ずしも固定値である必要はなく、より有効な運行経路を計画するために、機体Ａの性能、位置、速度、及び、その位置での風況等の気象状況に基づいて、可変としてもよい（時々刻々と変化してもよい）。

【0038】

結果的に、定義（ｄ１）及び（ｄ２）によれば、移動専有空間２は、機体Ａの移動に合わせて移動する空間である。なお、説明の簡単化のために、式（１）では、機体Ａを包含する半径Ｒａの球体を定義しているが、他にも機体Ａの全ての部位を包含する更にコンパクトな空間を定義した上で、式（１）の関係を与えてもよい。

【0039】

次に、図４～図６を用いて、４Ｄ経路４と固定専有空間１との関係について説明する。
図４は、部分４Ｄ経路４１を説明する図である。図５は、複数の固定専有空間１Ａ，１Ｂを連結する前の様子を説明する図である。図６は、複数の固定専有空間１Ａ，１Ｂを連結した後の様子を説明する図である。

【0040】

部分４Ｄ経路４１は、４Ｄ経路４の一部を構成する。部分４Ｄ経路４１は、図４に示すように、３次元座標及び時刻から成る４次元ベクトル２１の系列として表される。連結始点４２及び連結終点４３は、部分４Ｄ経路４１の各端点である。

【0041】

固定専有空間１は、部分４Ｄ経路４１の全ての点（全ての４次元ベクトル２１）を、固定専有空間１を画定する境界面（表面）に接触しない状態で、部分４Ｄ経路４１を包含するものとする。

【0042】

４Ｄ経路４は、図５及び図６に示すように、固定専有空間１Ａに包含される部分４Ｄ経路４１Ａの連結終点４３Ａと、固定専有空間１Ｂに包含される部分４Ｄ経路４１Ｂの連結始点４２Ｂとを連結することによって構成されるものとする。すなわち、図６に示すように、４Ｄ経路４は、固定専有空間１Ａと固定専有空間１Ｂとの連なりとしての、空間の系列によって構成される。図５及び図６では、固定専有空間１Ａの部分４Ｄ経路４１Ａと、固定専有空間１Ｂの部分４Ｄ経路４１Ｂとを連結させる例を示しているが、４Ｄ経路４を構成する固定専有空間１及び部分４Ｄ経路４１の数は、特に限定されず、３以上であってもよい。すなわち、４Ｄ経路４は、固定専有空間１の時系列として構成されるものである。

【0043】

次に、図７を用いて、固定専有空間１と移動専有空間２との関係を説明する。
図７は、固定専有空間１と移動専有空間２との関係を説明する図である。

【0044】

固定専有空間１と移動専有空間２との関係は、機体Ａの重心が部分４Ｄ経路４１上にある場合、固定専有空間１が移動専有空間２の全てを包含する関係であるとする。具体的には、固定専有空間１及び移動専有空間２が閉包であるとし、固定専有空間１と移動専有空間２との関係は、次のように定義される。
定義（ｄ３） 移動専有空間２を画定する境界面（表面）上の全ての点は、固定専有空間１の内点である。
定義（ｄ４） 移動専有空間２を画定する境界面（表面）上の任意の点を重心とする半径ＬＥ＞０の球（閉球）の表面は、固定専有空間１の境界面）に対して１点以上をもって接触する。

【0045】

定義（ｄ３）及び（ｄ４）によれば、図７に示す移動専有空間２の境界面上の球７１の半径ＬＥがゼロになる場合に、固定専有空間１の境界面と移動専有空間２の境界面とは接触している（すなわち干渉している）と判断される。定義（ｄ３）が満たされない場合には、固定専有空間１は移動専有空間２の全てを包含しておらず、移動専有空間２は固定専有空間１と重複しない部分（空間）があると判断される。

【0046】

定義（ｄ３）及び（ｄ４）によれば、固定専有空間１は、機体Ａの重心が部分４Ｄ経路４１上にある場合に、球の半径がＬＥ＞０であるように移動専有空間２を包含する空間である。すなわち、機体Ａの重心が部分４Ｄ経路４１上にある場合は、固定専有空間１の境界面と移動専有空間２の境界面とが接触することなく、移動専有空間２は完全に固定専有空間１の内側に位置するものとする。ＬＥの定義によれば、ＬＥは簡単には固定専有空間１の境界面と移動専有空間２の境界面との距離である。但し、厳密には、ＬＥは、移動専有空間２の境界面上のあらゆるところで定義される。よって、固定専有空間１の境界面と移動専有空間２の境界面との距離は、ＬＥの集合として規定されるものであることに注意する。すなわち、固定専有空間１の境界面と移動専有空間２の境界面との距離は、集合｛ＬＥ（ｓｉ）＞０｜ｓｉ⊂Ｓｉ｝で規定される。

【0047】

固定専有空間１と部分４Ｄ経路４１との位置関係は、機体Ａの重心が部分４Ｄ経路４１上にある場合に固定専有空間１の境界面と移動専有空間２の境界面とが接触せずに固定専有空間１が移動専有空間２を包含する関係にあることを介して、図７に示すように、間接的に制約・決定されるものである。

【0048】

上記のような、固定専有空間１、移動専有空間２及び４Ｄ経路４の関係によれば、固定専有空間１及び移動専有空間２の形状は、図８及び図９に例示するように、特に限定されない。
図８は、固定専有空間１を円柱状８１とし、移動専有空間２を球状８２とした例を示す図である。図９は、固定専有空間１を球状９１とし、移動専有空間２を球状９２とした例を示す図である。

【0049】

すなわち、固定専有空間１及び移動専有空間２の各形状は、球、立方体又は直方体等の凸空間を形成する形状であってもよいし、非凸空間を形成する形状であってもよい。言い換えると、固定専有空間１及び移動専有空間２の各形状は、３次元空間を形成することができる立体形状であれば何でもよい。

