特許 7526579 物体回避方法、物体回避システム、およびコンピュータプログラム製品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-24

(45)【発行日】2024-08-01

(54)【発明の名称】物体回避方法、物体回避システム、およびコンピュータプログラム製品

(51)【国際特許分類】

   G08G 5/04 20060101AFI20240725BHJP

   B64D 45/00 20060101ALI20240725BHJP

【ＦＩ】

G08G5/04 A

B64D45/00 A

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020068142

(22)【出願日】2020-04-06

(65)【公開番号】P2020194533

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2023-02-06

(31)【優先権主張番号】16/387,741

(32)【優先日】2019-04-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100200609

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 智和

(72)【発明者】

【氏名】レジナ アイネス エストコースキ

【審査官】宮本 礼子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－００７９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－００９２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４３７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１２５２２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１３４２２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０８Ｇ １／００－９９／００

Ｂ６４Ｄ ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピュータにより実施される物体回避方法であって、
特定の時空間ゾーンにあり且つ制御対象ビークルを含むビークルであって、初期位置が前記特定の時空間ゾーン内にあるビークルの時間参照位置及び状態データを所定数のプロセッサによって受信し、
一部が前記特定の時空間ゾーンの一部と重なる対象空間ゾーンのテレイン及び障害物データを所定数のプロセッサによって受信し、
前記特定の時空間ゾーンにおける各ビークルの確率的予想軌道ウィンドウを所定数のプロセッサによって算出し、
テレイン及び障害物データの不確定性及び分解能に従って、前記対象空間ゾーン内のテレイン及び障害物の周囲における空間的バッファゾーンを所定数のプロセッサによって算出し、
前記制御対象ビークルの時間参照初期位置から目的地までの所定数のホモトピー的に別個の経路であって、他のビークルの前記軌道ウィンドウとテレイン及び障害物の前記バッファゾーンとから、前記制御対象ビークルを少なくとも特定の最小距離離隔した状態に維持する経路を所定数のプロセッサによって算出し、
前記経路のうちの１つに従って、前記制御対象ビークルを所定数のプロセッサによって経路制御し、
所定数のプロセッサによって空間分割を生成し、
所定数のプロセッサによって、前記制御対象ビークルに対する位置の観点から前記制御対象ビークルを中心とした往来情報を表示する前記制御対象ビークルの操縦マニホールドを前記空間分割にマッピングする、方法。

【請求項2】

前記ホモトピー的に別個の経路は、前記制御対象ビークルの操縦機能及び制約に従って算出される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

さらに、他のビークルの位置及び状態データの変化又はテレイン及び障害物データの変化のいずれかに応答して、所定数のプロセッサによって、所定数の新たなホモトピー的に別個の経路を算出し、
所定数のプロセッサによって、前記新たな経路のうちの１つに沿って、前記制御対象ビークルを経路制御する、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記テレイン及び障害物データは、三角測量の形式で与えられる、請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。

【請求項5】

前記テレイン及び障害物データは、等間隔の格子点における標高データを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ホモトピー的に別個の経路を、四次元仮想予測レーダ（４Ｄ－ＶＰＲ）で表示する、請求項１～５のいずれか１つに記載の方法。

【請求項7】

前記４Ｄ－ＶＰＲは、ビークル、テレイン、及び、障害物の交差を、時間リング上に示す、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

所定数のプロセッサによって、テレイン及び障害物データの分解能を、操縦マニホールドの分解能に一致するように間引き又は精緻化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記テレイン及び障害物データは、前記制御対象ビークルのオンボードのデータベース 又はオフボードのサーバのうちの少なくとも１つによって提供される、請求項１～８のいずれか１つに記載の方法。

【請求項10】

制御対象ビークル、及び、
前記制御対象ビークルに接続されたコンピュータ、を含む物体回避システムであって、前記コンピュータは、
バスシステムと、
前記バスシステムに接続された、プログラム命令を格納する記憶装置と、
前記バスシステムに接続された所定数のプロセッサと、を含み、前記所定数のプロセッサは、請求項１～９のいずれか１つに記載の前記方法を行うための前記プログラム命令を実行する、物体回避システム。

【請求項11】

物体回避のためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、
プログラム命令が記録された不揮発性のコンピュータ可読の記憶媒体を含み、前記プログラム命令は、請求項１～９のいずれか１つに記載の前記方法を前記コンピュータに行わせるように、所定数のプロセッサによって実行可能である、コンピュータプログラム製品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、ビークル間の離隔を維持し且つ障害物を回避するためのビークルの経路制御に関する。より具体的には、本開示は、ビークルの離隔に、テレイン（terrain）及び障害物の回避を自動的に組み込むことに関する。

【背景技術】

【0002】

全米航空システム（ＮＡＳ）に無人航空機システム（ＵＡＳ）を組み込むためには、離隔距離の確保（Remain Well Clear）が必要とされる。特に、他のビークルからの離隔状態を維持しつつ、テレイン及び固定の障害物を回避することは、都市部やインフラストラクチャ検査のためなど、低高度での運用において重大な懸念事項である。

【0003】

移動中の航空機やその他のビークルは、多くの移動中又は静止した障害物に遭遇する。移動中の障害物の例として、他の航空機や、鳥の群れ、気象システムなどがある。静止した障害物の例として、テレイン（地形）のような自然物、及び、塔や建物などの人工物がある。飛行経路に沿って移動中の航空機が、想定済み及び想定外の障害物のために、一時的なコース修正を行うことが必要になる場合がある。航空機のオペレータは、速度、高度、安全性、及び、乗客の快適性に関する制約を守りつつ、到着予定時刻を順守することができる機首方向の変更を行おうとする。

【0004】

他の航空機に加えて、航空機のオペレータは、テレインや静止した障害物も考慮しなければならない場合がある。

【発明の概要】

【0005】

例示的な実施形態は、コンピュータにより実施される物体回避方法を提供する。当該方法は、特定の時空間ゾーンにおける、制御対象ビークルを含むビークルの時間参照位置及び状態データを受信することを含み、前記ビークルは、初期位置が前記特定の時空間ゾーン内にある。対象空間ゾーンのテレイン及び障害物データを受信し、前記対象空間ゾーンの一部は、前記特定の時空間ゾーンの一部と重なっている。前記特定の時空間ゾーン内の各ビークルの確率的予想軌道ウィンドウが算出される。テレイン及び障害物データの不確定性及び分解能に従って、前記対象空間ゾーン内のテレイン及び障害物の周囲に、空間的バッファゾーンが算出される。次に、前記制御対象ビークルの時間参照初期位置から目的地までにわたる所定数のホモトピー的に別個の経路が算出され、前記経路は、他のビークルの軌道ウィンドウとテレイン及び障害物のバッファゾーンとから、前記制御対象ビークルを少なくとも特定の最小距離離隔した状態に維持する。次に、前記経路のうちの１つに従って、前記制御対象ビークルが経路制御される。

【0006】

別の例示的な実施形態は、制御対象ビークル及び前記制御対象ビークルに接続されたコンピュータを含む物体回避システムを提供する。コンピュータは、バスシステムと、前記バスシステムに接続された、プログラム命令を格納する記憶装置と、前記バスシステムに接続された所定数のプロセッサと、を含み、前記所定数のプロセッサは、特定の時空間ゾーンにおける、前記制御対象ビークルを含むビークルの時間参照位置及び状態データを受信し、前記ビークルは、初期位置が前記特定の時空間ゾーン内にあり、対象空間ゾーンのテレイン及び障害物データを受信し、前記対象空間ゾーンの一部は、前記特定の時空間ゾーンの一部と重なっており、前記特定の時空間ゾーンにおける各ビークルの確率的予想軌道ウィンドウを算出し、テレイン及び障害物データの不確定性及び分解能に従って、前記対象空間ゾーン内のテレイン及び障害物の周囲に空間的バッファゾーンを算出し、前記制御対象ビークルの時間参照初期位置から目的地までの所定数のホモトピー的に別個の経路を算出し、前記経路は、他のビークルの前記軌道ウィンドウとテレイン及び障害物の前記バッファゾーンとから、前記制御対象ビークルを少なくとも特定の最小距離離隔した状態に維持するものであり、前記経路のうちの１つに従って、前記制御対象ビークルを経路制御する、ための前記プログラム命令を実行する。

【0007】

別の例示的な実施形態は、物体回避のためのコンピュータプログラム製品を提供する。前記コンピュータプログラム製品は、プログラム命令が記録された不揮発性のコンピュータ可読の記憶媒体を含み、前記プログラム命令は、以下のステップ、すなわち、特定の時空間ゾーンにおける、前記制御対象ビークルを含むビークルの時間参照位置及び状態データを受信し、前記ビークルは、初期位置が前記特定の時空間ゾーン内にあり、対象空間ゾーンのテレイン及び障害物データを受信し、前記対象空間ゾーンの一部は、前記特定の時空間ゾーンの一部と重なっており、前記特定の時空間ゾーンにおける各ビークルの確率的予想軌道ウィンドウを算出し、テレイン及び障害物データの不確定性及び分解能に従って、前記対象空間ゾーン内のテレイン及び障害物の周囲に空間的バッファゾーンを算出し、前記制御対象ビークルの時間参照初期位置から目的地までの所定数のホモトピー的に別個の経路を算出し、前記経路は、他のビークルの前記軌道ウィンドウとテレイン及び障害物の前記バッファゾーンとから、前記制御対象ビークルを少なくとも特定の最小距離離隔した状態に維持するものであり、前記経路のうちの１つに従って、前記制御対象ビークルを経路制御するステップを前記コンピュータに行わせるように、所定数のプロセッサによって実行可能である。

【0008】

特徴、機能、及び、利点は、本開示の様々な実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

例示的な実施形態に特有のものと考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。一方、例示的な実施形態や、その好ましい利用形態、さらなる目的や特徴などは、本開示の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明を、添付図面に照らして参照すれば最もよく理解されるであろう。

