特開 2024-53736 離着陸危険度判定システム、離着陸危険度判定プログラム及び離着陸危険度判定システム構築方法

(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】P2024053736

(43)【公開日】2024-04-16

(54)【発明の名称】離着陸危険度判定システム、離着陸危険度判定プログラム及び離着陸危険度判定システム構築方法

(51)【国際特許分類】

   B64F 1/36 20240101AFI20240409BHJP

【ＦＩ】

B64F1/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160121

(22)【出願日】2022-10-04

(71)【出願人】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】牧 緑

(72)【発明者】

【氏名】玉山 雅人

(57)【要約】

【課題】都市複雑空間における離着陸の危険度を高精度に判定する離着陸危険度判定システム、離着陸危険度予測プログラム及び離着陸危険度判定システム構築方法を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る離着陸危険度判定システムは、警戒指数判定部を具備する。前記警戒指数判定部は、事前に生成された相関関係であって、垂直離着陸機が離着陸する垂直離着陸空間の周囲に複数が配置され、風による圧力変動を検出する圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動と前記垂直離着陸空間に対する前記垂直離着陸機の離着率困難性を示す警戒指数の相関関係と、前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動に基づいて前記警戒指数を判定する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

事前に生成された相関関係であって、垂直離着陸機が離着陸する垂直離着陸空間の周囲に複数が配置され、風による圧力変動を検出する圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動と前記垂直離着陸空間に対する前記垂直離着陸機の離着率困難性を示す警戒指数の相関関係と、前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動に基づいて前記警戒指数を判定する警戒指数判定部
を具備する離着陸危険度判定システム。

【請求項2】

請求項１に記載の離着陸危険度判定システムであって、
前記相関関係を生成する相関解析部をさらに具備し、
前記相関解析部は、前記垂直離着陸空間の風況を示す風況動画に基づいて指定された前記警戒指数と、前記風況動画の撮影期間において前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動から前記相関関係を生成する
離着陸危険度判定システム。

【請求項3】

請求項２に記載の離着陸危険度判定システムであって、
前記垂直離着陸空間内に配置され、風況に応じて視覚的変化を生じる風況提示物体を撮影し、前記風況動画を生成する風況動画生成部と、
前記垂直離着陸機の熟練操縦者が前記風況提示物体を参照して判定した警戒指数と前記風況提示物体の状態についての機械学習により生成された学習則を利用して前記風況動画を前記警戒指数に変換する警戒指数変換部と
をさらに具備する離着陸危険度判定システム。

【請求項4】

請求項1に記載の離着陸危険度判定システムであって、
所定時間後に前記複数の圧力センサが検出すると推定される圧力変動を予測する圧力変動予測部をさらに具備し、
前記警戒指数判定部は、さらに前記圧力変動予測部が予測した圧力変動と前記相関関係に基づいて前記警戒指数を判定する
離着陸危険度判定システム。

【請求項5】

請求項４に記載の離着陸危険度判定システムであって、
前記圧力変動算出部は、前記複数の圧力センサが配置された領域の周辺領域の風況をＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析により算出し、前記圧力変動を予測する
離着陸危険度判定システム。

【請求項6】

請求項１に記載の離着陸危険度判定システムであって、
前記複数の圧力センサをさらに具備する
離着陸危険度判定システム。

【請求項7】

請求項６に記載の離着陸危険度判定システムであって、
前記垂直離着陸空間は、高層ビル群を構成する高層ビルの屋上に位置し、
前記複数の圧力センサは、前記高層ビル及び前記高層ビルの周囲の高層ビルの外壁又は屋上に配置されている
離着陸危険度判定システム。

【請求項8】

請求項１に記載の離着陸危険度判定システムであって、
前記警戒指数判定部が決定した警戒指数を前記垂直離着陸機又は前記垂直離着陸機の運行管理システムに送信する警戒指数送信部をさらに具備する
離着陸危険度判定システム。

【請求項9】

事前に生成された相関関係であって、垂直離着陸機が離着陸する垂直離着陸空間の周囲に複数が配置され、風による圧力変動を検出する圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動と前記垂直離着陸空間に対する前記垂直離着陸機の離着率困難性を示す警戒指数の相関関係と、前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動に基づいて前記警戒指数を判定する警戒指数判定部
として情報処理装置を動作させる離着陸危険度判定プログラム。

【請求項10】

垂直離着陸機が離着陸する垂直離着陸空間の周囲に、風による圧力変動を検出する圧力センサを複数配置し、
前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動と、前記垂直離着陸空間に対する前記垂直離着陸機の離着率困難性を示す警戒指数をトレーニングデータと検証用データに分割し、
前記トレーニングデータを用いて最適化問題を解き、
前記検証用データを用いて前記複数の圧力センサの近似性能を評価し、近似性能が不十分な場合、前記複数の圧力センサの配置を調整する
離着陸危険度判定システム構築方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、都市複雑空間における垂直離着陸機の離着陸危険度を予測する離着陸危険度判定システム、離着陸危険度予測プログラム及び離着陸危険度判定システム構築方法に関する。

【背景技術】

【0002】

都市空間内を、ｅＶＴＯＬ（electric Vertical Take-Off and Landing aircraft）等の小型機が往来するアーバンエアモビリティ（ＵＡＭ＝Urban Air Mobility）構想が進められている。都市空間では、構造物間のビル風や吹きおろしの影響等、自由空間では発生しない特殊乱気流が発生する。ＵＡＭの安全な離着陸を支援するために、ＵＡＭの離着陸場であるVertiport空間（２０ｍ×２０ｍ×２０ｍ程度）における気流の情報を提供する気流情報提供システムが望まれている。

