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(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】2024-12-09
(45)【発行日】2024-12-17
(54)【発明の名称】管制装置
(51)【国際特許分類】
G08G 5/04 20060101AFI20241210BHJP
B64C 27/04 20060101ALI20241210BHJP
B64F 1/36 20240101ALI20241210BHJP
G05D 1/46 20240101ALN20241210BHJP
【ＦＩ】
G08G5/04 A
B64C27/04
B64F1/36
G05D1/46
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021101638
(22)【出願日】2021-06-18
(65)【公開番号】P2023000679
(43)【公開日】2023-01-04
【審査請求日】2024-02-09
(73)【特許権者】
【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】板東 幹雄
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 貴廣
(72)【発明者】
【氏名】今本 健二
【審査官】西畑 智道
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３７８４２１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００５０００１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０８Ｇ １／００－９９／００
Ｇ０１Ｃ ２１／００－２１／３６
Ｇ０１Ｃ ２３／００－２５／００
Ｂ６４Ｃ ２７／０４
Ｂ６４Ｆ １／３６
Ｇ０５Ｄ １／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の垂直離着陸飛行体の離着陸を管理する管制装置であって、前記複数の垂直離着陸飛行体を離着陸場に順次着陸させる飛行計画を生成する飛行体位置管理部と、
前記飛行計画を前記複数の垂直離着陸飛行体に送信する通信部と、を備え、
前記飛行体位置管理部は、離着陸場の上空に前記複数の垂直離着陸飛行体を空中浮揚させ、前記複数の垂直離着陸飛行体を互いに垂直方向に異なる位置でかつ、下側の垂直離着陸飛行体よりも上側の垂直離着陸飛行体を、前記離着陸場から水平方向に離れる距離が長くなる位置に待機させ、
前記飛行体位置管理部は、前記垂直離着陸飛行体から離脱要請を受けた場合に、該離脱要請をした前記垂直離着陸飛行体から前記離着陸場の離陸経路につながる離脱経路を設定し、該離脱経路が既に設定されている離陸もしくは着陸のための経路を横断する場合に、前記離脱経路の周囲に他の垂直離着陸飛行体の進入を禁止する専有領域を設定することを特徴とする管制装置。
【請求項2】
複数の垂直離着陸飛行体の離着陸を管理する管制装置であって、前記複数の垂直離着陸飛行体を離着陸場に順次着陸させる飛行計画を生成する飛行体位置管理部と、
前記飛行計画を前記複数の垂直離着陸飛行体に送信する通信部と、を備え、
前記飛行体位置管理部は、離着陸場の上空に前記複数の垂直離着陸飛行体を空中浮揚させ、前記複数の垂直離着陸飛行体を互いに垂直方向に異なる位置でかつ、下側の垂直離着陸飛行体よりも上側の垂直離着陸飛行体を、前記離着陸場から水平方向に離れる距離が長くなる位置に待機させ、
前記飛行体位置管理部は、前記離着陸場の上方に前記離着陸場を中心として前記離着陸場から上方に移行するにしたがって水平方向に離れる方向にらせん状に連続する１本の開放待機場を生成し、
前記開放待機場に前記複数の垂直離着陸飛行体を並べて待機させることを特徴とする管制装置。
【請求項3】
前記飛行体位置管理部は、前記開放待機場に前記複数の垂直離着陸飛行体を停止飛行させた状態で、前記離着陸場から垂直方向に延びる垂直線を中心軸として前記開放待機場を旋回させることを特徴とする請求項２に記載の管制装置。
【請求項4】
前記飛行体位置管理部は、更にもう１本のらせん状に連続する前記開放待機場を生成し、一方の前記開放待機場を着陸経路とし、もう一方の前記開放待機場を離陸経路とすることを特徴とする請求項２に記載の管制装置。
【請求項5】
前記飛行体位置管理部は、前記離着陸場の上方に該離着陸場を中心として水平に広がる円状の閉曲線又は多角形状の閉折れ線を有し、下段よりも上段の方が大きく広がる複数段の閉塞待機場を生成し、前記複数段の閉塞待機場に前記複数の垂直離着陸飛行体を待機させることを特徴とする請求項１に記載の管制装置。