【0010】

【図1】例示的な実施形態による、離隔管理システム内における経路決定のシステムのブロック図である。

【図2】例示的な実施形態による、様々な程度の不確定性における航空機の安全離隔ウィンドウの概略図を提示する図である。

【図3A-3B】例示的な実施形態による、様々な程度の不確定性における、テレイン用の安全離隔ウィンドウの概略図を提示する図である。

【図4】例示的な実施形態による、テレイン対処ならびに検出及び回避（ＤＡＡ）のためのシステムを示すブロック図である。

【図5】例示的な実施形態による、空間分割座標系の投影に重ね合わされたＶＰＲ座標系を示す図である。

【図6】例示的な実施形態による単一分解能の空間分割の一部を示す図である。

【図7】例示的な実施形態による多分解能の空間分割の一部を示す図である。

【図8】例示的な実施形態による、４Ｄ－ＶＰＲの複数のレイヤーを示す図である。

【図9】例示的な実施形態による、ファット経路を表示している仮想予測レーダの図である。

【図10】例示的な実施形態による、ファット経路をテレインデータと組み合わせて表示している仮想予測レーダの図である。

【図11】例示的な実施形態による、テレインデータを考慮した変更後のファット経路を表示している仮想予測レーダの図である。

【図12】例示的な実施形態による、ＶＰＲ物体回避にテレイン情報を組み込むための処理フローを示すフローチャートである。

【図13】例示的な実施形態による、ＶＰＲファット経路にテレイン情報を組み込むための処理フローを示すフローチャートである。

【図14A-14B】例示的な実施形態による、テレインデータをＶＰＲにマッピングするためのプロセスを示すフローチャートである。

【図15】例示的な実施形態によるデータ処理システムの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

他のビークルからの離隔を維持しつつテレイン及び障害物を回避することが、低高度、特に、アーバンエアモビリティ（Urban Air Mobility）環境における運行にとって、さらに重要になっているということを例示的な実施形態は認識及び考慮している。

【0012】

例えば航空機などの制御対象ビークルは、決定ポイント(decision points)に到着する前に、航行及び機首情報を与えられる必要があるということを例示的な実施形態は認識及び考慮している。

【0013】

航空機の飛行経路に関し、航空機と当該航空機の前方地点との間における航空機の計画飛行経路上に、対象の物体が存在する場合があるということを例示的な実施形態は認識及び考慮している。

【0014】

航空機は、例えば、ホモトピー的に他と区別される少なくとも１つの飛行領域をたどるが、このような領域を本明細書では「ファット経路（fat path）」と称する。当該航空機の操縦特性および確率的に予想される他の航空機の対象ゾーンとに基づいて、航空機の初期位置と目的地との間で複数のファット経路が算出される。なお、初期位置および目的地は、時間情報が付加(時間参照)される。離隔管理システムは、制御対象航空機、及び、制御対象航空機が回避しようとする他の航空機についての航空機情報及び空域情報を受信し、フィルタリングする。各航空機の軌道ウィンドウが求められ、時間及び推定位置について監視が行われる。離隔管理システムは、いつ軌道の重複が発生しそうかを判定し、制御対象ビークルのコース修正を行うことができる。

【0015】

仮想予測レーダ（virtual predictive radar: ＶＰＲ）スクリーンは、制御対象ビークルの複数の軌道経路を表示するとともに、時間リングを表示に含めることで、時間を加味した三次元空間において制御対象ビークルの位置を予測することができる。制御対象ビークルの操縦特性及び速度に基づいて、制御対象ビークルに制約が課される場合がある。第２のビークルがＶＰＲを横切ることが予測される際には、第２のビークルからの制御対象ビークルの離隔を維持するために、軌道経路のサブセットに沿って複数のファット経路を生成することができる。

【0016】

ホモトピー的に別個の飛行領域（ファット経路）、離隔管理システム、仮想予測レーダ、ならびにこれらのサポート方法及びシステムについては、２０１１年１１月１５日付の米国特許第８，０６０，２９５号「Automated Separation Manager」に、より詳しく記載されている。

【0017】

航空機のファット経路の算出方法は、時間参照空域内における制御対象航空機の周囲の他の航空機を考慮しているが、経路選択肢の生成の際に、テレインや地上障害物に対応していないということを例示的な実施形態は認識及び考慮している。

【0018】

ＶＰＲ操縦マニホールド（Maneuver Manifold）は、制御対象ビークルに対する位置の観点から制御対象ビークルを中心とした往来情報(traffic information)を表示するが、テレインデータは、経度・緯度の格子点における標高などの広域的な形で表されるのが一般的であるということを、例示的な実施形態は、認識及び考慮している。従って、テレイン、障害物、及び、往来機からの同時離隔を実現するには、異種の座標で表されたり、異種のデータ構造で保持されたりするテレイン情報とビークル情報とを統合する方法が必要とされる。

【0019】

例示的な実施形態は、離隔維持及び物体回避のために、テレイン及び障害物に対する考慮をＶＰＲデータ構造に組み込むための方法及びシステムを提供する。テレインデータは、八分木や矩形の３Ｄ格子のような構造などの空間分割データ構造に保持され、これが、ＶＰＲデータ構造にマッピングされる。操縦マニホールドも、テレイン表示にマッピングされ、テレインが操縦マニホールドと交差する場所が求められる。

【0020】

例示的な実施形態は、制御対象ビークルのＶＰＲの形態で操縦マニホールドを保持する自動離隔システムを提供し、ＶＰＲは、時空ゾーン内の関連する通行位置を継続的に監視するものである。離隔管理システムは、テレイン及び障害物情報を空間分割データ構造内に保持するための八分木モジュールを含み、その範囲は、時空ゾーンを包含する。離隔管理システムは、テレイン及び障害物情報を含む空間分割内にＶＰＲをマッピングし、これにより、ＶＰＲ内のテレイン及び障害物の位置を往来機情報と共にコード化する。離隔管理システムは、往来機、テレイン、及び、建物又は塔などの障害物を回避する複数のファット経路をＶＰＲ内に生成する。

【0021】

次に、図面を参照する。図１は、離隔管理システムにおける経路決定システム１００のブロック図を示している。システム１００は、制御対象ビークル１０２、コンピュータ１０４、アプリケーション１０６、障害物１０８、障害物１１０、障害物１１２、ファット経路１１４、ファット経路１１６、ファット経路１１８、初期位置１２０、目的地１２２、決定境界１２４、及び、経路制御マニホールド１２６を含む。

【0022】

制御対象ビークル１０２は、例えば、固定翼飛行機、ヘリコプター、グライダー、気球、飛行船、または無人航空機を含む航空機である。制御対象ビークル１０２は、船及び潜水艦を含む船舶であってもよい。制御対象ビークル１０２は、陸上車両であってもよい。

【0023】

コンピュータ１０４は、例えば、汎用コンピュータである。コンピュータ１０４は、制御対象ビークル１０２に搭載することができる。また、コンピュータ１０４は、例えば航空管制センターなどの地上位置に配置することもできる。コンピュータ１０４は、物理的に異なる位置にあるコンピュータを含め、目的のために協働する複数のコンピュータであってもよい。

【0024】

アプリケーション１０６は、コンピュータ１０４で実行され、制御対象ビークル１０２のオペレータが機首方向に関して決定を行うことができる時間及び空間に関する境界の設定であって本明細書に提示の操作を実行することができる。一実施形態において、アプリケーション１０６の一部は、２つ以上の場所に配置されているか、あるいは２つ以上の航空機又はその他のビークルに搭載された、２つ以上のコンピュータ１０４において実行することができる。

【0025】

障害物１０８、障害物１１０、及び、障害物１１２は、静止あるいは移動中の航空機、気球、グライダー、無人航空機を含みうる。障害物１０８、障害物１１０、及び、障害物１１２は、さらに、鳥の群れ、気象システム、ならびに、静止または移動中を問わず、制御対象ビークル１０２が回避することが望ましい任意の他の物体も含みうる。障害物１０８、障害物１１０、及び、障害物１１２はまた、地上に存在する場合もあり、例えば山脈を含むテレインなどの自然物、あるいは、通信塔、建物、または飛行禁止区域などの人造物の場合もある。海洋の実施形態では、障害物１０８、障害物１１０、及び、障害物１１２は、他の船、潜水艦、ブイ、水中又は非水中のテレイン、及び、気象システムの場合がある。

【0026】

ファット経路１１４、ファット経路１１６、及び、ファット経路１１８は、ホモトピー的に別個の飛行領域である。ファット経路１１４、ファット経路１１６、及び、ファット経路１１８は、制御対象ビークル１０２の操縦特性、及び、他の航空機を含む障害物１０８、障害物１１０、及び障害物１１２の確率的予想対象ゾーンに基づいて、制御対象ビークル１０２の時間参照位置と所定の参照地点との間で算出される。ファット経路１１４、ファット経路１１６、及び、ファット経路１１８は、経路制御（操縦用）マニホールド１２６内に含まれた、最大単連結領域であり、当該領域内の各地点には、当該地点を含むとともに時間参照初期位置１２０で始まり目的地１２２で終了する、制御対象ビークル１０２の実現可能なルートが存在する。制御対象ビークル１０２のルートが実現可能とは、当該ルートがスケジュール要件及び制約を満たし、且つ、物理的に可能であることをいう。

【0027】

初期位置１２０、目的地１２２、及び、経路制御マニホールド１２６によって、制御対象ビークル１０２の操縦上及び動作上の制約を満たすとともに障害物１０８～１１２を回避する、開始状態から終了状態までの、空間及び時間における可能な経路の集合体あるいは連合体を生成することができる。操縦及び動作上の制約には、例えば、速度、高度、安全性、及び乗客の快適性が含まれる。