【0003】

既存の気流情報提供技術として、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics；数値流体力学）技術がある（例えば、特許文献１参照）。ＣＦＤ技術は、流体の運動に関する方程式をコンピュータで解くことによって流れを観察する数値解析及びシミュレーション技術であり、非定常高解像度風況解析を可能とする。数値計算ではなく、気流の直接観測の方法としては、ドップラーライダー又はドップラーソーダを利用したリモートセンシングがある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－４５０４９号公報

【特許文献2】特開２０１４－１５９７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ＣＦＤ技術を都市複雑空間における局所的な気流予測に利用する場合、都市空間特有の形状複雑性と熱環境（アスファルト、ビルの排熱等）の不確定性により、境界条件が定まらず、計算精度の信頼性は期待できない。計算コストも莫大で実用は不可能である。したがって、現在のＣＦＤ技術のみでは都市複雑空間の局所的な気流を高精度で予測することは困難である。

【0006】

また、リモートセンシングを利用する場合、レーザ光は雨や霧で散乱するため、ドップラーライダーの精度は天候に左右される。また、ドップラーライダー及びドップラーソーダ共に２０ｍ以下の近距離の測定は困難である。さらに機器設置・保守のコストは実装の壁となる。空間スキャン機能の搭載も可能であるが高速処理向きでないため、多点同時観測は不可能である。都市空間低層においては、リモートセンシングではカバーできない死角空域が避けられない。さらに、悪天候が計測精度低下に影響するケースもある。

【0007】

気象庁も独自の観測網とＣＦＤ解析を用いて数値予測を実施しているが、最も細かい局地モデル（ＬＦＭ＝Local Forecast Model）でも、２ｋｍメッシュ、予測頻度は１時間毎で、時空間解像度、実況性ともに不十分である。ＷＲＦ（Weather Research and Forecasting）を用いた高解像度化（２００ｍメッシュ、９時間先まで）、ライダー走査による観測点補強による高解像度化（１００ｍメッシュ、１時間先まで）の試みもあるがまだ実験段階である。このため、都市空間における局所風況把握には解像度が粗すぎる。このように、従来技術のみでは、都市複雑空間におけるVertiport空間の局所風況提示は困難である。

【0008】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、都市複雑空間における離着陸の危険度を高精度に判定する離着陸危険度判定システム、離着陸危険度予測プログラム及び離着陸危険度判定システム構築方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一形態に係る離着陸危険度判定システムは、警戒指数判定部を具備する。
前記警戒指数判定部は、事前に生成された相関関係であって、垂直離着陸機が離着陸する垂直離着陸空間の周囲に複数が配置され、風による圧力変動を検出する圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動と前記垂直離着陸空間に対する前記垂直離着陸機の離着率困難性を示す警戒指数の相関関係と、前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動に基づいて前記警戒指数を判定する。

【0010】

前記離着陸危険度判定システムは、
前記相関関係を生成する相関解析部をさらに具備し、
前記相関解析部は、前記垂直離着陸空間の風況を示す風況動画に基づいて指定された前記警戒指数と、前記風況動画の撮影期間において前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動から前記相関関係を生成してもよい。

【0011】

前記離着陸危険度判定システムは、
前記垂直離着陸空間内に配置され、風況に応じて視覚的変化を生じる風況提示物体を撮影し、前記風況動画を生成する風況動画生成部と、
前記垂直離着陸機の熟練操縦者が前記風況提示物体を参照して判定した警戒指数と前記風況提示物体の状態についての機械学習により生成された学習則を利用して前記風況動画を前記警戒指数に変換する警戒指数変換部と
をさらに具備してもよい。

【0012】

前記離着陸危険度判定システムは、
所定時間後に前記複数の圧力センサが検出すると推定される圧力変動を予測する圧力変動予測部をさらに具備し、
前記警戒指数判定部は、さらに前記圧力変動予測部が予測した圧力変動と前記相関関係に基づいて前記警戒指数を判定してもよい。

【0013】

前記圧力変動算出部は、前記複数の圧力センサが配置された領域の周辺領域の風況をＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析により算出し、前記圧力変動を予測してもよい。

【0014】

前記離着陸危険度判定システムは、
前記複数の圧力センサをさらに具備してもよい。

【0015】

前記垂直離着陸空間は、高層ビル群を構成する高層ビルの屋上に位置し、
前記複数の圧力センサは、前記高層ビル及び前記高層ビルの周囲の高層ビルの外壁又は屋上に配置されていてもよい。

【0016】

前記離着陸危険度判定システムは、
前記警戒指数判定部が決定した警戒指数を前記垂直離着陸機又は前記垂直離着陸機の運行管理システムに送信する警戒指数送信部
をさらに具備してもよい。

【0017】

本発明の一形態に係る離着陸危険度判定プログラムは、
事前に生成された相関関係であって、垂直離着陸機が離着陸する垂直離着陸空間の周囲に複数が配置され、風による圧力変動を検出する圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動と前記垂直離着陸空間に対する前記垂直離着陸機の離着率困難性を示す警戒指数の相関関係と、前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動に基づいて前記警戒指数を判定する警戒指数判定部
として情報処理装置を動作させる。

【0018】

本発明の一形態に係る離着陸危険度判定システム構築方法は、
垂直離着陸機が離着陸する垂直離着陸空間の周囲に、風による圧力変動を検出する圧力センサを複数配置し、
前記複数の圧力センサがそれぞれ検出した圧力変動と、前記垂直離着陸空間に対する前記垂直離着陸機の離着率困難性を示す警戒指数をトレーニングデータと検証用データに分割し、
前記トレーニングデータを用いて最適化問題を解き、
前記検証用データを用いて前記複数の圧力センサの近似性能を評価し、近似性能が不十分な場合、前記複数の圧力センサの配置を調整する。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、都市複雑空間における離着陸の危険度を高精度に判定する離着陸危険度判定システム、離着陸危険度予測プログラム及び離着陸危険度判定システム構築方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る離着陸危険度判定システムの構成を示すブロック図である。