【0050】

図９は、固定専有空間１及び移動専有空間２が何れも球状を成すシンプルな例を示している。図９の例では、移動専有空間９２の境界面と機体Ａの重心との距離ＬＭは、シンプルに半径９４である。固定専有空間９１と移動専有空間９２との距離ＬＥは、最近距離９５で代表することができる（ＬＥを集合とみなす場合、最近距離９５はＭＩＮ｛ＬＥ｝）。また、固定専有空間９１の球体中心は部分４Ｄ経路４１上に位置するものとして、固定専有空間９１と部分４Ｄ経路４１の位置関係を簡単化することができる。これにより、運行管理システム６は、固定専有空間１及び移動専有空間２を設計する際の演算量を低減するができるので、４Ｄ経路４を計画する際の演算量を低減することができる。

【0051】

上記ように定義された固定専有空間１及び部分４Ｄ経路４１に基づいて、４Ｄ経路計画部８は、各機体Ａ，Ｂの４Ｄ経路４，４ｂを、固定専有空間１，１ｂの連結を介して、すなわち、固定専有空間１，１ｂの時系列を介して生成する。４Ｄ経路計画部８は、各機体Ａ，Ｂの固定専有空間１，１ｂが、運行計画の全時刻で重複の無いような４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。よって、４Ｄ経路計画部８は、各機体Ａ，Ｂ同士の衝突リスク（異常接近リスクを含む）が無い安全な４Ｄ経路４，４ｂを計画して各機体Ａ，Ｂに提供することができる。

【0052】

加えて、４Ｄ経路計画部８は、図１０を用いて説明するように、空間効率の良い４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。
図１０は、各機体Ａ，Ｂの４Ｄ経路４，４ｂの軌道１０４，１０５が交差する場合を示す図である。

【0053】

４Ｄ経路４の軌道１０４とは、４Ｄ経路４を構成する各４次元ベクトル２１の３次元座標を時刻順に繋いだ線である。４Ｄ経路４の軌道１０４は、各４次元ベクトル２１の時刻を除いた３次元ベクトルの系列として構成される。４Ｄ経路４の軌道１０４は、機体Ａの移動方向１０１に沿って延びる。４Ｄ経路４ｂの軌道１０５は、４Ｄ経路４ｂを構成する各４次元ベクトルの３次元座標を時刻順に繋いだ線であり、機体Ｂの移動方向１０２に沿って延びる。

【0054】

図１０では、機体Ａの４Ｄ経路４の軌道１０４と、機体Ｂの４Ｄ経路４ｂの軌道１０５とが、交点１０３において交差する。この場合であっても、４Ｄ経路計画部８は、固定専有空間１，１ｂの時系列として４Ｄ経路４，４ｂを設計するので、全時刻において各機体Ａ，Ｂの一方が他方の固定専有空間に進入しないような４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。すなわち、４Ｄ経路計画部８は、機体Ｂが交点１０３を通過し交点１０３から十分離れた後に機体Ａが交点１０３を通過するように、各機体Ａ，Ｂの４Ｄ経路４，４ｂを固定専有空間１，１ｂの時系列として計画すればよい。例えば、４Ｄ経路計画部８は、機体Ａが交点１０３を通過する時刻での機体Ａの固定専有空間１が、当該時刻での機体Ｂの固定専有空間１ｂと重複しないように、４Ｄ経路４，４ｂを計画する。これにより、４Ｄ経路計画部８は、４Ｄ経路４，４ｂの軌道１０４，１０５が交差することを許容しつつ各機体Ａ，Ｂ同士の衝突リスクが無い安全な４Ｄ経路４，４ｂを設計することができる。よって、４Ｄ経路計画部８は、軌道１０４，１０５が交差しないように経路を設計する従来の手法と比べて、空間効率の良い４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。

【0055】

次に、図１１及び図１２を用いて、固定専有空間設計部１３により設計される固定専有空間１，１ｂの設計思想について説明する。
図１１は、固定専有空間１，１ｂの設計思想を説明する図である。図１２は、運行管理システム６が管理する管理地域１２０１を説明する図である。

【0056】

図１１では、機体Ａが球状の移動専有空間２に完全に包含され、部分４Ｄ経路４１上を移動し、部分４Ｄ経路４１上の何れの位置にあっても、移動専有空間２のサイズ（体積）及び形状が変化しないものとする。図１１において、固定専有空間１１０２は、部分４Ｄ経路４１を包含する。固定専有空間１１０２は、機体Ａが部分４Ｄ経路４１上の何れの位置にあっても、機体Ａの移動専有空間２を包含している。

【0057】

図１１に示す固定専有空間１１０２のサイズ及び形状は、風況と通信品質とを考慮したサイズ及び形状となっている。通信品質とは、運行管理システム６の通信装置１７と機体Ａとの通信の品質である。管理地域内の各地点では、風況や電波の伝播し易さが異なる場合がある。よって、固定専有空間設計部１３は、風況と通信品質とを考慮して、固定専有空間１１０２のサイズ及び形状を設計する。

【0058】

図１１において、部分４Ｄ経路４１上の点群１１０４は、強風エリア１１０１内に存在している。これは、点群１１０４の示す３次元座標及び時刻においては、部分４Ｄ経路４１が強風エリア１１０１内にあることを意味する。したがって、機体Ａが点群１１０４を通過する際には、機体Ａは強風エリア１１０１内にあり、強風に曝されることを意味する。この際、機体Ａは場合によっては部分４Ｄ経路４１上から逸脱するリスクがある。このような場合であっても移動専有空間２が固定専有空間１１０２に包含されるよう、固定専有空間設計部１３は、点群１１０４周辺における固定専有空間１１０２のサイズを大きくした形状に設計する。これにより、仮に点群１１０４周辺において機体Ａが部分４Ｄ経路４１上から逸脱しても、移動専有空間２が固定専有空間１１０２に包含されるので、他の機体との衝突リスクが無い安全な４Ｄ経路４の設計が可能となる。