【0028】

決定境界１２４は、時間及び空間のうちの少なくとも一方における複数の点からなる単連結組である。実現可能な経路を維持するためには、決定境界１２４上のある点に到着した際、制御対象ビークル１０２は、以下のいずれか、すなわち、ファット経路１１４、ファット経路１１６およびファット経路１１８のうちの１つ以上を含む分岐選択肢に移行する経路上にあるか、あるいは、ファット経路１１４、ファット経路１１６およびファット経路１１８のうちの１つに移行する別のファット経路への機首方向の変更を開始するか、でなければならない。なお、例示的な実施形態は、決定境界無しで実施することもできる。例えば、時刻０においてファット経路の選択を行い、その後は他のファット経路へ変更しないようにしてもよい。これによって、決定境界１２４の必要性を排除することができる。

【0029】

図１示した例示的な実施形態は、様々な例示的な実施形態が実現される態様について、物理的または構造的な限定を示唆するものではない。図示したものに加えて及び／又は代えて、他のコンポーネントを用いることも可能である。例示的な実施形態によっては、不要なコンポーネントもあり得る。また、図に示したブロックは、いくつかの機能的なコンポーネントを表している。これらのブロックのうちの１つ又は複数は、別の実施形態で実施する際には、統合したり、異なるブロックに分割したりすることもできる。

【0030】

図２は、例示的な実施形態による、様々な程度の不確定性がある場合における航空機の安全離隔ウィンドウの概略図を提示する図である。図２は、例示を目的として提示されており、本開示のシステム及び方法が土台としうる離隔管理システムにおいて考慮すべき不確定性を描いたものである。図２に示したコンポーネントは、図１に示したコンポーネントに対応付けられる。図２に示した制御対象航空機２０２は、図１に示した制御対象ビークル１０２に対応する。図２に示した参照航空機２０８は、図１に示した障害物１０８に対応する。図２は、様々な程度の不確定性における航空機の安全離隔ウィンドウを示す概略図である。

【0031】

図２は、２００ａ及び２００ｂと符号を付した２つの別個のシナリオを示している。制御対象航空機２０２及び参照航空機２０８の各々が、軌道ウィンドウ（確率的予想位置ゾーン）を有している。制御対象航空機２０２は、計画軌道経路からの航行上の不確定性を表す軌道ウィンドウＲ１を有する。軌道ウィンドウＲ１は、環境条件（例えば風、気団など）、計装の制限及び／又は許容誤差、又は、航空機の軌道に影響を与えるその他の要素に起因しうる。このサブセットの軌道ウィンドウＲ１によって表される航行不確定性は、通常小さく、経時的にほぼ一定であると仮定することができる。制御対象航空機２０２の第２軌道ウィンドウＲ２は、時間の関数としての制御対象航空機２０２の取りうる軌道として規定され、ここで、Ｒ２の半径は、直線経路からの距離を表す。例えば、高操縦性航空機は、比較的短い距離で急角度の操縦を行うことができるため、非常に大きいＲ２を有する一方、低操縦性の航空機は、より狭いＲ２値を有する。一般的に言って、Ｒ２値は、航空機の最大の操縦不確定性を規定し、Ｒ２エリアは、時間とともに急速に大きくなるという特徴がある。

【0032】

参照航空機２０８も、時間の関数としての想定される軌道及び位置を規定する軌道ウィンドウ２０６を有する。

【0033】

シナリオ２００ａは、制御対象航空機２０２にとって望ましくない状況を描いている。制御対象航空機２０２の軌道ウィンドウＲ２が広すぎることにより、軌道ウィンドウＲ２と軌道ウィンドウ２０６との交差を操縦で回避する十分な余裕が無いためである。このような状況では、制御対象航空機２０２と参照航空機２０８とが干渉するリスクが高い。

【0034】

例示的な実施形態は、制御対象航空機２０２の軌道ウィンドウを狭め、これにより、制御対象航空機２０２と参照航空機２０８との間の潜在的な離隔ゾーンを拡大する。

【0035】

シナリオ２００ｂは、制御対象航空機２０２と参照航空機２０８とが安全に通過できるように、軌道ウィンドウＲ３がより狭くなっているため、制御対象航空機２０２が安全に離隔される状態を描いている。例示的な実施形態は、確率曲線を用いて、軌道ウィンドウＲ２を、シナリオ２００ｂに示した最小安全距離軌道ウィンドウＲ３まで狭める。例えば、軌道ウィンドウＲ３は、制御対象航空機２０２の軌道に対して、９８％の信頼区間を提示しうる。シナリオ２００ａとは異なり、シナリオ２００ｂは、制御対象航空機２０２の軌道ウィンドウＲ３と参照航空機２０８の軌道ウィンドウ２０６との交差を含んでおらず、これにより、２つの航空機の間に安全な離隔距離を形成している。例示的な実施形態は、離隔管理部を実装して空域を制御する際に、関連する航空機に軌道ウィンドウＲ３を用いるものである。

【0036】

これらの異なる軌道ウィンドウＲ１、Ｒ２、Ｒ３を、図２のセクション２００ｃに、より詳細に示している。上述したように、Ｒ１は、通常、環境条件、計装の制限及び／又は許容誤差に起因する小さな航行上の不確定性を表しており、経時的にほぼ一定である。Ｒ２は、ビークルが今後向かうかもしれない進行エリア（look-forward area）を表す、最大の操縦不確定性を反映しており、プロジェクトタイムとともに急速に大きくなる。Ｒ３は、最接近の最小安全距離を表している。当業者であればわかるように、Ｒ２がＲ３より大きいという概括的な関係が同じであれば、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３の半径が、セクション２００ｃに示したものと大きく異なっていてもよい。

【0037】

図１に戻ると、経路制御マニホールド１２６は、パイロット、地上管制官、及びその他のために不確定性の領域についての情報を包含することができ、さらに、図１の制御対象ビークル１０２及び障害物１０８の軌道ウィンドウ（例えばＲ２、Ｒ３）についての情報も包含することができる。システム１００は、複数の点からなる単連結の組を提示する決定境界１２４も含み、これに到達すると、制御対象ビークル１０２のオペレータは、例えば不確定性の領域及び軌道ウィンドウについての情報を含んだ、先に確立された制約を確認しつつ、機首方向に関する決定をしなければならない。

【0038】

仮想予測レーダ（ＶＰＲ）は、制御対象航空機の前方における前方監視（look-ahead）／時空間ゾーン内にある他の航空機の軌道ウィンドウと、制御対象航空機の操縦性制約とを考慮に入れた操縦／経路制御マニホールドを表すデータ構造である。

【0039】

図３Ａ及び図３Ｂは、例示的な実施形態による、様々な程度の不確定性におけるテレイン用の安全離隔ウィンドウの概略図を提示する図である。図３Ａ及び図３Ｂは、例示を目的として提示されており、本開示のシステム及び方法が土台としうるテレイン回避システムにおいて考慮すべき不確定性を描いたものである。図３Ａ及び図３Ｂに示したコンポーネントは、図１に示したコンポーネントに対応付けされている。図３Ａに示した制御対象航空機３０２は、図１に示した制御対象ビークル１０２に対応する。図３Ａに示したテレイン特徴３０４は、図１に示した障害物１０８に対応する。図３Ａ及び図３Ｂは、様々な程度の不確定性におけるテレイン用の安全離隔ウィンドウを示す概略図である。

【0040】

図３Ａ及び図３Ｂは、３００ａ、３００ｂ、及び３００ｃと符号を付した３つの別個のシナリオを示している。制御対象航空機３０２の操縦は、テレイン測定値の不確定性を表すＴ１を考慮する必要がある。テレイン測定値は、格子緯度及び経度位置、及び、標高を表す。Ｔ１は、通常、よく把握されており、バッファゾーン３０６に組み込まれる。

【0041】

制御対象航空機３０２の操縦は、Ｔ１不確定性によって定まるバッファを超えて延びるＴ２ａも考慮する必要がある。Ｔ２ａは、テレインデータの粗な分解能による不確定性を表しており、これは、テレインの特徴によって大きく変化する場合があり、測定データ不足のために周知でない場合がある。テレイン特徴３０４は、あるスポットにおけるテレインの高度を表し、粗な測定分解能のために、その測定データは提供されていない。

【0042】

制御対象航空機３０２は、特に山岳テレインにおける上昇気流と風の状態による制御対象航空機３０２の挙動の不確定性を考慮する軌道不確定性Ｔ２ｂを有しており、これは、気象、典型的な循環パターン、テレインの種類、及び、航空機の種類によって変化する。

【0043】

３００ａに示したシナリオは、図２のシナリオ２００ａの場合の参照航空機２０８と同様に、短距離センサによってテレイン特徴３０４が検出された時には、制御対象航空機３０２が操縦によりこれを回避するには手遅れであるというリスクを伴う。

【0044】

シナリオ３００ｂでは、軌道経路Ｒ３は、バッファゾーン３０６に対して、最小安全接近距離を確立する。すべての風の条件下ですべての種類のテレインに当てはまる固定の最小値は存在しない。ただし、ある特定のエリア及び種類のテレインには、典型的な既知の風条件がある。シナリオ３００ｂでは、バッファゾーン３０６を拡大して、既知の風条件及びテレインの種類を考慮に入れている。

【0045】

シナリオ３００ｃでは、より高いテレイン分解能３０８が可能な場合に、制御対象航空機３０２がこれに切り替わり、危険なテレインの種類を考慮に入れる。テレインデータ分解能が向上したためにバッファゾーンは縮小されているが、それでもなお、風条件は考慮されている。

【0046】

図３Ｂのセクション３００ｄは、テレインに関連付けられた不確定性Ｔ１、Ｔ２ａ、Ｔ２ｂと、テレインの種類及び風条件に応じた最小安全接近距離Ｔ３とによって構成された全体のバッファゾーンＴ４を示している。シナリオ３００ｂ及び３００ｃは、Ｔ３を含まない部分バッファゾーンを示している。最小の軌道経路Ｒ３は、Ｔ３を包含していることを理解されたい。