【請求項6】
前記飛行体位置管理部は、前記複数段の閉塞待機場の最下段の閉塞待機場に待機している前記垂直離着陸飛行体を前記離着陸場に着陸させ、前記複数段の閉塞待機場の下方の閉塞待機場に前記垂直離着陸飛行体を待機させる空きスペースがある場合には、上方の閉塞待機場に待機している前記垂直離着陸飛行体を下方の閉塞待機場に移動させることを特徴とする請求項５に記載の管制装置。
【請求項7】
前記飛行体位置管理部は、前記垂直離着陸飛行体を、前記閉塞待機場に停止飛行、または、前記閉塞待機場に沿って移動飛行させることを特徴とする請求項６に記載の管制装置。
【請求項8】
前記飛行体位置管理部は、前記離着陸場の上方に前記離着陸場を中心として前記離着陸場から上方に移行するにしたがって水平方向に離れる方向に放射状に延びる複数の開放待機場を生成し、前記複数の開放待機場に前記複数の垂直離着陸飛行体を並べて待機させることを特徴とする請求項１又は２に記載の管制装置。
【請求項9】
前記飛行体位置管理部は、前記複数の垂直離着陸飛行体を前記離着陸場との間の距離が短い順に着陸させることを特徴とする請求項１又は２に記載の管制装置。
【請求項10】
前記飛行体位置管理部は、前記垂直離着陸飛行体から優先着陸要請を受けた場合に、該垂直離着陸飛行体の待機位置から前記離着陸場までを直線で結ぶ優先着陸経路を設定し、該優先着陸経路が既に設定されている離陸もしくは着陸のための経路を横断する場合に、前記優先着陸経路の周囲に他の垂直離着陸飛行体の進入を禁止する専有領域を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の管制装置。
【請求項11】
複数の垂直離着陸飛行体と、該複数の垂直離着陸飛行体の離着陸を管理する管制装置とを有する飛行管理システムであって、前記管制装置は、前記複数の垂直離着陸飛行体を離着陸場に順次着陸させる飛行計画を生成する飛行体位置管理部と、前記飛行計画を前記複数の垂直離着陸飛行体に送信する通信部と、を有し、
前記垂直離着陸飛行体は、前記管制装置から前記飛行計画を受信する受信部と、自己の位置と姿勢を検出する位置姿勢センサと、前記飛行計画と位置姿勢情報に基づいて飛行制御を行う位置姿勢制御部とを有し、
前記飛行体位置管理部は、離着陸場の上空に前記複数の垂直離着陸飛行体を空中浮揚させ、前記複数の垂直離着陸飛行体を互いに垂直方向に異なる位置でかつ、下側の垂直離着陸飛行体よりも上側の垂直離着陸飛行体を、前記離着陸場から水平方向に離れる距離が長くなる位置に待機させ、
前記飛行体位置管理部は、前記垂直離着陸飛行体から離脱要請を受けた場合に、該離脱要請をした前記垂直離着陸飛行体から前記離着陸場の離陸経路につながる離脱経路を設定し、該離脱経路が既に設定されている離陸もしくは着陸のための経路を横断する場合に、前記離脱経路の周囲に他の垂直離着陸飛行体の進入を禁止する専有領域を設定することを特徴とする飛行管理システム。
【請求項12】
複数の垂直離着陸飛行体と、該複数の垂直離着陸飛行体の離着陸を管理する管制装置とを有する飛行管理システムであって、前記管制装置は、前記複数の垂直離着陸飛行体を離着陸場に順次着陸させる飛行計画を生成する飛行体位置管理部と、前記飛行計画を前記複数の垂直離着陸飛行体に送信する通信部と、を有し、
前記垂直離着陸飛行体は、前記管制装置から前記飛行計画を受信する受信部と、自己の位置と姿勢を検出する位置姿勢センサと、前記飛行計画と位置姿勢情報に基づいて飛行制御を行う位置姿勢制御部とを有し、
前記飛行体位置管理部は、離着陸場の上空に前記複数の垂直離着陸飛行体を空中浮揚させ、前記複数の垂直離着陸飛行体を互いに垂直方向に異なる位置でかつ、下側の垂直離着陸飛行体よりも上側の垂直離着陸飛行体を、前記離着陸場から水平方向に離れる距離が長くなる位置に待機させ、
前記飛行体位置管理部は、前記離着陸場の上方に前記離着陸場を中心として前記離着陸場から上方に移行するにしたがって水平方向に離れる方向にらせん状に連続する１本の開放待機場を生成し、
前記開放待機場に前記複数の垂直離着陸飛行体を並べて待機させることを特徴とする飛行管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば複数の垂直離着陸飛行体の離着陸を管理する管制装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
最近では、着陸面に対して垂直方向に離着陸するドローンと呼ばれる無人飛行体を利用して荷物を目的地に搬送するシステムが提案されている。このドローンは、複数の羽根ロータを有したマルチロータ方式が一般的に使用されている。