【0059】

また、図１１では、機体Ａが点群１１０５を通過する際には、機体Ａと運行管理システム６との通信が途絶する場合を想定している。この場合、固定専有空間設計部１３は、機体Ａの移動方向に沿って固定専有空間１１０２のサイズを大きくして、固定専有空間１１０２を通信品質マージン１１０３が設けられた形状に設計する。したがって、仮に点群１１０５周辺において通信途絶が発生しても、機体Ａは部分４Ｄ経路４１上を飛行することで、移動専有空間２が固定専有空間１１０２に包含され得る。このことは、たとえ通信途絶が発生しても、機体Ａが部分４Ｄ経路４１上を飛行することで、他機体との衝突リスクが無い安全な４Ｄ経路４の計画が可能であることを意味する。

【0060】

なお、機体Ａの部分４Ｄ経路４１からの逸脱（すなわち４Ｄ経路４からの逸脱）とは、時間的な遅れ／進みを含む。すなわち、機体Ａが部分４Ｄ経路４１上の或る点（３次元座標及び時刻）に、設計された時刻から遅れて到達した場合や、設計された時刻よりも早く到達した場合も、部分４Ｄ経路４１からの逸脱である。通信品質マージン１１０３のような、移動方向に沿って固定専有空間１１０２の形状を大きくしてマージンを確保することは、通信途絶以外の要因における機体Ａの時間的な遅れ／進みを許容する役割を果たす。したがって、このようなマージン確保によれば、仮に機体Ａが部分４Ｄ経路４１に対して、何かしらの要因で時間的な遅れ／進みが生じた場合であっても、移動専有空間２が固定専有空間１１０２に包含されるので、他機体との衝突リスクが無い安全な４Ｄ経路４の計画が可能となる。

【0061】

図１２では、管理地域１２０１が半径１２０２で与えられているとする。ここで、運行管理システム６が存在を把握できている物体を、管理物体と定義する。運行管理システム６が存在を把握できていない物体を、非管理物体と定義する。複数の機体Ａ，Ｂの４Ｄ経路４，４ｂを計画するにあたり、運行管理システム６が飛行の妨げとなる管理地域１２０１内の大小様々な障害物１２０６（例えば鳥又は小型ドローン等）を全て把握することは非現実的である。すなわち、管理地域１２０１内には、飛行の妨げとなる非管理物体が存在し得る。

【0062】

固定専有空間設計部１３は、機体Ａ及び機体Ｂのそれぞれが非管理物体を検知し自身の判断によって非管理物体を迂回して経路逸脱しても、固定専有空間１，１ｂの各境界面と移動専有空間２，２ｂの各境界面とがそれぞれ接触（干渉）しないよう、固定専有空間１，１ｂを設計する。すなわち、このように設計された固定専有空間１，１ｂを連結して４Ｄ経路４，４ｂを計画することにより、運行管理システム６は、管理地域１２０１内に存在し得る非管理物体を各機体Ａ，Ｂ自身の判断によって迂回し得る自由度を許容する４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。図３の例では、非管理物体である障害物３１を迂回するために、機体Ａは、機体Ａ自身の判断によって４Ｄ経路４から逸脱する経路３２を計画することができる。この経路３２は、機体Ａによる非管理物体の検知性能、及び、機体Ａの運動性能に依存して計画される。よって、固定専有空間設計部１３は、各機体Ａ，Ｂにおける非管理物体の検知性能、及び、各機体Ａ，Ｂの運動性能を考慮して、固定専有空間１，１ｂを設計する。このように、運行管理システム６は、管理地域１２０１内に非管理物体が存在し得ることが考慮された４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。

【0063】

次に、図１３を用いて、移動専有空間設計部１４により設計される移動専有空間２，２ｂの設計思想について説明する。
図１３は、移動専有空間２，２ｂの設計思想を説明する図である。

【0064】

図１３は、各機体Ａ，Ｂの固定専有空間１，１ｂと移動専有空間２，２ｂとを、図９に示したように各々球体とする場合を示したものである。４Ｄ経路計画部８は、各機体Ａ，Ｂ体の固定専有空間１、１ｂが互いに重複しないように４Ｄ経路４，４ｂを計画し、これにより、図１０に示したように空間効率の良い４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。よって、４Ｄ経路計画部８は、各機体Ａ，Ｂの固定専有空間１，１ｂの境界面が、図１３のように互いに接触するような４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。

【0065】

図１３では、機体Ａの固定専有空間１３０１の境界面と、機体Ｂの固定専有空間１３０１ｂの境界面とが接点１３０７で接触するように４Ｄ経路４，４ｂが設計されている。機体Ａの移動専有空間１３０２の半径１３０３をＲａＡ、機体Ｂの移動専有空間１３０２ｂの半径１３０３ｂをＲａＢとする。また、図１３は、機体Ａ及び機体Ｂが各々、運行管理システム６が提供した４Ｄ経路４及び４Ｄ経路４ｂから諸事象で逸脱して経路１３０５，１３０５ｂを飛行している例を示している。図１３は、機体Ａの移動専有空間１３０２の境界面が、固定専有空間１３０１の境界面に接点１３０４で接触し、機体Ｂの移動専有空間１３０２ｂの境界面が、固定専有空間１３０１ｂの境界面に接点１３０４ｂで接触している例を示している。

【0066】

このような場合であっても、各機体Ａ，Ｂの移動専有空間１３０２，１３０２ｂが自身の固定専有空間１３０１，１３０１ｂに包含される場合は、両機体間距離１３０６は、（ＲａＡ＋ＲａＢ）以下になることはない。すなわち、各機体Ａ，Ｂの固定専有空間１３０１，１３０１ｂが互いに重複することなく、且つ、各機体Ａ，Ｂの移動専有空間１３０２，１３０２ｂが自身の固定専有空間１３０１，１３０１ｂに包含される場合、各機体Ａ，Ｂに設けた移動専有空間１３０２，１３０２ｂが他機体との衝突を回避するための安全マージンとなる。この安全マージンは、図１３の場合は簡単にはＲａＡ＋ＲａＢとして与えられる。ＲａＡ＋ＲａＢは、上記の近接許容距離に相当し得る。したがって、このような移動専有空間１３０２，１３０２ｂを包含する固定専有空間１３０１，１３０１ｂを基に４Ｄ経路４，４ｂを計画する４Ｄ経路計画部８は、各機体Ａ，Ｂが諸事象で４Ｄ経路４，４ｂを逸脱する場合であっても、各機体Ａ，Ｂ同士の衝突リスクが無い安全な４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。