【0047】

図４は、例示的な実施形態によるテレイン対処ならびに検出及び回避（detect and avoid：ＤＡＡ）のためのシステムを示したブロック図である。システム４００は制御対象ビークルの前方監視領域内の航空機及びテレインのデータについての情報を統合する。航空機システム４０２における各航空機システム４０４は、位置４０６及び計画経路４０８を有しており、これらは、複数のシステムによってアクセス可能とされている。

【0048】

ローカルデータベース及び／又はテレインサーバ４１０は、テレインデータを提示し、現在位置、計画経路、及び更新用のパラメータ定義のローカル領域を更新する。テレイン及び障害物データへのアクセスを高速化するために、オンボードのテレイン及び障害物データベースを含めることもできる。また、ＤＡＡシステムと通信する遠隔のテレインサーバも、オンボードデータベースの代わりに、あるいはこれと組み合わせて用いることができる。

【0049】

テレインパラメータは、テレイン分解能４１２及びテレイン更新用領域サイズ４１４を含む。テレインパラメータは、リアルタイムで更新することができ、また、動作上の必要性又は実装に応じて固定とすることもできる。更新用領域サイズ４１４は、テレインの具体的な前方監視領域に依存し、これは侵入機（例えば他のビークル）のものよりも大きい場合がある。前方監視領域は、当事者速度(ownership speed)、計画からの許容逸脱、回避時間枠、および回避時間枠を超えるバッファゾーンに依存する。

【0050】

航空機及びテレインデータは、複合トラッカー４１８、警告システム４２０、及び、入力及び通信監理４２２を含むＤＡＡシステム４１６に供給される。入力及び通信監理４２２は、当事者状態、飛行計画、テレイン、警告、予測軌道及び衝突回避に関する情報を、回避サブシステム４２４に提供する。

【0051】

空間分割管理部４２６は、空間分割パラメータを保持する。テレイン管理部４２８は、空間分割４３２にテレイン情報を保持する。多分解能分割（multi-resolution partition）の場合、テレイン管理部４２８は、受信したテレインデータを、様々な分解能で表せるように間引き又は精緻化して、制御対象ビークルの操縦マニホールドの分解能に適合させる。これは、単一分解能分割において、受信したテレインデータが分割分解能に一致しない場合にも、行うことができる。テレイン管理部４２８は、補助データ構造も保持し、標高ソーター（elevation sorter）として作用する。

【0052】

軌道管理部４３０は、当事者予測軌道及び侵入機予測軌道を保持し、予測軌道を分割に保持する場合は、予測軌道で空間分割４３２を更新する。

【0053】

空間分割４３２は、空間構成体内の場所が関連する場合に、情報の効率的な表示、保持、及びアクセスに用いられるデータ構造である。空間分割は、空域の往来に関する情報を保持するために用いることができ、往来の多いエリアにおいて特に有用である。

【0054】

空間分割４３２は、複数の空間分割セル、各分割セルに関連付けられた情報、および分割パラメータを表すとともに、多くの場合ツリー構造である、効率的な分割検索のための構造を表す。空間分割４３２は、関連するテレインデータを保持したり、テレインデータをＶＰＲ４３４にマッピングしたりするのに用いられる。

【0055】

ＶＰＲ４３４は、制御対象航空機の当事者予測軌道に基づいて、ＶＰＲデータを生成し、ＶＰＲ侵入予測軌道に侵入機を表示する。このデータから、ＶＰＲは、図９に示したファット経路９１４、９１６、９１８などの回避ファット経路を生成する。

【0056】

ＶＰＲ空間分割リンカー４３６は、空間分割４３２をＶＰＲ４３４にマッピングする機能及びその逆を行う機能を提供する。ＶＰＲ４３４は、方位角、距離、標高、及び時間の形態で、当事者中心の空域表示を提供する。空間分割４３２は、例えば図６に示すように、緯度、経度、及び、高度に基づいた、通常は矩形のテレイン表示である。従って、ＶＰＲ４３４及び空間分割４３２は、異なる座標系の異なるデータ構造を有する。ＶＰＲ空間分割リンカー４３６は、ＶＰＲセルを空間分割セルにマッピングする、あるいは、ＶＰＲファット経路を空間分割セル及び標高ソーターにマッピングすることができる。

【0057】

ファット経路改良部(refiner)４４０は、テレイン及び障害物データと計量情報に基づいて、ファット経路を改良し、他のビークルの位置及び状態データの変化、あるいは、テレイン及び障害物データの変化のいずれかに応じて、新たなファット経路を算出することができる。ガイダンスオプション４３８は、ルート変更の選択肢を含むファット経路情報を、出力の表示、ならびに、ウェイポイント選択肢／バンドなどの他の表示に変換する。ガイダンス出力部４４２は、ガイダンス情報を、必要な出力形式に配置する。

【0058】

図５は、例示的な実施形態による、空間分割座標系の投影に重ね合わされたＶＰＲ座標系を示す図である。具体的には、図５は、投影空間分割に重ね合わされたＶＰＲ座標系の１つのレイヤーを示しており、Ｚ軸は一定である。

【0059】

ＶＰＲ５２０は、制御対象航空機の前方の時空間ゾーンを表している。空間分割５１０は、少なくとも一部が時空間ゾーンと重なる対象空間ゾーンを表している。対象空間ゾーンと時空間ゾーンの互いに重なる部分は、各ゾーンのサブセクションのみあるいは各ゾーン全体を含む。

【0060】

図５からわかるように、空間分割５１０は、この図では、Ｘ－Ｙ平面内の矩形格子の形をとる。空間分割内のセルは、Ｘ寸法５１２及びＹ寸法５１４によって画定されている。ＶＰＲ５２０は、最初の０点から始まる放射状格子の形をとり、０点は、制御対象航空機の位置も表している。ｖ_x方向ベクトル５２２は、０に位置しており、空間分割５１０のＸ方向に平行に向いている。同様に、ｖ_Y方向ベクトル５２４は、０に位置しており、空間分割５１０のＹ方向に平行に向いている。

【0061】

なお、図５は、説明を簡単にするために、空間分割５１０及びＶＰＲ５２０の両方の単一の平面を描いている。後述するように、空間分割５１０及びＶＰＲ５２０の両方が、Ｚ軸に沿う複数のレイヤーを含む場合がある。

【0062】

図６は、例示的な実施形態による単一分解能の空間分割の一部を示している。空間分割６００は、複数のセル６０２を含む矩形の３Ｄ格子のような構造として表されている。セル６０２は、Ｘ軸に沿う座標６０４、Ｙ軸に沿う座標６０６、及び、Ｚ軸に沿う座標６０８によって画定されており、このように、テレイン特徴６１０を図示のセル内に三次元で表すことができるようになっている。テレインデータは、三角測量により等間隔の緯度及び経度のＸ－Ｙ格子点それぞれにおける標高値を与える形式でＤＡＡシステムに提供することができる。

【0063】

図６に示した例の空間分割６００は、単一サイズのセルのみを用いた単一分解能である。

【0064】

図７は、例示的な実施形態による多分解能の空間分割の一部を示している。この例では、空間分割７００は、各セル７０２が８個の子セル７１２を有する八分木の形式で表されている。親セル７０２及び子セル７１２は、異なる分解能レベルを表す。以下に説明するように、テレインデータ分解能の度合いは、当該データがＶＰＲデータと組み合わさる態様に影響しうる。

【0065】

図８は、例示的な実施形態による四次元（４Ｄ）ＶＰＲの複数のレイヤーを示している。図８は、説明を簡単にするために単純化して示している。この図において、４Ｄ－ＶＰＲ８００は、２つのＶＰＲレイヤー８０２及び８０４を含む。図示のように、航空機８１０は、現在、ＶＰＲレイヤー８０２で表される高度で飛行している。図８からわかるように、ＶＰＲレイヤー８０４は、ＶＰＲレイヤー８０２と比較すると、切頭された形態を有する。この切頭部分は、ＶＰＲレイヤー８０４の高度まで上昇する間に航空機８１０がカバーしなければならない水平距離を表している。

【0066】

例示的な実施形態では、空間分割のデータ構造とＶＰＲのデータ構造とを互いにマッピングして、これらのデータ構造間の交差を探す。ＶＰＲに表されたファット経路は、テレイン特徴の存在に応じて、最適化又は変更することができる。

【0067】

図９は、例示的な実施形態による、ファット経路を表示している仮想予測レーダの図である。図９に示したコンポーネントは、図１に示したコンポーネントに対応付けされている。図９に示した制御対象ビークル９０２は、図１に示した制御対象ビークル１０２に対応する。図９に示した障害物９０８、障害物９１０、及び、障害物９１２は、図１に示した障害物１０８、障害物１１０、及び、障害物１１２に対応する。図９に示したファット経路９１４、ファット経路９１６、及び、ファット経路９１８は、図１に示したファット経路１１４、ファット経路１１６、及び、ファット経路１１８に対応する。図９に示す初期起点９２０及び目的地９２２は、其々、図１に示した時間参照初期位置１２０及び時間参照目的地１２２に対応する。図９は、図１に示したコンポーネントに対応していないコンポーネントも、いくつか示している。図９は、２つの追加の障害物、すなわち、障害物９２８及び障害物９３０を示している。