【0003】
このドローンによる搬送システムは、ドローンの水平面の飛行計画経路を表すデータを入力し、飛行計画経路上の複数の位置の夫々の下にある表面の標高を表す高さ基準値を取得し、その位置に対応する飛行高度を高さ基準値に加算した値を飛行計画経路の高度のデータとして使用することで、障害物に衝突しないで飛行計画経路を飛行できるようにしている。
【0004】
そして、このようなドローンによる搬送システムにおいて、数多くのドローンが効率よく目的地に到着して着陸できることが重要である。このため、ドローンの着陸制御装置としては、例えば、特許文献１に記載された方法が提案されている。この特許文献１においては、自律飛行可能なドローンが離着陸を行う各離着陸場の予約管理をするとともに、離着陸場間を自律飛行する複数のドローンの飛行計画及び飛行位置を管理する飛行管理システムが公開されている。複数のドローンが共同で離着陸場を利用する場合、離着陸場に対する予約管理を行うことで一つの離着陸場へ複数台のドローンがアプローチすることを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】ＷＯ２０１８／１５５７００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献１に記載されている手法は、予約する離着陸場の位置に対して直接アプローチするため、離着陸ポートが他機によって占有されている際は、別の離着陸場へ誘導されることになる。しかし、アプローチするドローンの台数に対して別の離着陸場の数が十分にない場合は、その周辺の空中で待機することが考えられる。このような場合、各ドローンの待機位置は他ドローンと衝突しないだけではなく、各ドローンが発生させる気流などの影響を受けないように待機する必要がある。この際、ドローンの台数が一つのポートに対して高密度となるほどの台数がある場合、例えば、あるドローンが離着陸ポートの空きを上空で待機する場合に、自機近くのドローンが待機中に発生する気流などの影響のみを考慮して待機位置を無秩序に決定すると、他ドローンが着陸するために十分な移動スペースが確保できないなどの課題が生じる。
【0007】
本発明の目的は、このような課題を鑑み、複数の垂直離着陸飛行体を離着陸場に安全かつ効率よく離着陸させる管制装置を提供することにある。
【0008】
尚、この荷物搬送用の飛行体は無人であるが、将来的には有人の飛行体に展開される方向で開発が行われている。したがって、本発明では、無人飛行体に限らず有人飛行体に対しても適用できる管制装置を提案するものである。また、飛行体はマルチロータ方式に限らず、これ以外の自律的に飛行する飛行体をも対象とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、複数の垂直離着陸飛行体の離着陸を管理する管制装置であって、前記複数の垂直離着陸飛行体を離着陸場に順次着陸させる飛行計画を生成する飛行体位置管理部と、前記飛行計画を前記複数の垂直離着陸飛行体に送信する通信部と、を備え、前記飛行体位置管理部は、離着陸場の上空に前記複数の垂直離着陸飛行体を空中浮揚させ、前記複数の垂直離着陸飛行体を互いに垂直方向に異なる位置でかつ、下側の垂直離着陸飛行体よりも上側の垂直離着陸飛行体を、前記離着陸場から水平方向に離れる距離が長くなる位置に待機させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、複数の飛行体を安全かつ効率よく離着陸させることができる。
【0011】
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、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】
【0012】
【図1】飛行体と離着陸場および管制装置の概要を説明する説明図である。
【図2】本発明の管制装置が適用される飛行管理システムの構成を示すブロック図である。
【図5】閉塞待機場の一例を説明するための説明図である。
【図6】閉塞待機場の一例を説明するための説明図である。
【図7】閉塞待機場の一例を説明するための説明図である。
【図8】離陸経路の一例を説明するための説明図である。
【図9】着陸途中から離脱する経路の一例を説明するための説明図である。
【図10】着陸途中から離脱する経路の一例を説明するための説明図である。
【図11】緊急着陸する経路の一例を説明するための説明図である。
【図12】緊急着陸する経路の一例を説明するための説明図である。