【図2】垂直離着陸空間の模式図である。

【図3】垂直離着陸空間及び垂直離着陸機の模式図である。

【図4】実況担当領域の模式図である。

【図5】前記離着陸危険度判定システムが備える圧力センサの斜視図である。

【図6】前記圧力センサの配置を示す模式図である。

【図7】前記離着陸危険度判定システムの動作を示す模式図である。

【図8】前記離着陸危険度判定システムの風況動画撮影部による風況動画の撮影を示す模式図である。

【図9】前記離着陸危険度判定システムにおける警戒指数の判定方法の模式図である

【図10】前記離着陸危険度判定システムの警戒指数変換部による風況提示物体の認識結果を示す模式図である。

【図11】前記離着陸危険度判定システムの構築手順を示すフローチャートである

【図12】離着陸危険度判定システムのシステム構成例を示す模式図である

【図13】第１の実施形態の変形例に係る離着陸危険度判定システムの動作を示す模式図である。

【図14】本発明の第２の実施形態に係る離着陸危険度判定システムの構成を示すブロック図である。

【図15】実況担当領域及びその周囲を示す模式図である。

【図16】前記離着陸危険度判定システムの圧力変動予測部よる圧力場の低次元化を示す模式図である。

【図17】前記圧力変動予測部による縮約圧力場の動特性のモデル化を示す模式図である。

【図18】前記圧力変動予測部による圧力変動の予測アルゴリズムの設計手順を示すフローチャートである。

【図19】前記離着陸危険度判定システムの動作を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る離着陸危険度判定システムについて説明する

【0022】

［離着陸危険度判定システムの構成］
図１は本実施形態に係る離着陸危険度判定システム１００の構成を示すブロック図である。同図に示すように離着陸危険度判定システム１００は、圧力センサ群１１０、実験用情報処理装置１２０、危険度判定用情報処理装置１３０及び風況動画生成部１４０を備える。

【0023】

離着陸危険度判定システム１００は「垂直離着陸空間」の離着陸危険度を判定するシステムである。垂直離着陸空間は「Vertiport空間」とも呼ばれ、垂直離着陸機が離着陸する空間である。垂直離着陸機はヘリコプター、ドローン及びｅＶＴＯＬ（electric Vertical Take-Off and Landing aircraft）等の垂直離着陸が可能な航空機を含み、有人機及び無人機の両方を含む。

【0024】

図２及び図３は垂直離着陸空間１５１の模式図である。図２に示すように垂直離着陸空間１５１は高層ビル１５２の屋上に設けられた垂直離着陸場１５３上の空間である。垂直離着陸場１５３は例えばヘリポートである。図３に示すように垂直離着陸空間１５１は立方体形状を有し、垂直離着陸機１５４が垂直離着陸場１５３への垂直離着陸を実行する空間である。垂直離着陸空間１５１の一辺は例えば２０ｍである。

【0025】

垂直離着陸空間１５１は「実況担当領域」中に設けられている。図４は実況担当領域を示す模式図である。同図に示すように高層ビル１５２が林立する高層ビル群１５５において複数の高層ビル１５２上に垂直離着陸空間１５１が設けられている。以下、この高層ビル群１５５を囲む領域を実況担当領域１５６とする。実況担当領域１５６は例えば半径２００ｍの領域である。

【0026】

図４に示すように垂直離着陸空間１５１が高層ビル群１５５内に位置する場合、都市空間特有の形状複雑性や熱環境（アスファルト、ビルの排熱等）の不確定性により、既存のＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics；数値流体力学）技術で垂直離着陸空間１５１の離着陸危険度を判定することは困難である。しかしながら、本実施形態に係る離着陸危険度判定システム１００は、このような垂直離着陸空間１５１における離着陸危険度の判定に好適である。

【0027】

圧力センサ群１１０は、風による圧力変動を検出する圧力センサの群である。図５は圧力センサ群１１０を構成する圧力センサ１１１の模式図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は底面図である。同図に示すように、圧力センサ１１１は第１ポート１１２、第２ポート１１３、圧力センサ素子１１４、ＧＰＳモジュール１１５及びアンテナ１１６を備える。

【0028】

第１ポート１１２は圧力センサ１１１の筐体外部に設けられた圧力孔１１７と圧力センサ素子１１４を接続する。図５に示すように圧力センサ１１１の底面は半球面形状を有し、圧力孔１１７はその中央に設けられている。圧力孔１１７の周囲には乱流を生成するボルテックスジェネレータ１１８が設けられている。第２ポート１１３は圧力センサ１１１の筐体内部（圧力孔１１７と高度差がない無風地点）と圧力センサ素子１１４を接続する。

【0029】

圧力センサ素子１１４はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等からなり、第１ポート１１２と第２ポート１１３の圧力差を検出する。圧力孔１１７を風が通過すると、風速に応じて第１ポート１１２と第２ポート１１３の圧力差が変動するため、圧力センサ素子１１４は風による圧力変動を検出することができる。

【0030】

圧力センサ素子１１４の計測範囲は例えば±５００Ｐａである。なお、圧力センサ１１１の検出値に対する騒音による音圧外乱を検討すると、音圧０ｄＢ（基準音圧）が２０×１０^－６Ｐａに対し、１００ｄＢ（大型ドローン、ヘリコプター）は２Ｐａであり影響は小さい。また、１２０ｄＢ（耐え難い音響）は２０Ｐａであり、影響はあるが、第１ポート１１２と第２ポート１１３の圧力差で相殺可能である。

【0031】

ＧＰＳ（Global Positioning System）モジュール１１５はＧＰＳ衛星から信号を受信し、時刻及び自己位置を取得する。アンテナ１１６は圧力センサ素子１１４の出力、即ち上記圧力変動を時刻及び自己位置と共に実験用情報処理装置１２０及び危険度判定用情報処理装置１３０に送信する。