【0067】

次に、図１４及び図１５を用いて、４Ｄ経路４，４ｂの再計画機能について説明する。経路計画装置７は、より柔軟に、リアルタイム且つ動的に４Ｄ経路４，４ｂを計画できるよう、固定専有空間１，１ｂを修正して４Ｄ経路４，４ｂの再計画を行う。
図１４は、４Ｄ経路４，４ｂの再計画機能を説明する図である。図１５は、経路計画装置７の警告発報機能を説明するブロック図である。

【0068】

図１４において、機体Ａの移動専有空間１３０２が固定専有空間１３０１に包含されなくなる事態を回避するため、経路計画装置７は、固定専有空間１３０１を次のように修正して、４Ｄ経路４を再計画する。すなわち、固定専有空間設計部１３は、機体Ａの移動専有空間１３０２の境界面が固定専有空間１３０１の境界面に接触する（干渉する）と、両者の境界面の接触（干渉）が解消するよう、機体Ａの固定専有空間１３０１を固定専有空間１４０２のように修正する。そして、４Ｄ経路計画部８は、修正された固定専有空間１４０２に応じて新たに４Ｄ経路１４０１を再計画する。これにより、機体Ａが諸事象で４Ｄ経路４から逸脱しても、移動専有空間１３０２が固定専有空間１３０１に包含されなくなる事態が回避され得る。したがって、このような再計画が行える場合、４Ｄ経路計画部８は、各機体Ａ，Ｂが諸事象で４Ｄ経路４，４ｂを逸脱する場合であっても、各機体Ａ，Ｂ同士の衝突リスクが無い安全な４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。

【0069】

なお、４Ｄ経路４，４ｂの再計画機能に関して、固定専有空間設計部１３は、再計画の対象である機体だけでなく、周辺の他機体の固定専有空間を修正することができる。そして、４Ｄ経路計画部８は、修正された他機体の固定専有空間に応じて他機体の４Ｄ経路を再計画することができる。これにより、経路計画装置７は、自機体の固定専有空間を修正することが難しい程に他機体と接近した状況であっても、他機体の４Ｄ経路を再計画することができるので、管理下の機体全体の４Ｄ経路に対して安全且つ空間効率の良い４Ｄ経路を計画することができる。

【0070】

このような再計画を行うか否かの判定は、図１の空間干渉判定部１５が行う。空間干渉判定部１５は、固定専有空間設計部１３及び移動専有空間設計部１４から各機体Ａ，Ｂの固定専有空間１，１ｂ及び移動専有空間２，２ｂの各サイズ及び各形状の情報を取得する。空間干渉判定部１５は、機体Ａの位置情報５に基づいて、機体Ａの固定専有空間１の境界面と移動専有空間２の境界面との両者が接触する（干渉する）か否かを判定する。空間干渉判定部１５は、機体Ｂの位置情報５ｂに基づいて、機体Ｂの固定専有空間１ｂの境界面と移動専有空間２ｂの境界面との両者が接触するか否かを判定する。

【0071】

各機体Ａ，Ｂにおいて、両者が接触すると判定された場合、空間干渉判定部１５は、固定専有空間設計部１３に固定専有空間１，１ｂの修正を指示すると共に、４Ｄ経路計画部８に４Ｄ経路４，４ｂの再計画を指示する。固定専有空間設計部１３及び４Ｄ経路計画部８は、空間干渉判定部１５からの指示を受けて、固定専有空間１，１ｂの修正、及び、４Ｄ経路４，４ｂの再計画を行う。

【0072】

なお、上述の境界面の接触判定に関して、移動専有空間２，２ｂが特定の形状の場合に限り、移動専有空間２，２ｂを、各機体Ａ，Ｂの重心の移動に伴うものと定義しなくてもよい場合がある点に注意する。例えば、図９のように固定専有空間９１と移動専有空間９２が何れも球状で回転に対して形状が不変であるような場合、機体Ａの重心を固定専有空間９１の重心と同じくする機体Ａの移動に伴わない半径９３－半径９４の球体（空間）を定義し、この球体の内部を飛行する機体Ａの重心が当該球体の境界面に接触するか否かをもって、移動専有空間９２を、機体Ａの重心の移動に伴うものと同等の境界面の接触判定が可能である。このように、移動専有空間２，２ｂは、その空間の形状に制約されない一般化された上位の概念である。

【0073】

４Ｄ経路４，４ｂの再計画機能は、固定専有空間１，１ｂのサイズを無駄のないコンパクトなものにする利点を提供する。再計画を認めない場合、４Ｄ経路４，４ｂの計画初期段階から固定専有空間１，１ｂのサイズを大きくせざるを得ないからである。したがって、４Ｄ経路４，４ｂの再計画機能は、空間効率の良い４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる点に貢献することができる。

【0074】

しかしながら、４Ｄ経路４，４ｂの再計画を常に行えるわけではない。図１３は、図１４に示すような再計画が難しい状況の一例である。このような状況を鑑みて、経路計画装置７は、図１５に示すように、４Ｄ経路４，４ｂに沿って飛行するよう各機体Ａ，Ｂに警告１５０１，１５０１ｂを送信する警告発報機能を有する。各機体Ａ，Ｂの警告報知部１５０２，１５０２ｂは、警告１５０１，１５０１ｂを報知して、４Ｄ経路４，４ｂへの復帰を促す。これにより、各機体Ａ，Ｂは、４Ｄ経路４，４ｂから逸脱する自由度を有しながらも、運行管理システム６から提供された４Ｄ経路４，４ｂに沿って飛行することができる。