【図13】閉塞待機場の遷移の一例を説明するための説明図である。
【図15】開放待機場の一例を説明するための説明図である。
【図16】開放待機場の一例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【0014】
［第１実施形態］
図１は、本発明で使用される飛行体１００および管制装置１２０、離着陸場１３０を含めたシステム概略の構成を示している。
図１は、本発明で使用される飛行体１００および管制装置１２０、離着陸場１３０を含めたシステム概略の構成を示している。
【0015】
本実施形態における飛行管理システムは、複数の垂直離着陸飛行体（以下、飛行体）と、これら複数の飛行体１００の飛行を管理する管制装置１２０とを含む。飛行体１００は、例えば管制装置１２０の指示に基づき、出発地の離着陸場（駐機位置）１３０から離陸し、経路にしたがって目的地まで飛行し、目的地の離着陸場１３０に着陸することができる。飛行体１００は、例えば、矩形状の筐体本体１０１の対称関係となる位置に４個の羽根ロータ１０２が設けられており、夫々の羽根ロータ１０２は図示しない電動モータによって駆動され、垂直に上昇および下降し、上空を飛行し、又は、上空の同じ位置に空中浮揚することができる。尚、本実施形態の飛行体は、これに限るものではなく、要は垂直方向に離着陸できる飛行体であれば良い。
【0016】
飛行体１００の筐体本体１０１には、位置姿勢センサを含む飛行体制御装置１０３が設けられており、更に管制装置１２０との間で、飛行体１００の位置や、その通過する経路の情報を通信する通信機１０４が設けられている。通信機１０４は、管制装置１２０から飛行計画を受信する受信部としても機能する。筐体本体１０１の位置や姿勢の検出には、周知のGNSSセンサおよび慣性計測装置が搭載されている。飛行体制御装置１０３は、飛行体１００の水平面の飛行計画経路を表す経路情報と、飛行計画経路上の複数の位置の夫々の下にある地表面の標高を表す高さ基準値とから、その飛行位置に対応する飛行高度を高さ基準値に加算した値を飛行計画経路の高度情報として使用することで、他飛行体および障害物に衝突しないで飛行計画経路を飛行できるように飛行体１００を制御する。
【0017】
管制装置１２０は、複数の飛行体１００の飛行経路を指示し、また、離着陸場１３０への離着陸を管理する。例えば、管制装置１２０は、離着陸場１３０の上空に複数の飛行体１００を空中浮揚させ、離着陸場１３０に順次着陸させる。その際、飛行体１００同士の気流の影響等により機体姿勢が不安定とならないように、複数の飛行体１００を互いに離れた位置に配置させる。具体的には、複数の飛行体１００を互いに垂直方向に異なる位置でかつ、下側の飛行体１００よりも上側の飛行体１００を、離着陸場１３０から水平方向に離れる距離が長くなる位置に待機させる。
【0018】
管制装置１２０は、図１において離着陸場１３０と別体で表しているが、一体であっても良い。また、離着陸場１３０は、図１においては１つのみで表されているが、複数存在しても良い。ただし、管制装置１２０は少なくとも一つの離着陸場１３０へアプローチする飛行体１００の経路を指示するものとし、飛行体１００に複数の管制装置１２０から複数の経路が指示されることはないものとする。
【0019】
次に、本発明の離着陸システムについて図２を用いて説明する。
飛行体２０１に代表的な飛行体の構成を示し、複数ある飛行体を飛行体２０２として表している。飛行体２０２の構成は飛行体２０１とほぼ同様であり、図２においては表記を省略している。
飛行体２０１に代表的な飛行体の構成を示し、複数ある飛行体を飛行体２０２として表している。飛行体２０２の構成は飛行体２０１とほぼ同様であり、図２においては表記を省略している。
【0020】
位置姿勢センサ２１０から検出される位置・姿勢情報は、通信機１０４および専有状態管理部２１１、動作状態管理部２１２、位置・姿勢制御部２１３の目標位置・姿勢生成部２１４に入力されている。ここで、位置・姿勢情報は、グローバル座標系における飛行体２０１の位置と傾きを表している。位置姿勢センサ２１０は、飛行体２０１の位置、及び飛行体２０１の「ヨー」、「ロール」、「ピッチ」等の飛行体２０１の回転軸回りのパラメータを検出している。
【0021】
通信機１０４は、位置姿勢センサ２１０が検出した飛行体２０１の位置・姿勢の情報と、動作状態管理部２１２で管理している飛行体２０１の動作状態の情報とを管制装置１２０へ出力する一方、管制装置１２０から配信される離着陸管理情報を地図データベース２１５へ入力し、更に管制装置１２０から割り当てられた自機の専有領域の情報を専有状態管理部２１１へ入力する。
【0022】