【0032】

圧力センサ１１１は実況担当領域１５６内において垂直離着陸空間１５１の周囲に複数が配置される。図６は圧力センサ１１１の配置を示す模式図である。同図に示すように圧力センサ１１１は垂直離着陸空間１５１が設けられた高層ビル１５２及びその周囲の高層ビル１５２の外壁及び屋上に配置されている。圧力センサ１１１は比較的小型（数ｃｍ角程度）であるため、配置の自由度は大きい。

【0033】

実験用情報処理装置１２０は事前の実験に用いられる情報処理装置であり、図１に示すように警戒指数変換部１２１及び相関解析部１２２を備える。後述するように警戒指数変換部１２１は「風況動画」を警戒指数に変換し、生成した警戒指数を相関解析部１２２に供給する。相関解析部１２２は圧力センサ群１１０から供給された圧力変動と、警戒指数変換部１２１から供給された警戒指数から圧力変動と警戒指数の相関関係を生成し、生成した相関関係を危険度判定用情報処理装置１３０に供給する。

【0034】

危険度判定用情報処理装置１３０は垂直離着陸空間１５１の離着陸危険度判定に用いられる情報処理装置であり、図１に示すように警戒指数判定部１３１及び警戒指数送信部１３２を備える。後述するように警戒指数判定部１３１は圧力センサ群１１０の圧力変動と相関解析部１２２から供給された相関関係から垂直離着陸空間１５１の警戒指数を判定する。警戒指数送信部１３２は警戒指数判定部１３１が判定した警戒指数を外部に送信する。なお、危険度判定用情報処理装置１３０は警戒指数送信部１３２を備えないものであってもよい。

【0035】

実験用情報処理装置１２０及び危険度判定用情報処理装置１３０の各構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される情報処理装置のハードウェアとソフトウェアの協働により実現される機能的構成である。また、実験用情報処理装置１２０と危険度判定用情報処理装置１３０は別の情報処理装置であってもよく、一つの情報処理装置であってもよい。

【0036】

風況動画生成部１４０は動画撮影が可能なカメラを備え、後述する「風況動画」を生成する。風況動画生成部１４０は生成した風況動画を警戒指数変換部１２１に供給する。

【0037】

［離着陸危険度判定システムの動作］
離着陸危険度判定システム１００の動作について説明する。図７は離着陸危険度判定システム１００の動作を示す模式図である。同図に示すように離着陸危険度判定システム１００の動作は準備フェーズＰ1と警戒指数判定フェーズＰ２を含む。

【0038】

準備フェーズＰ１は警戒指数判定フェーズＰ２の事前準備を行うフェーズである。準備フェーズＰ１では、垂直離着陸空間１５１の風況を示す動画である「風況動画」の撮影と圧力センサ１１１による圧力変動の検出を行う。図８は風況動画の撮影を示す模式図である。同図に示すように、垂直離着陸空間１５１内に風況提示物体１６１が配置されている。

【0039】

風況提示物体１６１は風況に応じて視覚的変化を生じる物体であり、例えば吹き流しである。また、風況提示物体１６１は風車やバルーン等、風況に応じて視覚的変化を生じる他の物体であってもよい。風況提示物体１６１のサイズは、垂直離着陸機１５４のサイズに応じて選択され、例えば吹き流しの場合、垂直離着陸機１５４のサイズと同等のサイズのものが好適である。風況提示物体１６１は１つでもよいが、図８に示すように垂直離着陸空間１５１の鉛直方向及び水平方向にそれぞれ複数を配置すると好適である。風況提示物体１６１は例えば伸縮ポールを用いて各位置に配置することができる。

【0040】

この風況提示物体１６１を、風況動画生成部１４０がカメラ１６２によって撮影し、風況動画を生成する。カメラ１６２は風況提示物体１６１を撮影できる位置に配置され、図８に示すように垂直離着陸空間１５１の下方中央部や垂直離着陸空間１５１の外部に配置される。カメラ１６２の数は１つでも複数でもよい。以下、風況動画が撮影されている期間を「撮影期間」とする。風況動画の撮影速度は例えば３０Ｈｚである。風況動画生成部１４０は生成した風況動画を警戒指数変換部１２１（図１参照）に出力する。

【0041】

警戒指数変換部１２１は、風況動画を「警戒指数」に変換する。警戒指数は、垂直離着陸機１５４の離着率危険度を示す指数であり、例えば「１：容易」、「２：要熟練」、「３：危険」のような指数である。指数は５段階や１０段階であってもよい。警戒指数は垂直離着陸機１５４の操縦に熟練した者（以下、熟練操縦者）が、風況動画の一部（例えば３０秒間）を切り出した動画において風況提示物体１６１を視認しながら判定することができる。

【0042】

図９は警戒指数の判定方法の例を示す模式図である。熟練操縦者は例えば、図９に示す上段の風況提示物体１６１ａのみから警戒指数を判定し、次に下段の風況提示物体１６１ｂのみから警戒指数を判定し、さらに、全体の風況提示物体１６１ａ及び１６１ｂから警戒指数を判定することができる。熟練操縦者はこの他の手法で警戒指数を判定してもよい。

【0043】

図１０は警戒指数変換部１２１による風況提示物体１６１の認識結果を示す模式図である。警戒指数変換部１２１は図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、画像認識処理等により風況動画において風況提示物体１６１の風による状態変化を認識する。図１０（ａ）及び（ｂ）は警戒指数変換部１２１が認識した風況提示物体１６１の形状１６３を示し、警戒指数変換部１２１は形状１６３の変化を風による状態変化として認識することができる。警戒指数変換部１２１はこの認識結果と熟練操縦者が判定した警戒指数を関連付けて教師データを生成し、蓄積した教師データから学習則を生成する。