【0075】

空間干渉判定部１５は、固定専有空間１，１ｂの境界面と移動専有空間２，２ｂの境界面との両者が接触すると判定され、且つ、４Ｄ経路４，４ｂの再計画ができない（両者の干渉を解消するよう固定専有空間１，１ｂを修正できない）場合、警告１５０１，１５０１ｂを各機体Ａ，Ｂに送信する。４Ｄ経路４，４ｂの再計画を行うことが可能であるか否かの判定（可否判定）は、各機体Ａ，Ｂの位置情報５，５ｂと、固定専有空間１，１ｂ及び移動専有空間２，２ｂの各サイズ及び各形状の情報と、に基づき行われる。この再計画の可否判定は、例えば、図１３のように、固定専有空間１，１ｂの隣接状況や、各機体Ａ，Ｂの４Ｄ経路４，４ｂからの逸脱量を、判定基準として行われる。

【0076】

４Ｄ経路計画部８は、４Ｄ経路４，４ｂを計画するにあたり、固定専有空間１，１ｂの情報が必要である。４Ｄ経路４，４ｂは、固定専有空間１，１ｂに包含される部分４Ｄ経路の連結で構成され、結果として、固定専有空間１，１ｂの時系列として設計されるからである。また、固定専有空間１，１ｂは、移動専有空間２，２ｂを包含する。更に、固定専有空間１，１ｂのサイズ及び形状は、移動専有空間２，２ｂのサイズ及び形状に依存する。したがって、４Ｄ経路計画部８は、４Ｄ経路４，４ｂを計画するにあたり、固定専有空間設計部１３及び移動専有空間設計部１４から固定専有空間１，１ｂ及び移動専有空間２，２ｂの情報を取得する必要がある。

【0077】

固定専有空間１，１ｂは、可能な限り大きく設計できれば望ましいが、固定専有空間のサイズを極端に大きく設計すると空間効率が犠牲になり、結果として運行効率の低下に繋がる。運行効率とは、離着陸可能な地上の一機体のための所定のエリア（複数存在してもよい）に対して、単位時間当たりに何回の離着陸ができるかを示すスカラ値とする。仮に、離着陸回数で利用者のペイメントが発生するとすれば、運行管理システム６には、ビジネス観点から運行効率の向上が要求される。すなわち、４Ｄ経路４，４ｂには空間効率の良さが求められる。

【0078】

移動専有空間２，２ｂのサイズ及び形状は、移動専有空間２，２ｂの役割から、想定される不確実性によって決定される。各機体Ａ，Ｂの運行に係る不確実性としては、各機体Ａ，Ｂの位置計測誤差、各機体Ａ，Ｂとの通信品質、及び、４Ｄ経路４，４ｂへの追従誤差の問題が挙げられる。位置計測誤差の問題は、各機体Ａ，Ｂの位置計測に生じる誤差が拡大したり、位置計測の信頼性（３σ又は６σ等）が低下したりする問題である。通信品質の問題は、各機体Ａ，Ｂと運行管理システム６との通信が遅延したり、途絶したりする問題である。４Ｄ経路４，４ｂへの追従誤差の問題は、各機体Ａ，Ｂ自体の性能と、風況等の外環境とに依存する問題である。移動専有空間２，２ｂは、これらの不確実性が存在しても、各機体Ａ，Ｂが他機体との衝突リスクが無い安全な距離を確保できるように設計される。なお、固定専有空間１，１ｂも同様に、これらの不確実性が存在しても、他機体との衝突リスクが無い安全な４Ｄ経路４，４ｂを計画可能なように設計される。

【0079】

図１の風況予測装置１０は、管理地域１２０１内の各地点の風況を所定時間未来まで予測し、風況情報１２を専有空間設計部９に随時提供する。風況等の外環境に依存する４Ｄ経路４，４ｂへの追従精度は、各地点の風況とその地点を通過する時刻に依存している。したがって、移動専有空間設計部１４が風況情報１２に基づき４Ｄ経路４，４ｂへの追従精度を考慮して移動専有空間２，２ｂを設計するには、４Ｄ経路４，４ｂ若しくは部分４Ｄ経路が与えられる必要がある。また、固定専有空間設計部１３が４Ｄ経路４，４ｂへの追従精度を考慮して固定専有空間１，１ｂを設計するには、４Ｄ経路４，４ｂ若しくは部分４Ｄ経路が与えられる必要がある。また、通信品質は、管理地域１２０１内の各地点でばらつきがある場合も想定される。このような観点から、固定専有空間設計部１３が通信品質を考慮して固定専有空間１，１ｂを設計するには、４Ｄ経路４，４ｂ若しくは部分４Ｄ経路が与えられる必要がある。

【0080】

したがって、図１の経路計画装置７は、４Ｄ経路計画部８と専有空間設計部９とで互いに必要な情報を共有しつつ、固定専有空間１，１ｂ及び移動専有空間２，２ｂの設計と、４Ｄ経路４，４ｂの計画とを反復して行う。これにより、経路計画装置７は、安全且つ空間効率の良い４Ｄ経路４，４ｂを計画して各機体Ａ，Ｂに提供することができる。

【0081】

４Ｄ経路４，４ｂの再計画は、空間干渉判定部１５からの指示を受けた場合に行われることに限定されない。図１２に示すように、管理地域１２０１内に新たな機体Ｃが進入した場合や、管理地域１２０１内の機体Ｄが管理地域１２０１外に退出した場合にも行われ得る。また、４Ｄ経路４，４ｂの再計画を行う必要があるか否かの判定（要否判定）は、所定周期で定期的に行われてもよい。すなわち、経路計画装置７は、各機体Ａ，Ｂが４Ｄ経路４，４ｂの始点から終点に到達するまでの間に所定周期で４Ｄ経路４，４ｂの位置情報５，５ｂを取得し、位置情報５，５ｂの取得毎に、４Ｄ経路４，４ｂを再計画する必要があるか否かを判定してもよい。これにより、経路計画装置７は、安全且つ空間効率の良い４Ｄ経路４，４ｂをリアルタイム且つ動的に計画し易くすることができ、常に最適な４Ｄ経路４，４ｂを各機体Ａ，Ｂに提供することができる。なお、既に提供された４Ｄ経路４，４ｂに沿って各機体Ａ，Ｂが飛行しているのであれば、４Ｄ経路４，４ｂの再計画を高頻度で行う必要はない。