専有状態管理部２１１においては、飛行体２０１の位置が管制装置１２０から指示される自機に与えられた専有領域内の位置を算出し、専有領域を逸脱するまでの距離を動作状態管理部２１２へ出力する。
【0023】
専有状態管理部２１１により設定された専有領域を逸脱するまでの距離および地図データベース２１５からの経路情報、及び位置姿勢センサ２１０からの位置・姿勢情報は、動作状態管理部２１２に入力されている。これらの情報に基づいて動作状態管理部２１２は、飛行体２０１の動作状態の管理を実行する。ここで、動作状態(モード)は「着陸モード」、「離陸モード」、「巡行モード」、「接近モード」、「待機モード」の５つの動作状態を管理している。
【0024】
「着陸モード」、「離陸モード」では、飛行体２０１の垂直移動と、離着陸場を中心とした旋回を実行し、「巡行モード」では、地図データベース２１５にしたがい飛行計画経路に沿った移動を実行する。そして、「接近モード」では、所定の指定された地点(例えば、着陸地点)への移動のための地図データベース２１５に記憶された飛行計画経路と専有状態管理部２１１によって与えられた自機の専有領域内での移動を実行する。「待機モード」では、指定された待機場において移動をせずにホバリング（停止飛行）を実行する、もしくは、線状に設定された待機場に沿って移動飛行する、という動作状態を管理する機能を備えている。「待機モード」と通常の移動時に発生する一時停止などの動作とは基本的に異なり、「待機モード」は指定された位置へ移動して、その位置で待機するものである。
【0025】
位置・姿勢制御部２１３においては、動作状態管理部２１２からの動作状態管理情報、地図データベース２１５からの地図情報、及び位置姿勢センサ２１０からの位置・姿勢情報が入力されている。更に、位置・姿勢制御部２１３は、目標位置・姿勢生成部２１４によって、目標位置・姿勢情報を生成する。この目標位置・姿勢情報は、追従制御部２１６に入力される。追従制御部２１６は、目標位置・姿勢情報に基づいて選択された、「着陸モード」、「離陸モード」、「巡行モード」、「接近モード」、「待機モード」のいずれかに対応して飛行体２０１を自律的に動作させる機能を備えている。
【0026】
以上が飛行体制御装置１０３の主な機能要素であるが、これら機能要素は、基本的には飛行体２０１に搭載されたマイクロコンピュータの制御プログラムを実行するによって動作される。マイクロコンピュータは、周知の通り、演算を実行するセントラルプロセッシングユニット(CPU)、制御プログラムを記憶した不揮発性メモリ(ROM)、計算結果を記憶したりする揮発性メモリ(RAM)、センサ信号を入力し、駆動信号を出力する入出力回路等から構成されている。
【0027】
次に管制装置１２０の構成とその機能を記す。
管制装置１２０は、各飛行体からの位置姿勢、動作状態を受信し、各飛行体へ経路および専有領域を配信する通信機（通信部）２２０を備える。通信機２２０から得られる各飛行体の位置および動作状態は、飛行体位置管理部２２１へ入力され、ここで管制装置１２０が掌握している全ての飛行体の位置および新しく管理すべき状態となった飛行体の位置を管理する。経路・モード変更部２２２では、全ての飛行体の位置および姿勢状態から予め保持している離着陸場１３０までの経路に変更が必要であるかその要否を判断する。そして、変更が必要な場合は、新たな経路を設定し、その新たな経路の情報を専有領域設定部２２３および通信機２２０へ出力し、通信機２２０から各飛行体に送信される。専有領域設定部２２３では、飛行体位置管理部２２１から得られる各飛行体の位置および経路・モード変更部２２２から得られる経路に応じて、各飛行体に専有領域を割り当てて、割り当てられた専有領域を通信機２２０へ出力する。
管制装置１２０は、各飛行体からの位置姿勢、動作状態を受信し、各飛行体へ経路および専有領域を配信する通信機（通信部）２２０を備える。通信機２２０から得られる各飛行体の位置および動作状態は、飛行体位置管理部２２１へ入力され、ここで管制装置１２０が掌握している全ての飛行体の位置および新しく管理すべき状態となった飛行体の位置を管理する。経路・モード変更部２２２では、全ての飛行体の位置および姿勢状態から予め保持している離着陸場１３０までの経路に変更が必要であるかその要否を判断する。そして、変更が必要な場合は、新たな経路を設定し、その新たな経路の情報を専有領域設定部２２３および通信機２２０へ出力し、通信機２２０から各飛行体に送信される。専有領域設定部２２３では、飛行体位置管理部２２１から得られる各飛行体の位置および経路・モード変更部２２２から得られる経路に応じて、各飛行体に専有領域を割り当てて、割り当てられた専有領域を通信機２２０へ出力する。