【0044】

学習則は例えば、「全ての風況提示物体１６１の形状変化が一定量以下であれば警戒指数：１（容易）」、「上段の風況提示物体１６１の形状変化が一定量以上、下段の同形状変化が一定量以下であれば警戒指数：２（要熟練）」、「上段の風況提示物体１６１の形状変化が一定量以下、下段の同形状変化が一定量以上であれば警戒指数：３（危険）」のような内容となる。

【0045】

警戒指数変換部１２１は風況動画生成部１４０から風況動画が供給されると、風況動画に学習則を適用して一定時間毎に警戒指数に変換し、「警戒指数時系列」を生成する。警戒指数変換部１２１は生成した警戒指数時系列を相関解析部１２２に供給する。

【0046】

圧力センサ群１１０の各圧力センサ１１１は、風況動画の撮影期間に風による圧力変動を検出する。即ちカメラ１６２による風況動画の撮影と各圧力センサ１１１による圧力変動の検出は同期されている。圧力変動の検出速度は例えば１０Ｈｚである。図７において各圧力センサ１１１が検出した圧力変動を「多点圧力変動Ｈ１」として示す。圧力センサ群１１０は多点圧力変動Ｈ１である「多変数時系列」を相関解析部１２２（図１参照）に出力する。

【0047】

相関解析部１２２は圧力センサ群１１０から供給された多点圧力変動Ｈ１と警戒指数変換部１２１から供給された警戒指数の相関解析を実行し、圧力変動と警戒指数の相関関係を生成する。相関解析部１２２は、これらの圧力変動と警戒指数についてＬａｓｓｏ回帰法等の最適化問題を解くことにより、圧力変動と警戒指数の相関関係を生成することができる。この際、相関解析部１２２は、「この圧力センサ１１１の圧力変動は警戒指数との相関が大きい」、「この圧力センサ１１１の圧力変動は警戒指数との相関が小さい」、「この圧力センサ１１１の圧力変動は警戒指数との相関がない」のように各圧力センサ１１１の最適化が可能である。

【0048】

離着陸危険度判定システム１００は準備フェーズＰ１において以上のように動作する。準備フェーズＰ１は垂直離着陸空間１５１毎に実行される。準備フェーズＰ１の実行期間、即ち風向動画の撮影期間は数週間から数か月程度が好適である。

【0049】

警戒指数判定フェーズＰ２は、垂直離着陸空間１５１の警戒指数を判定するフェーズである。警戒指数判定フェーズＰ２では、風況提示物体１６１は垂直離着陸空間１５１から除去されている。図７に示すように警戒指数判定部１３１は、圧力センサ群１１０から各圧力センサ１１１が検出した多点圧力変動Ｈ２が供給されると、相関解析部１２２が生成した相関関係と多点圧力変動Ｈ２から警戒指数を判定する。この相関関係は上述のように各圧力センサ１１１が検出した圧力変動と警戒指数の相関関係であるため、警戒指数判定部１３１は多点圧力変動Ｈ２にこの相関関係を適用することで警戒指数を判定することができる。

【0050】

警戒指数判定部１３１は圧力センサ群１１０から多点圧力変動Ｈ２が供給されると、リアルタイム（例えば１秒毎）に警戒指数を判定することができる。警戒指数判定部１３１は常に警戒指数の判定を実行してもよく、外部から警戒指数の問い合わせがあったときのみ警戒指数の判定を実行してもよい。また、多点圧力変動Ｈ２の一部又は全部が規定値を超える場合にのみ警戒指数の判定を実行してもよい。

【0051】

警戒指数送信部１３２は、警戒指数判定部１３１が判定した警戒指数１３２を外部に送信する。送信先は直接、又はコンピュータネットワークを介して接続された他の情報処理装置、垂直離着陸機１５４、垂直離着陸機１５４の運行管理システム等であり特に限定されない。

【0052】

例えば、垂直離着陸機１５４が有人機である場合、操縦者が特定の垂直離着陸空間１５１から離陸、又は特定の垂直離着陸空間１５１に着陸しようとする際に、警戒指数送信部１３２が当該垂直離着陸空間１５１の警戒指数を垂直離着陸機１５４に送信することができる。垂直離着陸機１５４の操縦者は警戒指数を参照して離陸又は着陸を実行する、離陸又は着陸を中止する、近隣の垂直離着陸空間１５１へ着陸する等の判断を行うことができる。また、警戒指数送信部１３２が垂直離着陸機１５４の運行管理システムに警戒指数を送信すると、運行管理者が警戒指数を参照して前記判断を行うこともできる。

【0053】

垂直離着陸機１５４が遠隔操作される無人機である場合、警戒指数送信部１３２が操縦用端末に警戒指数を送信すると、操縦者は警戒指数を参照して上記のような判断を行うことができる。また、垂直離着陸機１５４が自律航行可能な無人機である場合、警戒指数送信部１３２が運行管理システムに警戒指数を送信すると、運行管理者は警戒指数を参照して上記のような判断を行うことができる。また、警戒指数送信部１３２が自律航行可能な無人機に警戒指数を送信し、無人機自身が上記のような判断を行ってもよい。なお、警戒指数を取得しようとするユーザが危険度判定用情報処理装置１３０を操作する場合、警戒指数送信部１３２は設けられなくてもよい。

【0054】

［離着陸危険度判定システムによる効果］
離着陸危険度判定システム１００では上述のように、圧力センサ群１１０が検出した多点圧力変動Ｈ２から垂直離着陸空間１５１の警戒指数を判定することができる。垂直離着陸空間１５１の風況を提示する風況提示物体１６１は準備フェーズＰ１においてのみ垂直離着陸空間１５１に配置され、警戒指数判定フェーズＰ２では垂直離着陸空間１５１に配置されない。このため、風況提示物体１６１が垂直離着陸機１５４の離着陸の障害になることが防止されている。