【0068】

４Ｄ－ＶＰＲ９００は、時間リングも含み、これらのうちの２つを、説明のために、時間リング９３２及び時間リング９３４と符号付けしている。図９にはリングとして描いているが、時間リング９３２及び時間リング９３４は、リングのような形状でなくともよく、様々な形状とすることができる。特定の時間に特定の地点にビークルが到着する可能性も、時間リング９３２及び時間リング９３４のうちの少なくとも１つと関連付けることができる。時間リング９３２及び９３４は、所与の時間における制御対象ビークルの位置の不確定性を反映するために、様々な次元(dimensions)を取ることができる。時間リング９３２、９３４は、それ自体はシステム又は方法の構成要素ではなく、むしろ、時間における境界を表すものである。制御対象ビークル９０２が初期起点９２０を出発して目的地９２２に向かって移動する際には、当該制御対象ビークル９０２は、例えば図１のアプリケーション１０６によって設定される、時間リング９３２及び時間リング９３４を含む境界を横切る。時間リング９３２、９３４は、ファット経路９１４、ファット経路９１６、及び、ファット経路９１８の任意の組み合わせにおける分岐点に制御対象ビークル９０２が到着するまでの予測時間を算出する際に用いることができる。時間リング９３２、９３４はまた、障害物９０８、９１０、９１２の位置を、特にこれらの障害物が移動している場合に求めるのに有用である。

【0069】

図１０は、例示的な実施形態による、ファット経路をテレインデータと組み合わせて表示している仮想予測レーダの図である。図９のＶＰＲ９００と同様に、４Ｄ－ＶＰＲ１０００は、障害物１００８、１０１０、１０１２、１０２８、及び１０３０を回避する３つのファット経路１０１４、１０１６、及び、１０１８を含み、これらの障害物は航空機である。ＶＰＲ１０００は、セル１０４０、１０４２、１０４４、１０４６、１０４８、１０５０、及び、１０５２においてテレイン特徴が操縦マニホールドと交差することを示すテレインデータも組み込んでいる。

【0070】

図１１を参照すると、セル１０４０～１０５２内にテレイン障害物の存在が特定されたことにより、ＶＰＲ１０００からファット経路１０１８が削除されており、時間参照初期位置１０２０と目的地１０２２との間で制御対象航空機１００２が航空機及びテレイン障害物の両方を回避するための残りのファット経路として、ファット経路１０１４とファット経路１０１６のみが残されている。

【0071】

例示的な一実施形態において、制御対象航空機のファット経路を算出する前に、テレインデータがＶＰＲにマッピングされる。別の例示的な実施形態では、制御対象航空機のファット経路は、テレインデータをＶＰＲにマッピングする前に算出され、その後、テレインデータに従って、必要に応じて変更される。テレインデータがＶＰＲよりも高い分解能を有する場合は、処理負荷を軽減するために、後者の実施形態がより好適である。

【0072】

図１２は、例示的な実施形態による、ＶＰＲ物体回避にテレイン情報を組み込むための処理フローを示すフローチャートである。プロセス１２００は、図４に示した回避サブシステム４２４によって実施することができる。プロセス１２００では、ファット経路を見つける前に、ＶＰＲにテレインデータが追加される。このアプローチは、テレインデータの分解能が低い状況に適している。

【0073】

プロセス１２００は、制御対象航空機の当事者状態更新を受信すること（ステップ１２０２）によって開始する。位置及び飛行計画の更新がある場合には、これらも受信することができる。回避サブシステムが、現在のテレイン範囲が十分であるかどうかを判定する（ステップ１２０４）。テレイン範囲が十分でない場合、回避システムは、所望の範囲を示して、テレイン情報を要求する（ステップ１２０６）。テレイン情報が受信され（ステップ１２０８）、システムは、新たなデータの境界を決定する（ステップ１２１０）。これは、テレインサーバが、予め定められた情報（現在のデータと新たなデータとの両方を含みうる）のみを提供する場合に必要となりうる。

【0074】

システムは、次に、テレイン情報を段階的に追加するようにモードが設定されているかどうかを判定する（ステップ１２１２）。テレインを段階的に追加するようにモードが設定されていない場合、すべての新たなテレインデータで空間分割を更新する（ステップ１２１４）。

【0075】

テレインを段階的に追加するようにモードが設定されている場合、システムは、現在の分割テレイン情報が、考えられるＶＰＲ範囲をカバーしているかどうかを判定する（ステップ１２１６）。テレイン情報がＶＰＲ範囲をカバーしていない場合、必要なテレインデータで分割を更新する（ステップ１２１８）。

【0076】

システムは、次に、侵入機アラートがあるかどうかを判定する（ステップ１２２０）。侵入機アラートが無い場合、プロセスはステップ１２０２に戻り、更新された当事者状態データを受信する。

【0077】

アラートがある場合、システムは、侵入機をＶＰＲに追加し（ステップ１２２２）、侵入機の其々の確率的予想軌道ウィンドウに従って、ＶＰＲを横切る侵入機があるかどうかを判定する（ステップ１２２４）。いずれの侵入機もＶＰＲを横切らない場合、プロセスはステップ１２０２に戻る。

【0078】

侵入機がＶＰＲを横切る場合、回避サブシステムは、テレインデータをＶＰＲに追加する（ステップ１２２６）。これは、以下に詳述するように、空間分割セル列をＶＰＲにマッピングすることによって行うことができる。

【0079】

テレインデータがＶＰＲにマッピングされた後、回避システムは、侵入機とテレインデータ内のテレイン特徴との両方を回避するファット経路をＶＰＲ内に見つける（ステップ１２２８）。これは、他の航空機の確率的予想軌道ウィンドウ、（データの不確定性及び分解脳に基づいて）テレイン特徴及び障害物の周囲に算出した空間的バッファゾーン、及び、制御対象ビークルの操縦機能及び制約に従って達成される。ファット経路によれば、他のビークルの軌道ウィンドウ、及び、テレインならびに障害物のバッファゾーンから、少なくとも所定の最小距離隔てた位置に制御対象ビークルが維持される。

【0080】

ファット経路が決定された後、ファット経路情報から所望の出力形式が生成され（ステップ１２３０）、回避ガイダンスが出力される（ステップ１２３２）。

【0081】

図１３は、例示的な実施形態による、ＶＰＲファット経路にテレイン情報を組み込むための処理フローを示すフローチャートである。プロセス１３００は、まずファット経路を決定し、次に、必要に応じて、テレインデータを考慮するようにファット経路を改良するという点が、プロセス１２００と異なっている。プロセス１３００は、テレインが高分解能である場合に、処理負荷を軽減するのに適している。この手順は、ＶＰＲ分割がテレイン分割よりも、ずっと粗である場合に好ましい。

【0082】

プロセス１３００は、制御対象航空機の当事者状態更新を受信すること（１３０２）によって開始する。位置及び飛行計画の更新がある場合には、これらも受信することができる。回避サブシステムが、現在のテレイン範囲が十分であるかどうかを判定する（ステップ１３０４）。テレイン範囲が十分でない場合、回避システムは、所望の範囲を示して、テレイン情報を要求する（ステップ１３０６）。テレイン情報が受信され（ステップ１３０８）、システムは、新たなデータの境界を決定する（ステップ１３１０）。これは、テレインサーバが、予め定められた情報（現在のデータと新たなデータとの両方を含みうる）のみを提供する場合に必要となりうる。

【0083】

システムは、次に、テレイン情報を段階的に追加するようにモードが設定されているかどうかを判定する。（ステップ１３１２）。テレインを段階的に追加するようにモードが設定されていない場合、すべての新たなテレインデータで空間分割を更新する（ステップ１３１４）。

【0084】

テレインを段階的に追加するようにモードが設定されている場合、システムは、現在の分割テレイン情報が、考えられるＶＰＲ範囲をカバーしているかどうかを判定する（ステップ１３１６）。テレイン情報がＶＰＲ範囲をカバーしていない場合、必要なテレインデータで分割を更新する（ステップ１３１８）。

【0085】

システムは、次に、侵入機アラートがあるかどうかを判定する（ステップ１３２０）
侵入機アラートが無い場合、プロセスはステップ１３０２に戻り、更新された当事者状態データを受信する。

【0086】

アラートがある場合、システムは、ＶＰＲに侵入機を追加し（ステップ１３２２）、ＶＰＲを横断する侵入機があるかどうかを判定する（ステップ１３２４）。いずれの侵入機もＶＰＲを横切らない場合、プロセスはステップ１３０２に戻る。

【0087】

ＶＰＲを横切る侵入機がある場合、回避サブシステムは、まず、侵入機を回避するファット経路をＶＰＲ内に見つける（ステップ１３２６）。ファット経路が決定された後、システムは、ファット経路にテレインデータを追加する（ステップ１３２８）。これは、空間分割にＶＰＲセルをマッピングすることによって行うことができる。

【0088】

あるパスが、どこかの段階でテレインによってブロックされると、システムはそのパスを通行不可能としてマークし、次のパスに移る（ステップ１３３０）。システムは、既存のファット経路内でテレインを回避するファット経路を見つける（ステップ１３３２）。通行可能なファット経路が決定された後、ファット経路情報から所望の出力形式が生成され（ステップ１３３４）、回避ガイダンスが出力される（ステップ１３３６）。

【0089】

図１４Ａ及び図１４Ｂは、例示的な実施形態による、テレインデータをＶＰＲにマッピングするためのプロセスを示すフローチャートである。プロセス１４００は、テレインデータをＶＰＲに、あるいはその逆にマッピングして、其々のデータ構造間の交差を見つける。プロセス１４００は、空間分割におけるＸ範囲の最小値／最大値及びＹ範囲の最小値／最大値を決定すること（ステップ１４０２）によって開始し、これらは、制御対象航空機の前方の前方監視領域に含まれる空間分割の範囲を画定するものである。プロセス１４００は、分割内のＸ列又はＹ列のいずれかを用いて、進めることができる。本実施例では、Ｘ列を使用すると仮定する。

【0090】

次に、現在の分割Ｚレイヤー値が、最小ＶＰＲレイヤーに交差しているレイヤーに設定され（ステップ１４０４）、現在のＺレイヤーに起こりうるテレイン交差があるかどうかが判定される（ステップ１４０６）。起こりうる交差が無い場合、プロセスは、この現在のＺレイヤー値を次のＺレイヤーに設定し（ステップ１４０８）、テレイン交差がないかチェックする。