【0028】
以上が大まかな離着陸システムの処理の流れとなる。以下、飛行体２０１と管制装置１２０の制御フローについて説明する。
始めに飛行体制御装置１０３における主な機能要素の制御フローについて説明する。
始めに飛行体制御装置１０３における主な機能要素の制御フローについて説明する。
【0029】
［動作モードの設定制御フロー］
先ず、図３は本発明の離着陸システムにおける飛行体制御装置１０３の制御フローを示しており、これによって飛行体２０１の動作モードを設定する。
先ず、図３は本発明の離着陸システムにおける飛行体制御装置１０３の制御フローを示しており、これによって飛行体２０１の動作モードを設定する。
【0030】
≪ステップＳ３０１≫
ステップＳ３０１においては、現在の位置・姿勢情報を取得する。この位置・姿勢情報の取得は、位置姿勢センサ２１０から求めることができる。現在の位置・姿勢情報が取得されるとステップＳ３０２に移行する。
ステップＳ３０１においては、現在の位置・姿勢情報を取得する。この位置・姿勢情報の取得は、位置姿勢センサ２１０から求めることができる。現在の位置・姿勢情報が取得されるとステップＳ３０２に移行する。
【0031】
≪ステップＳ３０２≫
ステップＳ３０２においては、現在の飛行体２０１の飛行状態がいずれの動作状態(上述の５つの動作モード)であるかを判断するため、現時点で動作状態管理部２１２が設定している動作状態を取得する。現在の動作状態が取得されるとステップＳ３０３に移行する。
ステップＳ３０２においては、現在の飛行体２０１の飛行状態がいずれの動作状態(上述の５つの動作モード)であるかを判断するため、現時点で動作状態管理部２１２が設定している動作状態を取得する。現在の動作状態が取得されるとステップＳ３０３に移行する。
【0032】
≪ステップＳ３０３≫
ステップＳ３０３においては、動作状態管理部３３から取得された動作状態が「巡行モード」かどうかを判断する。この判断ステップにおいては、動作状態管理部２１２から逐次送られてくる動作状態の情報に基づいて判断される。この判断ステップで「巡行モード」の状態と判断されるとステップＳ３０４に移行し、「巡行モード」の状態ではないと判断されるとステップＳ３０５に移行する。
ステップＳ３０３においては、動作状態管理部３３から取得された動作状態が「巡行モード」かどうかを判断する。この判断ステップにおいては、動作状態管理部２１２から逐次送られてくる動作状態の情報に基づいて判断される。この判断ステップで「巡行モード」の状態と判断されるとステップＳ３０４に移行し、「巡行モード」の状態ではないと判断されるとステップＳ３０５に移行する。
【0033】
≪ステップＳ３０４≫
ステップＳ３０４においては、ステップＳ３０１で取得した現在の位置・姿勢と、地図データベース２１５からの地図情報をマッチングさせ、目標位置・姿勢情報を設定する。この状態で、以下の制御ステップＳ３０５、Ｓ３０９、Ｓ３１１で「ｎｏ」と判断されると、ステップＳ３１３に移行して目標位置・姿勢情報にしたがって飛行体２０１を制御する。これによって、飛行体２０１は「巡行モード」で目的地に向かうことになる。
ステップＳ３０４においては、ステップＳ３０１で取得した現在の位置・姿勢と、地図データベース２１５からの地図情報をマッチングさせ、目標位置・姿勢情報を設定する。この状態で、以下の制御ステップＳ３０５、Ｓ３０９、Ｓ３１１で「ｎｏ」と判断されると、ステップＳ３１３に移行して目標位置・姿勢情報にしたがって飛行体２０１を制御する。これによって、飛行体２０１は「巡行モード」で目的地に向かうことになる。
【0034】
≪ステップＳ３０５≫
ステップＳ３０３、Ｓ３０４の制御ステップを実行すると、本ステップＳ３０５では、動作状態管理部２１２から取得された動作状態が「接近モード」かどうかを判断する。この判断ステップで「接近モード」の状態と判断されるとステップＳ３０６に移行し、「接近モード」の状態ではないと判断されるとステップＳ３０９に移行する。
ステップＳ３０３、Ｓ３０４の制御ステップを実行すると、本ステップＳ３０５では、動作状態管理部２１２から取得された動作状態が「接近モード」かどうかを判断する。この判断ステップで「接近モード」の状態と判断されるとステップＳ３０６に移行し、「接近モード」の状態ではないと判断されるとステップＳ３０９に移行する。
【0035】
≪ステップＳ３０６≫
ステップＳ３０５で「接近モード」と判断されているので、ステップＳ３０６においては、飛行体２０１に対して管制装置１２０から経路情報および専有領域の割り当てがあるかどうかを判断する。経路情報の有無は地図データベース２１５内の検索、専有領域の割り当ては専有状態管理部２１１への入力で判断することができる。ステップＳ３０６で、管制装置１２０から経路情報および専有領域の割り当てがあると判断されるとステップＳ３０７に移行し、着陸地点の出力がないと判断されるとステップＳ３０８に移行する。