【0055】

一方で、離着陸危険度判定システム１００では、準備フェーズＰ１において風況提示物体１６１を用いて判定された警戒指数と圧力センサ群１１０が検出する圧力変動の相関関係を生成しておくことで、警戒指数判定フェーズＰ２では圧力センサ群１１０が検出する圧力変動から高精度に警戒指数を判定することができる。

【0056】

圧力センサ１１１としては市販の圧力センサを利用することができ、小型低コストセンサの多点ばらまき型観測網を形成することができる。ただし、単なるばらまきではなく、観測網の最適化が実施されている。離着陸危険度判定システム１００では垂直離着陸空間１５１の風況を、風況提示物体１６１を用いて可視化し、実測に基づいて観測網を設計することにより、ＣＦＤ計算のみでは困難な高精度実況を実現可能である。

【0057】

［離着陸危険度判定システムの構築手順］
離着陸危険度判定システム１００の構築手順について説明する。図１１は離着陸危険度判定システム１００の構築手順を示すフローチャートである。同図に示すように、まず垂直離着陸空間１５１の周囲に、複数の圧力センサ１１１を配置する（Ｓｔ１０１）。圧力センサ１１１は設置可能な場所に経験則に基づいて配置することができる。

【0058】

続いて、圧力センサ１１１が風による圧力変動を検出し、カメラ１６２が風況動画を撮影する（Ｓｔ１０２）。圧力変動の検出と風況動画の撮影は同期させる。さらに、熟練操縦者に風況動画に対して警戒指数を判定させ、警戒指数変換部１２１が圧力変動に対する警戒指数の学習則を生成させる。続いて、警戒指数変換部１２１が学習則を用いて風況動画を警戒指数（１変数時系列ｙ）へ変換する（Ｓｔ１０３）。

【0059】

続いて相関解析部１２２が、圧力センサ１１１が検出した圧力変動に対して不適切信号の除去等、圧力データ行列の前処理を実行し、多変数時系列ｘを生成する（Ｓｔ１０４）。相関解析部１２２は多変数時系列ｘと１変数時系列ｙをトレーニングデータと検証用データに分割する（Ｓｔ１０５）。さらに、相関解析部１２２はトレーニングデータを用いてＬａｓｓｏ回帰法を実行する（Ｓｔ１０６）。

【0060】

続いて、相関解析部１２２は検証用データを用いて近似性能を評価する（Ｓｔ１０７）。近似性能が不十分な場合（Ｓｔ１０８；Ｎｏ）、Ｌａｓｓｏ回帰法実行ステップ（Ｓｔ１０６）で選ばれた圧力センサ１１１以外の圧力センサ１１１の配置を調整し、圧力変動検出及び風況動画撮影ステップ（Ｓｔ１０２）へ戻る。近似性能が十分な場合（Ｓｔ１０８；Ｙｅｓ）、相関解析部１２２は実装用アルゴリズムを作成し、耐故障性等実用面を考慮した冗長配置を行う（Ｓｔ１０９）。離着陸危険度判定システム１００は以上のようにして構築が可能である。なお、Ｓｔ１０６ではＬａｓｓｏ回帰法以外の手法で最適化問題を解いてもよい。

【0061】

［離着陸危険度判定システムのシステム構成例］
離着陸危険度判定システム１００のシステム構成例について説明する。図１２は離着陸危険度判定システム１００のシステム構成例を示す模式図である。同図に示すように圧力センサ群１１０は無線通信により実験用情報処理装置１２０に接続されており、実験用情報処理装置１２０は圧力センサ群１１０から多点圧力変動Ｈ１（図７参照）を取得する。また、実験用情報処理装置１２０は無線通信又は有線通信により図示しない風況動画生成部１４０と接続され、風況動画生成部１４０から風況動画を取得する。実験用情報処理装置１２０はこれらから圧力変動と警戒指数の相関関係を生成する。

【0062】

さらに圧力センサ群１１０は、移動通信回線１７１を介してインターネット１７２に接続されており、多点圧力変動Ｈ２（図７参照）をインターネット１７２上にアップロードする。危険度判定用情報処理装置１３０はインターネット１７２に接続されており、インターネット１７２から多点圧力変動Ｈ２を取得する。危険度判定用情報処理装置１３０は事前に実験用情報処理装置１２０から上記相関関係を取得して保持しており、インターネット１７２から取得した多点圧力変動Ｈ２に上記相関関係を適用することで警戒指数を特定することができる。なお、上記相関関係は多点圧力変動Ｈ２と共にインターネット１７２上にアップロードされていてもよい。

【0063】

ここに示す離着陸危険度判定システム１００のシステム構成例は一例であり、上述した離着陸危険度判定システム１００の動作を実現できるものであればどのような構成であってもよい。危険度判定用情報処理装置１３０は上述のように垂直離着陸機１５４やその運行管理システムに搭載されていてもよい。

【0064】

［変形例］
離着陸危険度判定システム１００の変形例について説明する。図１３は変形例に係る離着陸危険度判定システム１００の動作を示す模式図である。同図に示すように離着陸危険度判定システム１００はさらに風速計１８１備える。風速計１８１は垂直離着陸空間１５１内の各位置に配置され、風速３成分（３方向の風速）を計測する。風速計１８１は例えば超音波風速計である。相関解析部１２２は警戒指数変換部１２１から供給された警戒指数と多点圧力変動Ｈ１に加え、風速計１８１が計測した風速３成分の相関関係を生成してもよい。

【0065】

また、上記説明において相関解析部１２２は、風況動画から変換された警戒指数と多点圧力変動Ｈ１の相関関係を生成するとしたがこれに限られず、なんらかの方法で多点圧力変動Ｈ１と警戒指数の相関関係を生成するものであればよい。例えば相関解析部１２２は圧力センサ１１１が検出した圧力変動に対して熟練操縦者が判定した警戒指数と多点圧力変動Ｈ１の相関関係を生成することも可能である。