【0082】

次に、図１６～図１９を用いて、管理物体に対して設計される専有空間１６１０について説明する。
図１６～図１９は、管理物体に対して設計される専有空間１６１０の一例を示す図である。

【0083】

ここまでは、他機体との衝突リスク、及び、非管理物体との衝突リスクを考慮した安全な４Ｄ経路４，４ｂの計画について説明してきたが、経路計画装置７は、管理物体との衝突リスクを考慮した安全な４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。具体的には、専有空間設計部９は、各機体Ａ，Ｂの飛行の妨げとなる管理物体に対して、各機体Ａ，Ｂの進入を許容しない専有空間１６１０を設計する。各機体Ａ，Ｂの固定専有空間１，１ｂと各管理物体に対して設計される専有空間１６１０とは、全時刻において互いに重複しないように設計される。

【0084】

管理物体としては、例えば、図１６に示すように、各機体Ａ，Ｂの視程を奪う雲が存在するエリアのような飛行の妨げとなる気象エリア１６０１や、鳥の群れ等の飛翔物１６０２が挙げられる。図１６では、専有空間設計部９は、気象エリア１６０１及び飛翔物１６０２のそれぞれに対して専有空間１６１０を設計する。これにより、４Ｄ経路計画部８は、気象エリア１６０１による経路逸脱や飛翔物１６０２との衝突リスクを考慮して、４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。なお、管理物体であるか非管理物体かは、これらを観測し、これらの存在を把握する運行管理システム６の観測装置の性能に依存している点に注意する。

【0085】

また、管理物体としては、例えば、図１７に示すように、電波塔又は高層ビルのような、各機体Ａ，Ｂの飛行の妨げとなる地上構造物１７０１が挙げられる。図１７では、専有空間設計部９は、地上構造物１７０１に対して専有空間１６１０を設計する。これにより、４Ｄ経路計画部８は、地上構造物１７０１との衝突リスクを考慮して４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。

【0086】

また、管理物体としては、例えば、図１８に示すような、原子力発電所等の重要施設や住宅地等の人口密集地区の上空といった飛行禁止エリア１８０１が挙げられる。図１８では、専有空間設計部９は、飛行禁止エリア１８０１に対して専有空間１６１０を設計する。これにより、４Ｄ経路計画部８は、飛行禁止エリア１８０１への進入回避を考慮して４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。飛行禁止エリア１８０１への墜落による被害や、騒音被害が回避され得る。

【0087】

また、管理物体として、例えば、図１９に示すような、山間部に存在する鉄塔１９０１及び電線１９０２が挙げられる。図１９では、専有空間設計部９は、鉄塔１９０１及び電線１９０２のそれぞれに対して専有空間１６１０を設計する。すなわち、専有空間設計部９は、電線１９０２のような空中に跨る管理物体に対しても専有空間１６１０を設計することができる。これにより、４Ｄ経路計画部８は、鉄塔１９０１及び電線１９０２との衝突リスクを考慮して４Ｄ経路４，４ｂを計画することができる。

【0088】

ここまで説明したように、運行管理システム６は、管理下の他機体又は管理物体との衝突リスクが無い安全且つ空間効率の良い４Ｄ経路を、リアルタイム且つ動的に、自動計画することができる。しかも、運行管理システム６は、各機体自身の判断による非管理物体の迂回に起因する経路逸脱や、風況等の外環境に起因する経路逸脱や、位置計測誤差等に起因する経路逸脱等を許容するロバスト性の高い４Ｄ経路を計画することができる。

【0089】

また、運行管理システム６のような航空機の離着陸場に適用され得る運行管理システムは、現実的な課題として、管理対象の航空機を垂直離着陸機に限定する場合であっても、管理地域内を固定翼機が飛行することを想定する必要がある。これは、固定翼機が運行管理システムの管理地域内を通過する場合が想定されるためである。垂直離着陸機と固定翼機とを管理下におく場合、航空機特有の課題として、これら機体がその場で待機したり、飛行を停止したりすることを前提として４Ｄ経路を計画することができるわけではない。すなわち、初期の経路計画の段階、及び、その後の再計画の段階の何れにおいても、機体のその場での待機又は飛行停止を極力選択することの無い中長期の時刻までを想定した４Ｄ経路を計画することが重要である。

【0090】

運行管理システム６は、固定専有空間の連結によって、始点から終点まで飛行する機体の飛行目的を達成し得る中長期の４Ｄ経路を計画することができるので、その場での待機ができない固定翼機を管理下とする場合でも、機体のその場での待機又は飛行停止を極力選択することの無い４Ｄ経路を、リアルタイム且つ動的に、自動で計画することができる。

【0091】

また、運行管理システム６は、特許文献１のように運行管理システム６の管理地域を複数エリアに分割し、各エリアの飛行可能／禁止を管理するものではない。運行管理システム６は、飛行可能／禁止の判断が分割されたエリア毎で離散的なものにならず、離散的に分割されたエリアの境界面での取り扱いが困難となる問題が発生せず、きめ細かい４Ｄ経路を容易に計画することができる。

【0092】

なお、運行管理システム６は、固定専有空間及び移動専有空間の設計と、４Ｄ経路の計画とを反復して行う際に、所定の評価項目又は所定の制約を設けて、これらを満たすように４Ｄ経路を計画してもよい。例えば、運行管理システム６は、運行効率向上の観点から、４Ｄ経路の経路長の低減量、又は、始点から終点までの移動時間の低減量等を、所定の評価項目として設けてもよい。また、例えば、運行管理システム６は、機体の乗り心地の観点から、４Ｄ経路の曲率を所定値以下にすること等を、所定の制約として設けてもよい。