【0091】

現在のＺレイヤーに起こりうるテレイン交差がある場合、プロセスは、現在のＸ列値を最小Ｙ範囲に交差している列に設定して、現在の列に起こりうるテレイン交差があるかどうかを判定する（ステップ１４１０）。交差が無い場合、現在のＸ列値を次の列に設定し（ステップ１４１２）、起こりうるテレイン交差が無いか、再びチェックする。

【0092】

現在のＸ列に起こりうるテレイン交差が見つかった場合、当該プロセスは、次に、現在のセル値Ｃを、そのＺレイヤー内の最小Ｘ範囲に交差している列－セル(row-cell)に設定し、そのセルとの起こりうるテレイン交差があるかどうかを判定する（ステップ１４１４）。交差が見つからない場合、Ｘ列内の次のセルにＣを設定し（ステップ１４１６）、テレイン交差が無いか、この値をチェックする。

【0093】

現在のセルＣに起こりうるテレイン交差が検出されると、プロセスは、次に、Ｃの現在のＸ－Ｙ寸法と交差するＶＰＲベクトル範囲（範囲Ｒ及び角度θで画定される）を求める（ステップ１４１８）。

【0094】

現在のＶＰＲ－メタレイヤー値を、現在のセルＣに交差するＶＰＲレイヤーに設定する（ステップ１４２０）。Ｃに交差する各ＶＰＲセル（Ｒ，θ）について、最大テレインレベル（プラス、バッファゾーン）が最小ＶＰＲレイヤー以上であれば、そのＶＰＲセルはブロック対象としてマークされる（ステップ１４２２）。

【0095】

当該プロセスは、次に、交差するものの上に別の分割Ｚレイヤーがあるかどうかを判定する（ステップ１４２４）。別のＺレイヤーがある場合、現在のものの真上のセルにＣを設定し（ステップ１４２６）、ＶＰＲレイヤーを再び上方に調節する（ステップ１４２０）。本質的に、セル内にテレイン交差が見つかると、プロセス１４００は、空域がクリアになるまでのテレイン特徴の高さを求める。

【0096】

空間分割レイヤーがそれ以上無い場合、プロセス１４００は、同じＸ列に別のセルがあるかを判定する（ステップ１４２８）。別のセルがある場合、値ＣをＸ列内の次のセルに設定し（ステップ１４３０）、そのセルと交差するＶＰＲ範囲を再び求める（ステップ１４１８）。

【0097】

Ｘ列にそれ以上セルが無い場合、プロセス１４００は、そのＺレイヤー内に別の列があるかを判定する（ステップ１４３２）。それ以上列が無い場合、プロセスは終了する。

【0098】

別の列がある場合、現在の列値を次の列に設定し（ステップ１４３４）、当該次の列を、起こりうるテレイン交差が無いかチェックする（ステップ１４３６）。この列にテレイン交差が無い場合、プロセスは終了する。

【0099】

当該次の列に起こりうるテレイン交差がある場合、プロセス１４００は、ステップ１４１４に戻り、最小Ｘ範囲に交差するセルに現在のセルＣを設定し、そのセルとのテレイン交差があるか判定する。プロセス１４００は、所定の前方監視領域にテレイン交差が見つからなくなるまで、継続される。

【0100】

次に図１５を参照すると、同図には例示的な実施形態によるデータ処理システムが図示されている。図１５のデータ処理システム１５００は、図１のコンピュータ１０４又は本明細書に開示の任意の他のモジュール又はシステム又はプロセスなどの例示的な実施形態を実施するために用いられる、データ処理システムの一例である。この例示的な実施例において、データ処理システム１５００は、通信ファブリック１５０２を含み、これは、プロセッサユニット、メモリ１５０６、永続ストレージ１５０８、通信ユニット１５１０、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１５１２、及び、ディスプレイ１５１４の間の通信を実現するものである。

【0101】

プロセッサユニット１５０４は、メモリ１５０６にロード可能なソフトウェアの命令を実行する。プロセッサユニット１５０４は、個々の実施形態によって、所定数のプロセッサ、マルチプロセッサコア、又は他のタイプのプロセッサであってよい。本明細書において、アイテムに言及する際の所定数とは、１つ以上のアイテムを意味する。また、プロセッサユニット１５０４は、所定数の異種プロセッサシステムを用いて実現することができ、このような異種プロセッサシステムにおいては、主プロセッサが二次プロセッサと共に単一のチップ上に設けられている。別の例として、プロセッサユニット１５０４は、同種のプロセッサを複数個含む対称型マルチプロセッサシステムであってもよい。

【0102】

メモリ１５０６及び永続ストレージ１５０８は、記憶装置１５１６の例である。記憶装置は、情報を一時的及び／又は永続的に記憶することができる任意のハードウェアであり、ここでいう情報は、例えば、限定するものではないが、データ、関数形態のプログラムコード、及び／又は他の適当な情報である。記憶装置１５１６は、これらの例において、コンピュータ可読記憶装置とも称される。メモリ１５０６は、これらの例において、例えば、ランダムアクセスメモリ、又は任意の他の適当な揮発性又は不揮発性の記憶装置である。永続ストレージ１５０８は、個々の実施態様によって、様々な形態をとることができる。

【0103】

例えば、永続ストレージ１５０８は、１つ又は複数のコンポーネント又はデバイスを含みうる。例えば、永続ストレージ１５０８は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書換え可能な光ディスク、書換え可能な磁気テープ、またはこれらの組み合わせであってもよい。永続ストレージ１５０８に用いられる媒体は、取り外し可能なものであってもよい。例えば、取り外し可能なハードドライブを永続ストレージ１５０８に利用してもよい。

【0104】

これらの例において、通信ユニット１５１０は、他のデータ処理システム又は装置との通信を行う。これらの例では、通信ユニット１５１０はネットワークインターフェースカードである。通信ユニット１５１０は、物理的な通信リンク及び無線通信リンクのいずれか一方又は両方を用いて、通信を行うことができる。

【0105】

入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１５１２は、データ処理システム１５００に接続される他の装置と協働して、データの入出力を可能にする。例えば、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１５１２は、キーボード、マウス、及び／又はその他の適当な入力装置を介したユーザ入力のための接続を実現する。また、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１５１２は、プリンタに出力を送信することができる。ディスプレイ１５１４は、ユーザに情報を表示する機構を提供する。

【0106】

オペレーティングシステム、アプリケーション、及び／又は、プログラムに対する命令は、記憶装置１５１６に保存でき、当該記憶装置は、通信ファブリック１５０２を介して、プロセッサユニット１５０４と通信を行う。これらの例においては、上記命令は、永続ストレージ１５０８に関数形式で保存されている。これらの命令は、メモリ１５０６にロードして、プロセッサユニット１５０４によって実行することができる。様々な実施形態のプロセスは、コンピュータにより実行可能な命令を用いてプロセッサユニット１５０４によって実行することが可能であり、これらの命令は、メモリ１５０６などのメモリに格納可能である。

【0107】

これらの命令は、プログラムコード、コンピュータ利用可能なプログラムコード、またはコンピュータ可読のプログラムコードと呼ばれ、プロセッサユニット１５０４内のプロセッサにより読み取りおよび実行が可能である。様々な実施形態におけるプログラムコードは、メモリ１５０６や永続ストレージ１５０８などの各種の物理的媒体またはコンピュータ可読記憶媒体において、具現化することができる。

【0108】

プログラムコード１５１８は、選択的に取り外し可能なコンピュータ可読媒体１５２０に関数形式で格納されており、データ処理システム１５００にロードまたは転送して、プロセッサユニット１５０４によって実行することができる。これらの実施例では、プログラムコード１５１８およびコンピュータ可読媒体１５２０は、コンピュータプログラム製品１５２２を構成する。一例では、コンピュータ可読媒体１５２０は、コンピュータ可読の記憶媒体１５２４又はコンピュータ可読の信号媒体１５２６であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体１５２４は、例えば、光ディスク又は磁気ディスクを含み、このようなディスクは、永続ストレージ１５０８の一部であるドライブ又は他の装置に挿入又は配置されて、永続ストレージ１５０８の一部である、ハードドライブなどの記憶装置にデータ転送が行われる。コンピュータ可読記憶媒体１５２４は、データ処理システム１５００に接続されたハードドライブ、サムドライブ、又は、フラッシュメモリなどの永続ストレージの形態をとりうる。場合によっては、コンピュータ可読記憶媒体１５２４は、データ処理システム１５００から取り外し可能でなくてもよい。

【0109】

これに代えて、プログラムコード１５１８は、コンピュータ可読信号媒体１５２６を用いてデータ処理システム１５００に伝送することもできる。コンピュータ可読信号媒体１５２６は、例えば、プログラムコード１５１８を含む伝播データ信号であってもよい。例えば、コンピュータ可読信号媒体１５２６は、電磁信号、光信号、及び／又は、任意の他の適切な種類の信号であってもよい。これらの信号は、無線通信リンク、光ファイバケーブル、同軸ケーブル、ワイヤなどの通信リンク、及び／又は、任意の他の適切な種類の通信リンクを介して、送信することができる。換言すれば、通信リンク及び／又は接続は、例示的な実施例において、物理的なものであってもよいし、無線であってもよい。

【0110】

いくつかの例示的な実施形態において、プログラムコード１５１８を、ネットワーク経由で、コンピュータ可読信号媒体１５２６を介して別の装置又はデータ処理システムから永続ストレージ１５０８にダウンロードし、データ処理システム１５００内で使用してもよい。例えば、サーバのデータ処理システム内のコンピュータ可読記憶媒体に格納されているコンピュータ使用可能プログラムコードを、ネットワーク経由でサーバからデータ処理システム１５００にダウンロードしてもよい。プログラムコード１５１８を提供するデータ処理システムは、プログラムコード１５１８の格納及び送信を行うことができるサーバコンピュータ、クライアントコンピュータ、又は、他のデバイスであってもよい。