【0066】

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る離着陸危険度判定システムについて説明する。

【0067】

［離着陸危険度判定システムの構成］
図１４は本実施形態に係る離着陸危険度判定システム２００の構成を示すブロック図である。離着陸危険度判定システム２００の構成のうち第１の実施形態に係る離着陸危険度判定システム１００と同一の構成については離着陸危険度判定システム１００と同一の符号を付し、説明を省略する。図１４に示すように離着陸危険度判定システム２００は圧力センサ群１１０、実験用情報処理装置１２０、危険度判定用情報処理装置２３０及び風況動画生成部１４０を備える。危険度判定用情報処理装置２３０以外の構成は第１の実施形態と同様である。

【0068】

危険度判定用情報処理装置２３０は垂直離着陸空間１５１の離着陸危険度判定に用いられる情報処理装置であり、図１４に示すように警戒指数判定部２３１、警戒指数送信部２３２及び圧力変動予測部２３３を備える。後述するように警戒指数判定部２３１は圧力センサ群１１０の圧力変動と相関解析部１２２から供給された相関関係から垂直離着陸空間１５１の警戒指数を判定する。警戒指数送信部２３２は警戒指数判定部２３１が判定した警戒指数を外部に送信する。圧力変動予測部２３３は、一定時間後に各圧力センサ１１１が検出すると推定される圧力変動を予測する。圧力変動予測部２３３は予測した圧力変動を警戒指数判定部２３１に供給する。なお、危険度判定用情報処理装置２３０は警戒指数送信部２３２を備えないものであってもよい。

【0069】

実験用情報処理装置１２０及び危険度判定用情報処理装置２３０の各構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される情報処理装置のハードウェアとソフトウェアの協働により実現される機能的構成である。また、実験用情報処理装置１２０と危険度判定用情報処理装置２３０は別の情報処理装置であってもよく、一つの情報処理装置であってもよい。

【0070】

［圧力変動の予測について］
上記のように、危険度判定用情報処理装置２３０が備える圧力変動予測部２３３は一定時間後に各圧力センサ１１１が検出すると推定される圧力変動を予測する。図１５は実況担当領域１５６（図４参照）及びその周辺領域を示す模式図である。同図に示すように、実況担当領域１５６の周辺領域を短期予測担当領域２５１とする。短期予測担当領域２５１は実況担当領域１５６を中心とする領域であり、例えば半径３ｋｍの領域である。また、実況担当領域１５６を含む一定の空間を解析空間２５２とする。解析空間２５２内には風による圧力変動を計測する補正用観測ポイント２５３が設けられている。

【0071】

圧力変動予測部２３３は風配図等の気象統計により、強風が支配的な風向（図中、矢印）を特定し、同方向に沿った一定空間を解析空間２５２とする。都市混雑空間である実況担当領域１５６の外側は、構造物形状を簡略化し、地面粗度として適切に設定することによって、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析によりおおまかな流れ場の把握が可能である。ただし、事前計算のみでは精度が安定しないので、補正用観測ポイント２５３を追加して精度改善を図る。これにより圧力変動予測部２３３は、所定時間後に各圧力センサ１１１が検出すると推定される圧力変動を予測することができる。所定時間は例えば１～５分間である。

【0072】

具体的には圧力変動予測部２３３は、解析空間２５２の流れ場の動特性をモデル化し、圧力センサ１１１の観測値を外挿して、乱れの短時間予測を実現する。図１６は圧力変動予測部２３３よる圧力場の低次元化を示す模式図である。同図に示すように圧力変動予測部２３３はＰＯＤ（Proper Orthogonal Decomposition；固有値直交分解）による特徴空間での低次元化を行い、さらに実（物理）空間での低次元化を行う。ｐ＝500×300×100＝1500万（格子点数）、ｔ＝5ｍｉｎ×60ｓ×10Ｈｚ＝3000（時間ステップ）であり、ｐ＞＞ｔであるため、主成分分析を用いて流れの主要特性を失わない範囲でｐをｒまで縮小する。

【0073】

また、圧力変動予測部２３３は縮約圧力場の平均的伝搬特性を線形モデル表現し、最小２乗推定と外挿により未来の観測値を予測する。図１７はこの予測方法の模式図である。縮約圧力場のＮｍｉｎ．遷移行列Ａ_Ｎ（Ｖ，ψ）は、ｔサンプル時間分の事前のＣＦＤによるデータ行列を用いて次の（式１）により求める。Ｖ，ψはそれぞれ解析空間２５２への流入風の速度と方位を表す。
Ａ_Ｎ＝Ｘ_{ｓ,ｋ＋Ｎ}Ｘ^＋ _ｓ,ｋ （式１）

【0074】

図１８は圧力変動予測部２３３による圧力変動の予測アルゴリズムの設計手順を示すフローチャートである。同図に示すように圧力変動予測部２３３は圧力伝搬方程式の状態変数を入れ替え、未知量ｚ_ｋと観測量ｙ_ｋ（既知量）に分割する（Ｓｔ２０１）。

【0075】

続いて、次の（式２）に最小二乗法を適用し、ｚ＾_ｋ－1を計算する（Ｓｔ２０２）。なお、ｗ_ｋは適切な白色ノイズを仮定する。
ｙ_ｋ－Ａ_２２ｙ_ｋ―１＝Ａ_２１ｚ_ｋ―１＋ｗ_ｋ （式２）

【0076】

続いて、次の（式３）により、実況担当領域の観測量（圧力変動）の予測値を算出する（Ｓｔ２０３）。
ｙ＾_ｋ+１＝Ａ_２１ｚ＾_ｋ＋Ａ_２２ｙ_ｋ
＝Ａ_２１（Ａ_１１ｚ＾_ｋ－１＋Ａ_１２ｙ_ｋ－１）＋Ａ_２２ｙ_ｋ （式３）