ステップＳ３０５で「接近モード」と判断されているので、ステップＳ３０６においては、飛行体２０１に対して管制装置１２０から経路情報および専有領域の割り当てがあるかどうかを判断する。経路情報の有無は地図データベース２１５内の検索、専有領域の割り当ては専有状態管理部２１１への入力で判断することができる。ステップＳ３０６で、管制装置１２０から経路情報および専有領域の割り当てがあると判断されるとステップＳ３０７に移行し、着陸地点の出力がないと判断されるとステップＳ３０８に移行する。
【0036】
専有領域は、予め存在する経路における飛行体の移動可能な範囲を表すもので、この専有領域が他の飛行体の専有領域に干渉しないように全ての飛行体に与えられることで、ある飛行体に対して与えられた専有領域内には、与えられた飛行体以外の飛行体は存在しないように制御される。
【0037】
≪ステップＳ３０７≫
ステップＳ３０７においては、ステップＳ３０６で専有領域の設定があると判断されているので、ステップＳ３０４で設定されていた目標位置・姿勢情報を与えられた専有領域内の新たな経路の目標位置に再設定する。この状態で、以下の制御ステップＳ３０９、Ｓ３１１で「ｎｏ」と判断されると、ステップＳ３１３に移行して目標位置情報にしたがって、飛行体２０１が経路に沿った目標位置に向かう制御を実行する。これによって、飛行体２０１は、「接近モード」で着陸地点である離着陸場１３０に向かって管制装置１２０が指示する経路に従って移動することになる。
ステップＳ３０７においては、ステップＳ３０６で専有領域の設定があると判断されているので、ステップＳ３０４で設定されていた目標位置・姿勢情報を与えられた専有領域内の新たな経路の目標位置に再設定する。この状態で、以下の制御ステップＳ３０９、Ｓ３１１で「ｎｏ」と判断されると、ステップＳ３１３に移行して目標位置情報にしたがって、飛行体２０１が経路に沿った目標位置に向かう制御を実行する。これによって、飛行体２０１は、「接近モード」で着陸地点である離着陸場１３０に向かって管制装置１２０が指示する経路に従って移動することになる。
【0038】
≪ステップＳ３０８≫
一方、ステップＳ３０８では、ステップＳ３０６で経路情報および専有領域の出力がない（ｎｏ）と判断されているので、管制装置１２０が指示する待機位置にて目標位置・姿勢情報を維持するため、動作状態管理部２１２における動作状態を「待機モード」に設定する。
一方、ステップＳ３０８では、ステップＳ３０６で経路情報および専有領域の出力がない（ｎｏ）と判断されているので、管制装置１２０が指示する待機位置にて目標位置・姿勢情報を維持するため、動作状態管理部２１２における動作状態を「待機モード」に設定する。
【0039】
≪ステップＳ３０９≫
ステップＳ３０９においては、動作状態管理部２１２から取得された動作状態が「待機モード」かどうかを判断する。この判断ステップで「待機モード」の状態と判断されるとステップＳ３１０に移行し、「待機モード」の状態ではないと判断されるとステップＳ３１１に移行する。
ステップＳ３０９においては、動作状態管理部２１２から取得された動作状態が「待機モード」かどうかを判断する。この判断ステップで「待機モード」の状態と判断されるとステップＳ３１０に移行し、「待機モード」の状態ではないと判断されるとステップＳ３１１に移行する。
【0040】
≪ステップＳ３１０≫
ステップＳ３１０においては、飛行体２０１が着陸地点に到着して「待機モード」に設定されているので、管制装置１２０が指示する位置・姿勢情報を新たな目標位置・姿勢情報に再設定する。この状態で飛行体２０１は、目標位置への移動および目標位置でのホバリングを行い着陸地点の上空で待機することになる。着陸地点の上空で待機する飛行体２０１が複数の場合、互いに垂直方向に異なる位置でかつ、下側の飛行体２０１よりも上側の飛行体２０１を、離着陸場１３０から水平方向に離れる距離が長くなる位置に待機させる。次に、この状態でステップＳ３１１に移行する。
ステップＳ３１０においては、飛行体２０１が着陸地点に到着して「待機モード」に設定されているので、管制装置１２０が指示する位置・姿勢情報を新たな目標位置・姿勢情報に再設定する。この状態で飛行体２０１は、目標位置への移動および目標位置でのホバリングを行い着陸地点の上空で待機することになる。着陸地点の上空で待機する飛行体２０１が複数の場合、互いに垂直方向に異なる位置でかつ、下側の飛行体２０１よりも上側の飛行体２０１を、離着陸場１３０から水平方向に離れる距離が長くなる位置に待機させる。次に、この状態でステップＳ３１１に移行する。