【0111】

データ処理システム１５００について例示した様々なコンポーネントは、様々な実施形態が実施される態様を構成的に限定することを意図したものではない。様々な例示的な実施形態は、データ処理システム１５００について例示したコンポーネントに対する追加のコンポーネント又は代替のコンポーネントを含むデータ処理システムにおいても、実施することができる。図１５に示した他のコンポーネントは、図示の例示的な実施例から変更してもよい。様々な実施形態は、プログラムコードを実行可能な任意のハードウェア装置又はシステムを用いて、実現することができる。一例として、データ処理システムは、無機コンポーネントと組み合わされた有機コンポーネントを含んでいてもよいし、人間を除く有機コンポーネントによって全体が構成されていてもよい。例えば、記憶装置は、有機半導体を含んで構成されていてもよい。

【0112】

別の例示的な実施例において、プロセッサユニット１５０４は、特定の用途のために製造又は構成された回路を有するハードウェアユニットの形態を有していてもよい。このタイプのハードウェアは、操作を実行する構成とするために記憶装置からメモリにプログラムコードを読み込む必要なく、操作を実行することができる。

【0113】

例えば、プロセッサユニット１５０４がハードウェアユニットの形態をとる場合、プロセッサユニット１５０４は、回路システム、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、プログラマブルロジックデバイス、又は、所定数の操作を行うように構成された他の適切なタイプのハードウェアであってもよい。プログラマブルロジックデバイスの場合、当該デバイスは、所定数の操作を行うように構成される。当該装置は、所定数の操作を行うように、後ほど再構成してもよいし、永久的に構成してもよい。プログラマブルロジックデバイスの例としては、例えば、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルアレイロジック、フィールドプログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、及び、他の適当なハードウェア装置がある。このタイプの実施においては、様々な実施形態のプロセスをハードウェアユニットで実施することができるので、プログラムコード１５１８を省いてもよい。

【0114】

さらに別の例示的な実施例において、プロセッサユニット１５０４は、コンピュータ及びハードウェアユニット内のプロセッサの組み合わせを用いて実施してもよい。プロセッサユニット１５０４は、プログラムコード１５１８を実行するように構成された所定数のハードウェアユニット及び所定数のプロセッサを含みうる。この図示の例では、プロセスのいくつかは、所定数のハードウェアユニットにおいて実行され、他のプロセスは所定数のプロセッサにおいて実行される。

【0115】

別の例として、データ処理システム１５００における記憶装置は、データを格納することができる任意のハードウェア装置である。メモリ１５０５、永続ストレージ１５０８、及び、コンピュータ可読媒体１５２０は、有形の記憶装置の例である。

【0116】

別の例において、通信ファブリック１５０２を実現するために、システムバス又は入出力バスなどの１つ又は複数のバスを含むバスシステムを用いてもよい。当然ながら、バスシステムは、バスシステムに連結された様々なコンポーネント又は装置間のデータ転送を実現する任意の適切なタイプのアーキテクチャを用いて実施することができる。さらに、通信ユニットは、例えば、モデムやネットワークアダプタなどの、データの送受信に用いられる１つ又は複数の装置を含みうる。また、メモリは、例えば、メモリ１５０５であってもよいし、通信ファブリック１５０２に存在するインターフェース及びメモリコントローラハブに含まれるようなキャッシュであってもよい。

【0117】

データ処理システム１５００は、連想メモリ１５２８も含みうる。連想メモリ１５２８は、通信ファブリック１５０２との通信を行う。連想メモリ１５２８は、記憶装置１５１６とも通信してもよいし、いくつかの例示的な実施形態においては、当該記憶装置の一部とみなすこともできる。１つの連想メモリ１５２８を示しているが、追加の連想メモリが存在していてもよい。

【0118】

様々な例示的な実施形態は、全体がハードウェアの実施形態、全体がソフトウェアの実施形態、又は、ハードウェアの要素とソフトウェアの要素の両方を含む実施形態の形をとることができる。いくつかの実施形態は、例えば、限定するものではないが、ファームウェア、常駐ソフトウェア、及び、マイクロコードの形態を含むソフトウェアで実施される。

【0119】

さらに、様々な実施形態は、プログラムコードを供給するコンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体からアクセス可能な、コンピュータプログラム製品の形態をとることができ、当該プログラムコードは、コンピュータ、又は、命令を実行する任意の装置若しくはシステムにより使用されるか、或いはこれらに関連して使用される。本開示のために、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、一般に、命令を実行するシステム、装置、又は素子により使用されるか、或いはこれらに関連して使用されるプログラムを内蔵、格納、通信、伝搬、又は伝送することができる任意の有形の装置であってもよい。

【0120】

コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、例えば、限定するものではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、若しくは半導体のシステム、又は、伝搬媒体であってもよい。コンピュータ可読媒体の非限定的な例には、半導体メモリ又は固体メモリ、磁気テープ、着脱可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、硬質磁気ディスク、及び、光ディスクが含まれる。光ディスクは、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、読み出し／書き込み用コンパクトディスク（ＣＤ－Ｒ／Ｗ）、ＤＶＤなどを含みうる。

【0121】

さらに、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードを内蔵又は格納することができ、コンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードがコンピュータ上で実行されると、このコンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードの実行により、コンピュータが、通信リンクを介して、他のコンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードを送信することができる。この通信リンクは、例えば、限定するものではないが、物理的な媒体を用いてもよいし、無線の媒体を用いてもよい。

【0122】

コンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードを格納及び／又は実行するのに適したデータ処理システムは、システムバスなどの通信ファブリックを介してメモリ要素に直接又は間接的に接続された、１つ又は複数のプロセッサを含みうる。メモリ要素は、プログラムコードの実際の実行中に用いられるローカルメモリと、バルクストレージと、少なくとも一部のコンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードを一時的に格納して、コードの実行中にこれらのコードをバルクストレージから取り出す回数を低減するキャッシュメモリと、を含みうる。

【0123】

上記システムに対して、入出力装置すなわちＩ／Ｏ装置を、直接、又は、中間のＩ／Ｏコントローラを介して接続することができる。これらの装置は、例えば、限定するものではないが、キーボード、タッチスクリーンディスプレイ、及びポインティングデバイスを含みうる。さらに、様々な通信アダプタを上記システムに接続することにより、上記データ処理システムを、中間のプライベートネットワーク又はパブリックネットワークを介して、他のデータ処理システム又はリモートプリンタ又は記憶装置に接続してもよい。モデム及びネットワークアダプタの非限定的な例は、現在利用可能な種類の通信アダプタのうちのほんの数例にすぎない。

【0124】

本明細書において、「所定数の」という語句は、１つ又は複数を意味する。「～のうちの少なくとも１つ」という語句がアイテムのリストについて用いられる場合、リストアップされたアイテムのうちの１つまたはそれ以上を様々な組み合わせで用いてもよいことを意味し、また、リストの各アイテムの１つだけが必要な場合もあることを意味する。換言すれば、「～のうちの少なくとも１つ」は、リストから任意の数のアイテムを任意の組み合わせで使用することが可能であり、必ずしもリストアップされたアイテムのすべてを必要としないことを意味する。アイテムは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーであってよい。

【0125】

例えば、限定するものではないが、「アイテムＡ、アイテムＢ、又はアイテムＣのうち少なくとも１つ」は、アイテムＡ、アイテムＡとアイテムＢ、又はアイテムＣを含みうる。また、この例には、アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣである場合、アイテムＢとアイテムＣである場合も含まれる。勿論、これらのアイテムのあらゆる組み合わせが存在する。いくつかの例において、「～のうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定するものではないが、２個のアイテムＡと１個のアイテムＢと１０個のアイテムＣ；４個のアイテムＢと７個のアイテムＣ；又は、他の適当な組み合わせであってもよい。

【0126】

様々な図示の実施形態におけるフローチャートやブロック図は、例示的な実施形態における装置及び方法について可能ないくつかの実施態様のアーキテクチャ、機能、及び、動作を示すものである。この点に関し、フローチャートやブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、または処理や工程の一部のうちの少なくとも１つを表しうる。例えば、これらのブロックのうち１つ又は複数は、プログラムコードとして実現される場合もある。

【0127】

例示的な実施形態のいくつかの代替の態様において、ブロックに記載の機能は、図に記載のものとは異なる順序で実行してもよい。例えば、場合によっては、関連する機能に応じて、連続して示されている２つのブロックを実質的に同時に実行してもよいし、あるいは、これらのブロックを、逆の順序で実行してもよい。また、フローチャート又はブロック図に示したブロックに、他のブロックを追加してもよい。

【0128】

さらに、本開示は、以下の付記による実施例を含む。

【0129】

付記１． コンピュータにより実施される物体回避方法は、以下を含む。： 特定の時空間ゾーンにおける、制御対象ビークルを含むビークルの時間参照位置及び状態データを、所定数のプロセッサによって受信する。前記ビークルは、初期位置が前記特定の時空間ゾーン内にある。； 所定数のプロセッサによって、対象空間ゾーンのテレイン及び障害物データを受信する。前記対象空間ゾーンの一部は、前記特定の時空間ゾーンの一部と重なっている。； 所定数のプロセッサによって、前記特定の時空間ゾーンにおける各ビークルの確率的予想軌道ウィンドウを算出する。； 所定数のプロセッサによって、テレイン及び障害物データの不確定性及び分解能に従って、前記対象空間ゾーン内のテレイン及び障害物の周囲に空間的バッファゾーンを算出する。； 所定数のプロセッサによって、前記制御対象ビークルの時間参照初期位置から目的地までの所定数のホモトピー的に別個の経路を算出する。前記経路は、他のビークルの前記軌道ウィンドウとテレイン及び障害物の前記バッファゾーンとから、前記制御対象ビークルを、少なくとも特定の最小距離離隔した状態に維持するものである。； 所定数のプロセッサによって、前記経路のうちの１つに従って、前記制御対象ビークルを経路制御する。