【0077】

以上のようにして圧力変動予測部２３３は所定時間後に各圧力センサ１１１が検出すると推定される圧力変動を予測することができる。

【0078】

［離着陸危険度判定システムの動作］
離着陸危険度判定システム２００の動作について説明する。図１９は離着陸危険度判定システム２００の動作を示す模式図である。同図に示すように離着陸危険度判定システム１００の動作は準備フェーズＰ1と警戒指数判定フェーズＰ２を含む。

【0079】

準備フェーズＰ１は警戒指数判定フェーズＰ２の事前準備を行うフェーズである。準備フェーズＰ１では離着陸危険度判定システム２００は第１の実施形態と同様に動作する。即ち、風況動画生成部１４０は風況動画を撮影し、警戒指数変換部１２１に出力する。圧力センサ群１１０は風況動画生成部１４０による風況動画の撮影に同期して、風による圧力変動である多点圧力変動Ｈ１を相関解析部１２２に出力する。警戒指数変換部１２１は学習則を用いて風況動画を警戒指数に変換し、相関解析部１２２に出力する。相関解析部１２２は多点圧力変動Ｈ１と警戒指数の相関解析を実行し、相関関係を生成する。

【0080】

警戒指数判定フェーズＰ２では、垂直離着陸空間１５１の警戒指数を判定するフェーズである。第１の実施形態と同様に、警戒指数判定部１３１は、圧力センサ群１１０から各圧力センサ１１１が検出した多点圧力変動Ｈ２が供給されると、相関解析部１２２が生成した相関関係と多点圧力変動Ｈ２から警戒指数を判定する。この相関関係は上述のように各圧力センサ１１１が検出した圧力変動と警戒指数の相関関係であるため、警戒指数判定部１３１は多点圧力変動Ｈ２にこの相関関係を適用することで警戒指数を判定することができる。

【0081】

警戒指数判定部２３１は圧力センサ群１１０から多点圧力変動Ｈ２が供給されると、リアルタイム（例えば1秒毎）に警戒指数を判定することができる。警戒指数判定部２３１は常に警戒指数の判定を実行してもよく、外部から警戒指数の問い合わせがあったときのみ警戒指数の判定を実行してもよい。また、多点圧力変動Ｈ２の一部又は全部が規定値を超える場合にのみ警戒指数の判定を実行してもよい。

【0082】

さらに、警戒指数判定フェーズＰ２では圧力変動予測部２３３から多点圧力変動Ｈ３が供給される。多点圧力変動Ｈ３は上述のように圧力変動予測部２３３が予測した、所定時間後に各圧力センサ１１１が検出すると推定される圧力変動である。警戒指数判定部２３１は、多点圧力変動Ｈ３が供給されると、相関解析部１２２が生成した相関関係と多点圧力変動Ｈ３から警戒指数を判定する。警戒指数判定部２３１は多点圧力変動Ｈ２と同様に、多点圧力変動Ｈ３に上記相関関係を適用することで警戒指数を判定することができる。

【0083】

警戒指数判定部２３１は圧力変動予測部２３３から多点圧力変動Ｈ３が供給されると、リアルタイム（例えば1秒毎）に所定時間後の警戒指数を判定することができる。警戒指数判定部２３１は常に所定時間後の警戒指数の判定を実行してもよく、外部から所定時間後の警戒指数の問い合わせがあったときのみ警戒指数の判定を実行してもよい。また、多点圧力変動Ｈ３の一部又は全部が規定値を超える場合にのみ所定時間後の警戒指数の判定を実行してもよい。

【0084】

警戒指数送信部２３２は、警戒指数判定部２３１が判定した警戒指数２３２を外部に送信する。送信先は第１の実施形態と同様に直接、又はコンピュータネットワークを介して接続された他の情報処理装置、垂直離着陸機１５４、垂直離着陸機１５４の運行管理システム等であり特に限定されない。なお、警戒指数を取得しようとするユーザが危険度判定用情報処理装置２３０を操作する場合、警戒指数送信部２３２は設けられなくてもよい。

【0085】

［離着陸危険度判定システムによる効果］
離着陸危険度判定システム２００は上述のように、圧力センサ群１１０が検出した多点圧力変動Ｈ２から垂直離着陸空間１５１の警戒指数を判定することができる。さらに、離着陸危険度判定システム２００はＣＦＤ技術を利用して短時間（例えば１～５分間）後に圧力センサ群１１０が検出すると推定される多点圧力変動Ｈ３を算出し、多点圧力変動Ｈ３から垂直離着陸空間１５１の警戒指数を判定することができる。

【0086】

したがって、離着陸危険度判定システム２００は、現時刻のみならず短時間後の警戒指数を予測して判定することが可能であり、ユーザは短時間後の警戒指数も参照しながら離着陸の判断を行うことが可能となる。この他にも離着陸危険度判定システム２００は第１の実施形態に係る離着陸危険度判定システム１００と同様の効果を有する。

【0087】

［その他］
離着陸危険度判定システム２００の構築手順、システム構成例及び変形例は第１の実施形態に係る離着陸危険度判定システム１００と同様である。

【0088】

以上、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0089】

１００、２００…離着陸危険度判定システム
１１０…圧力センサ群
１１１…圧力センサ
１２０…実験用情報処理装置
１２１…警戒指数変換部
１２２…相関解析部
１３０、２３０…危険度判定用情報処理装置
１３１、２３１…警戒指数判定部
１３２、２３２…警戒指数送信部
１４０…風況動画生成部
１５１…垂直離着陸空間
１５２…高層ビル
１５３…垂直離着陸場
１５４…垂直離着陸機
１５５…高層ビル群
１５６…実況担当領域
１６１…風況提示物体
１６２…カメラ
２３３…圧力変動予測部
２５１…短期予測担当領域
２５２…解析空間

【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】