【0093】

次に、図２０及び図２１を用いて、運行管理システム６によって行われる処理の流れについて説明する。
図２０は、運行管理システム６によって行われる処理のフローチャートである。図２１は、図２０に続いて行われる処理のフローチャートである。

【0094】

ステップＳ２００１において、運行管理システム６は、管理下の各機体の機体情報、各機体の運行情報、並びに、管理地域及び管理物体の観測情報を取得する。機体情報は、機体の寸法及び性能（非管理物体の検知性能及び運動性能を含む）の情報、並びに、位置計測性能（位置計測誤差）の情報等を含む。運行情報は、各機体の始点、経由地点及び終点（通過時刻を含む）の情報等を含む。観測情報は、管理物体の位置及び大きさ等の情報、並びに、各機体との通信品質の情報を含む。

【0095】

ステップＳ２００２において、運行管理システム６は、各機体の位置情報を取得する。

【0096】

ステップＳ２００３において、運行管理システム６は、取得された各種情報に基づいて、部分４Ｄ経路を各機体に対して設計する。そして、運行管理システム６は、部分４Ｄ経路上に重心がある機体を包含する移動専有空間を、各機体に対して設計する。更に、運行管理システム６は、管理物体に対する専有空間を設計する。そして、運行管理システム６は、移動専有空間（及び部分４Ｄ経路）を包含する固定専有空間を、各機体に対して設計する。

【0097】

ステップＳ２００４において、運行管理システム６は、管理物体に対する専有空間と各機体の固定専有空間とが全時刻において重複しないように、固定専有空間の連結によって、始点から終点までの４Ｄ経路を各機体に対して計画する。

【0098】

ステップＳ２００５において、運行管理システム６は、管理地域内の各地点において予測される風況を示す風況情報を取得する。

【0099】

ステップＳ２００６において、運行管理システム６は、取得された風況情報に基づいて、部分４Ｄ経路、移動専有空間、及び、固定専有空間の少なくとも１つを修正する。また、通信品質等の地点に依存する不確実性が存在する場合、これらも考慮して、部分４Ｄ経路、移動専有空間、及び、固定専有空間の少なくとも１つを修正する。運行管理システム６は、管理物体に対する専有空間と各機体の固定専有空間とが全時刻において重複せず、且つ、４Ｄ経路に対して所定の評価項目又は所定の制約を設けられている場合は、これらを満たすように、部分４Ｄ経路、移動専有空間、及び、固定専有空間の修正を反復継続する。そして、運行管理システム６は、４Ｄ経路を各機体に対して再計画する。

【0100】

ステップＳ２００７において、運行管理システム６は、再計画された４Ｄ経路を各機体に対して送信する。各機体は、運行管理システム６から送信された４Ｄ経路に沿って飛行することができる。

【0101】

ステップＳ２００８において、運行管理システム６は、管理地域内の機体に増減があるか否かを判定する。機体の増減が有る場合、運行管理システム６は、ステップＳ２００１に移行する。これにより、運行管理システム６は、管理地域内に新たな機体が進入した場合や、管理地域内の機体が管理地域外に退出した場合にも、これに対応した４Ｄ経路を再計画することができる。機体の増減が無い場合、運行管理システム６は、ステップＳ２００９に移行する。

【0102】

ステップＳ２００９において、運行管理システム６は、各機体の位置情報を取得する。

【0103】

ステップＳ２０１０において、運行管理システム６は、各機体が終点に着陸したか否かを判定する。各機体が終点に着陸した場合、運行管理システム６は、図２０及び図２１に示す本処理を終了する。各機体が終点に着陸していない場合、運行管理システム６は、終点に着陸していない機体、すなわち飛行中の機体を対象としてステップＳ２０１１に移行する。

【0104】

ステップＳ２０１１において、運行管理システム６は、４Ｄ経路から逸脱した機体が存在するか否かを判定する。経路逸脱した機体が存在しない場合、飛行中の機体を対象としてステップＳ２００８に移行する。経路逸脱した機体が存在する場合、運行管理システム６は、４Ｄ経路から逸脱した機体に対して、移動専有空間の境界面と固定専有空間の境界面との両者が接触する機体が存在するか否かを判定する。これにより、運行管理システム６は、両者が干渉する機体が存在するか否かを判定する。両者が干渉する機体が存在する場合、運行管理システム６は、両者が干渉する機体を対象としてステップＳ２０１２に移行する。両者が干渉する機体が存在しない場合、運行管理システム６は、飛行中の機体を対象としてステップＳ２００８に移行する。

【0105】

ステップＳ２０１２において、運行管理システム６は、４Ｄ経路の再計画が可能である機体が存在するか否か判定する。４Ｄ経路の再計画が可能な機体が存在する場合、運行管理システム６は、４Ｄ経路の再計画が可能な機体を対象としてステップＳ２００１に移行する。４Ｄ経路の再計画が可能な機体が存在しない場合、運行管理システム６は、４Ｄ経路の再計画が不可能な機体を対象としてステップＳ２０１３に移行する。

【0106】

ステップＳ２０１３において、運行管理システム６は、４Ｄ経路の再計画が不可能な機体に対して、４Ｄ経路に沿って飛行するよう警告を送信する。その後、運行管理システム６は、飛行中の機体を対象としてステップＳ２００８に移行する。

【0107】

以上のように、本実施形態の運行管理システム６は、垂直離着陸機のような機体の飛行を管理する運行管理システムである。運行管理システム６は、機体が通過する予定の位置及び時刻の系列として表される当該機体の４Ｄ経路を計画する４Ｄ経路計画部８を備える。運行管理システム６は、他機体の進入を許容しない当該機体の専有空間として、当該機体を包含し当該移動体と共に移動する移動専有空間と、移動専有空間を包含し４Ｄ経路に沿う固定専有空間とを設計する専有空間設計部９を備える。４Ｄ経路計画部８は、当該機体の飛行中、移動専有空間と固定専有空間との位置関係に基づいて、４Ｄ経路を再計画する。