【0130】

付記２． 前記ホモトピー的に別個の経路は、前記制御対象ビークルの操縦機能及び制約に従って算出される、付記１に記載の方法。

【0131】

付記３． さらに、他のビークルの位置及び状態データの変化又はテレイン及び障害物データの変化のいずれかに応答して、所定数のプロセッサによって、所定数の新たなホモトピー的に別個の経路を算出すること、および、所定数のプロセッサによって、前記新たな経路のうちの１つに沿って、前記制御対象ビークルを経路制御すること、を含む付記１又は２に記載の方法。

【0132】

付記４． 前記テレイン及び障害物データは、三角測量の形式で与えられる、付記１～３のいずれか１つに記載の方法。

【0133】

付記５． 前記テレイン及び障害物データは、等間隔の格子点における標高データを含む、付記４に記載の方法。

【0134】

付記６． 前記ホモトピー的に別個の経路を、四次元仮想予測レーダ（４Ｄ－ＶＰＲ）で表示する、付記１～５のいずれか１つに記載の方法。

【0135】

付記７． 前記４Ｄ－ＶＰＲは、ビークル、テレイン、及び、障害物の交差を、時間リング上に示す、付記６に記載の方法。

【0136】

付記８． 所定数のプロセッサによって空間分割を生成すること、および、所定数のプロセッサによって、前記制御対象ビークルの操縦マニホールドを前記空間分割にマッピングすること、をさらに含む、付記１～７のいずれか１つに記載の方法。

【0137】

付記９． 所定数のプロセッサによって、テレイン及び障害物データの分解能を、操縦マニホールドの分解能に一致するように間引き又は精緻化することをさらに含む、付記８に記載の方法。

【0138】

付記１０． 前記テレイン及び障害物データは、前記制御対象ビークルのオンボードのデータベース又はオフボードのサーバのうちの少なくとも１つによって提供される、付記１～９のいずれか１つに記載の方法。

【0139】

付記１１． 制御対象ビークル及び前記制御対象ビークルに接続されたコンピュータを含む物体回避システムであって、前記コンピュータは、バスシステムと、前記バスシステムに接続された、プログラム命令を格納する記憶装置と、前記バスシステムに接続された所定数のプロセッサと、を含み、前記所定数のプロセッサは、付記１～１０のいずれか１つに記載の前記方法を行うための前記プログラム命令を実行する、物体回避システム。

【0140】

付記１２． 制御対象ビークル及び前記制御対象ビークルに接続されたコンピュータを含む物体回避システムであって、前記コンピュータは、バスシステムと、前記バスシステムに接続された、プログラム命令を格納する記憶装置と、前記バスシステムに接続された所定数のプロセッサと、を含み、前記所定数のプロセッサは、特定の時空間ゾーンにおける、前記制御対象ビークルを含むビークルの時間参照位置及び状態データを受信し、前記ビークルは、初期位置が前記特定の時空間ゾーン内にあり、対象空間ゾーンのテレイン及び障害物データを受信し、前記対象空間ゾーンの一部は、前記特定の時空間ゾーンの一部と重なっており、前記特定の時空間ゾーンにおける各ビークルの確率的予想軌道ウィンドウを算出し、テレイン及び障害物データの不確定性及び分解能に従って、前記対象空間ゾーン内のテレイン及び障害物の周囲に空間的バッファゾーンを算出し、前記制御対象ビークルの時間参照初期位置から目的地までの所定数のホモトピー的に別個の経路を算出し、前記経路は、他のビークルの前記軌道ウィンドウとテレイン及び障害物の前記バッファゾーンとから、前記制御対象ビークルを、少なくとも特定の最小距離離隔した状態に維持するものであり、前記経路のうちの１つに従って、前記制御対象ビークルを経路制御する、ための前記プログラム命令を実行する、物体回避システム。

【0141】

付記１３． 前記ホモトピー的に別個の経路は、前記制御対象ビークルの操縦機能及び制約に従って算出される、付記１２に記載の物体回避システム。

【0142】

付記１４． 前記プロセッサは、他のビークルの位置及び状態データの変化又はテレイン及び障害物データの変化のいずれかに応答して、所定数の新たなホモトピー的に別個の経路を算出し、前記新たな経路のうちの１つに沿って、前記制御対象ビークルを経路制御するための前記プログラム命令をさらに実行する、付記１２又は１３に記載の物体回避システム。

【0143】

付記１５． 前記テレイン及び障害物データは、三角測量の形式で与えられる、付記１２又は１３に記載の物体回避システム。

【0144】

付記１６． 前記テレイン及び障害物データは、等間隔の格子点における標高データを含む、付記１５に記載の物体回避システム。

【0145】

付記１７． 前記ホモトピー的に別個の経路を、四次元仮想予測レーダ（４Ｄ－ＶＰＲ）で表示する、付記１２～１６のいずれか１つに記載の物体回避システム。

【0146】

付記１８． 前記４Ｄ－ＶＰＲは、ビークル、テレイン、及び、障害物の交差を時間リング上に示す、付記１７に記載の物体回避システム。

【0147】

付記１９． 前記プロセッサは、空間分割を生成し、前記制御対象ビークルの操縦マニホールドを前記空間分割にマッピングするためのプログラム命令をさらに実行する、付記１２～１８のいずれか１つに記載の物体回避システム。

【0148】

付記２０． 前記プロセッサは、テレイン及び障害物データの分解能を、操縦マニホールドの分解能に一致するように間引き又は精緻化するためのプログラム命令をさらに実行する、付記１９に記載の物体回避システム。

【0149】

付記２１． 前記プロセッサと通信するオンボードのテレイン及び障害物データベース又はオフボードのサーバのうちの少なくとも１つをさらに含む、付記１２～２０のいずれか１つに記載の物体回避システム。

【0150】

付記２２． 物体回避のためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、プログラム命令が記録された不揮発性のコンピュータ可読の記憶媒体を含み、前記プログラム命令は、付記１～１０のいずれか１つに記載の前記方法の前記ステップを前記コンピュータに行わせるように、所定数のプロセッサによって実行可能である、コンピュータプログラム製品。

【0151】

付記２３． 物体回避のためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、プログラム命令が記録された不揮発性のコンピュータ可読の記憶媒体を含み、前記プログラム命令は、以下のステップ、すなわち、特定の時空間ゾーンにおける、前記制御対象ビークルを含むビークルの時間参照位置及び状態データを受信し、前記ビークルは、初期位置が前記特定の時空間ゾーン内にあり、対象空間ゾーンのテレイン及び障害物データを受信し、前記対象空間ゾーンの一部は、前記特定の時空間ゾーンの一部と重なっており、前記特定の時空間ゾーンにおける各ビークルの確率的予想軌道ウィンドウを算出し、テレイン及び障害物データの不確定性及び分解能に従って、前記対象空間ゾーン内のテレイン及び障害物の周囲に空間的バッファゾーンを算出し、前記制御対象ビークルの時間参照初期位置から目的地までの所定数のホモトピー的に別個の経路を算出し、前記経路は、他のビークルの前記軌道ウィンドウとテレイン及び障害物の前記バッファゾーンとから、前記制御対象ビークルを、少なくとも特定の最小距離離隔した状態に維持するものであり、前記経路のうちの１つに従って、前記制御対象ビークルを経路制御するステップを前記コンピュータに行わせるように、所定数のプロセッサによって実行可能である、コンピュータプログラム製品。

【0152】

付記２４． 前記ホモトピー的に別個の経路は、前記制御対象ビークルの操縦機能及び制約に従って算出される、付記２３に記載のコンピュータプログラム製品。

【0153】

付記２５． 前記プロセッサは、さらに、他のビークルの位置及び状態データの変化又はテレイン及び障害物データの変化のいずれかに応答して、所定数の新たなホモトピー的に別個の経路を算出し前記新たな経路のうちの１つに沿って、前記制御対象ビークルを経路制御するステップを行う、付記２３又は２４に記載のコンピュータプログラム製品。

【0154】

付記２６． 前記テレイン及び障害物データは、三角測量の形式で与えられる、付記２３～２５のいずれか１つに記載の記載のコンピュータプログラム製品。

【0155】

付記２７． 前記テレイン及び障害物データは、等間隔の格子点における標高データを含む、付記２６に記載のコンピュータプログラム製品。

【0156】

付記２８． 前記プロセッサは、さらに、前記ホモトピー的に別個の経路を、四次元仮想予測レーダ（４Ｄ－ＶＰＲ）で表示するステップを行う、付記２３～２７のいずれか１つに記載のコンピュータプログラム製品。

【0157】

付記２９． 前記４Ｄ－ＶＰＲは、ビークル、テレイン、及び、障害物の交差を時間リング上に示す、付記２８に記載のコンピュータプログラム製品。

【0158】

付記３０． 前記プロセッサは、さらに、空間分割を生成し、前記制御対象ビークルの操縦マニホールドを前記空間分割にマッピングするステップを行う、付記２３～２９のいずれか１つに記載のコンピュータプログラム製品。

【0159】

付記３１． 前記プロセッサは、さらに、テレイン及び障害物データの分解能を、操縦マニホールドの分解能に一致するように間引き又は精緻化するステップを行う、付記２３～３０のいずれか１つに記載のコンピュータプログラム製品。

【0160】

付記３２． 前記テレイン及び障害物データは、前記制御対象ビークルのオンボードのデータベース又はオフボードのサーバのうちの少なくとも１つによって提供される、付記２３～３１のいずれか１つに記載のコンピュータプログラム製品。

【0161】

様々な例示的な実施形態の記載は、例示および説明のために提示したものであり、すべてを網羅することや、開示した形態での実施に限定することを意図するものではない。当業者には、多くの改変や変更が明らかであろう。また、例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる特徴を含みうる。上述した実施形態は、実施形態の原理および実際の用途を最も的確に説明するとともに、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の改変を加えた様々な実施形態のための開示を理解できるようにするために、選択および記載したものである。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】