【0108】

これにより、本実施形態の運行管理システム６は、移動専有空間及び固定専有空間という二重の専有空間が機体に対して設けられているので、機体の経路逸脱を許容しつつ他機体との衝突リスクの無い安全な４Ｄ経路を計画することができる。しかも、運行管理システム６は、機体の飛行中に４Ｄ経路を再計画することができるので、飛行中に様々な事象が発生しても、これに対応できる安全な４Ｄ経路を随時計画し、機体に提供することができる。同時に、運行管理システム６は、機体が通過する予定の位置だけでなく通過する時刻を考慮して４Ｄ経路を計画するので、他機体の４Ｄ経路の軌道と交差する４Ｄ経路を許容することができ、空間効率の良い４Ｄ経路を計画することができる。しかも、運行管理システム６は、機体の飛行中に４Ｄ経路を再計画することができるので、機体の飛行中に様々な事象が発生しても、これに対応した空間効率が良い４Ｄ経路を随時計画し、機体に提供することができる。よって、本実施形態によれば、運行中に発生する諸事象に対応して運行経路を安全且つ空間効率良く最適化することが可能な運行管理システム６を提供することができる。

【0109】

また、本実施形態の専有空間設計部９は、移動専有空間を設計する移動専有空間設計部１４と、固定専有空間を設計する固定専有空間設計部１３と、移動専有空間を画定する境界面と固定専有空間を画定する境界面との両者が干渉するか否かを判定する空間干渉判定部１５と、を有する。固定専有空間設計部１３は、両者が干渉すると判定された場合、両者の干渉を解消するよう固定専有空間を修正する。４Ｄ経路計画部８は、修正された固定専有空間に応じて４Ｄ経路を再計画する。

【0110】

これにより、本実施形態の運行管理システム６は、比較的簡単な手法によって衝突リスクの無い４Ｄ経路を確実に再計画することができるので、安全且つ空間効率の良い４Ｄ経路を確実且つ容易に計画し、機体に提供することができる。

【0111】

［実施形態２］
図２２を用いて、実施形態２の運行管理システム６について説明する。実施形態２の運行管理システム６において、実施形態１と同様の構成及び動作については、説明を省略する。
図２２は、実施形態２の運行管理システム６の構成の一例を示すブロック図である。

【0112】

実施形態１の運行管理システム６は、固定専有空間及び移動専有空間に基づいて各機体の４Ｄ経路を計画し、４Ｄ経路を各機体に送信していた。実施形態１の運行管理システム６は、各機体自身が固定専有空間及び移動専有空間を認識する必要がなく、各機体の離着陸の運行管理を行うことができる。これは、運行管理システム６が、様々なスペックの機体の離着陸の運行管理を行う上で、固定専有空間及び移動専有空間を認識する機能を、各機体に要求しないという点において有効である。

【0113】

ところで、運行管理システム６の立場からすれば、各機体においては提供した４Ｄ経路を遵守した飛行が望ましく、また、固定専有空間の境界面と移動専有空間の境界面との干渉を契機として、４Ｄ経路を再設計することが頻繁に行われる状況は避けたい。このような理由から、実施形態２の運行管理システム６は、図２２に示すように構成されていてもよい。

【0114】

すなわち、実施形態２の運行管理システム６は、経路計画装置７が、各機体Ａ，Ｂに対して警告１５０１，１５０１ｂをそれぞれ発報する機能に加えて、固定専有空間及び移動専有空間を示す情報２２０１，２２０１ｂを各機体Ａ，Ｂにそれぞれ送信する機能を備える。実施形態２の各機体Ａ，Ｂは、運行管理システム６から送信された情報２２０１，２２０１ｂから固定専有空間１，１ｂ及び移動専有空間２，２ｂを認識する専有空間認識部２２０２，２２０２ｂを備える。そして、実施形態２の各機体Ａ，Ｂは、認識された移動専有空間２，２ｂ及び固定専有空間１，１ｂに基づいて経路を計画することができる。具体的には、実施形態２の各機体Ａ，Ｂは、各機体Ａ，Ｂ自身の判断によって、認識された移動専有空間２，２ｂが固定専有空間１，１ｂに包含される範囲内を限度として、運行管理システム６から送信された４Ｄ経路４，４ｂから逸脱する経路を計画することができる。これにより、実施形態２の運行管理システム６は、各機体Ａ，Ｂが４Ｄ経路４，４ｂから逸脱する自由度を実施形態１よりも高めることができ、４Ｄ経路４，４ｂを再計画する頻度を低減することができる。

【0115】

なお、実施形態２において、運行管理システム６の管理下の全ての機体が専有空間認識部を備える必要はない。実施形態２の運行管理システム６は、専有空間認識部を備える機体にだけ、固定専有空間及び移動専有空間を示す情報を送信する。このような構成であっても、実施形態２の運行管理システム６は、４Ｄ経路を再計画する頻度を低減することができる。

【0116】

［その他］
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、或る実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、或る実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0117】

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路にて設計する等によりハードウェアによって実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアによって実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（solid state drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【0118】

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【符号の説明】

【0119】

１，１ｂ…固定専有空間、２，２ｂ…移動専有空間、４，４ｂ…４Ｄ経路（運行経路）、５，５ｂ…位置情報、６…運行管理システム、８…４Ｄ経路計画部（経路計画部）、９…専有空間設計部、１２…風況情報、１３…固定専有空間設計部、１４…移動専有空間設計部、１５…空間干渉判定部、１５０１，１５０１ｂ…警告、１６０１…気象エリア、１６０２…飛翔物、１６１０…専有空間、１７０１…地上構造物、１８０１…飛行禁止エリア、Ａ，Ｂ…機体（移動体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】