【0041】
≪ステップＳ３１１≫
本ステップＳ３１１においては、動作状態が「着陸モード」あるいは「離陸モード」にあるかどうかを判断する。「着陸モード」あるいは「離陸モード」ではないと判断されるとステップＳ３１３に移行し、「着陸モード」あるいは「離陸モード」にあると判断されるとステップＳ３１２に移行する。
本ステップＳ３１１においては、動作状態が「着陸モード」あるいは「離陸モード」にあるかどうかを判断する。「着陸モード」あるいは「離陸モード」ではないと判断されるとステップＳ３１３に移行し、「着陸モード」あるいは「離陸モード」にあると判断されるとステップＳ３１２に移行する。
【0042】
≪ステップＳ３１２≫
ステップＳ３１２においては、動作状態が「着陸モード」の場合は離着陸場１３０を目標位置に設定し、「離陸モード」の場合は管制装置１２０が指示する離着陸場１３０の垂直方向に移動した位置を目標位置・姿勢に設定する。これによって、飛行体２０１が上昇方向、或いは下降方向に移動できることになる。目標位置・姿勢が設定されるとステップＳ３１３に移行する。
ステップＳ３１２においては、動作状態が「着陸モード」の場合は離着陸場１３０を目標位置に設定し、「離陸モード」の場合は管制装置１２０が指示する離着陸場１３０の垂直方向に移動した位置を目標位置・姿勢に設定する。これによって、飛行体２０１が上昇方向、或いは下降方向に移動できることになる。目標位置・姿勢が設定されるとステップＳ３１３に移行する。
【0043】
≪ステップＳ３１３≫
ステップＳ３１３においては、ステップＳ３０４、Ｓ３０７、Ｓ３１０、Ｓ３１２のいずれかで設定された目標位置・姿勢情報に基づき、飛行体２０１の動作状態を制御することで、飛行体２０１を目的とする位置に飛行させることができる。
以上が飛行体制御装置１０３の位置・姿勢制御部２１３の大まかな制御フローである。
ステップＳ３１３においては、ステップＳ３０４、Ｓ３０７、Ｓ３１０、Ｓ３１２のいずれかで設定された目標位置・姿勢情報に基づき、飛行体２０１の動作状態を制御することで、飛行体２０１を目的とする位置に飛行させることができる。
以上が飛行体制御装置１０３の位置・姿勢制御部２１３の大まかな制御フローである。
【0044】
次に本発明が対象とする離着陸システムの具体的な制御フローを説明する。尚、以下では離着陸システムの全体的な制御フローを説明し、その後に全体的な制御フローで実行される主な個々の管制装置１２０の制御フローを説明する。
【0045】
［全体的な着陸制御フロー］
全体的な着陸制御フローは、図４に示す通りである。主には管制システムの動作となり、一定の作動周期で作動するものとする。
全体的な着陸制御フローは、図４に示す通りである。主には管制システムの動作となり、一定の作動周期で作動するものとする。
【0046】
≪ステップＳ４０１≫
ステップＳ４０１においては、管制装置１２０に対して飛行体２０１から位置および動作状態の通信があることを確認する。通信がある場合はステップＳ４０２に移行し、通信がない場合はＳ４０３に移行する。
ステップＳ４０１においては、管制装置１２０に対して飛行体２０１から位置および動作状態の通信があることを確認する。通信がある場合はステップＳ４０２に移行し、通信がない場合はＳ４０３に移行する。
【0047】
≪ステップＳ４０２≫
ステップＳ４０２においては、飛行体２０１の位置を現在の経路にマッピングする。マッピングする対象の経路（マップ）は、離着陸場１３０へアプローチするための経路と、出発地周辺と目的地周辺をつなぐ経路に大別されている。本発明で対象とするのは前者の離着陸場１３０へアプローチするための経路である。この経路は、目的地周辺に辿り着いた飛行体が「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」である場合に移動可能な経路である。
ステップＳ４０２においては、飛行体２０１の位置を現在の経路にマッピングする。マッピングする対象の経路（マップ）は、離着陸場１３０へアプローチするための経路と、出発地周辺と目的地周辺をつなぐ経路に大別されている。本発明で対象とするのは前者の離着陸場１３０へアプローチするための経路である。この経路は、目的地周辺に辿り着いた飛行体が「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」である場合に移動可能な経路である。
【0048】
マッピングは、離着陸場１３０の周辺に「巡行モード」で到着した飛行体２０１が着陸のために「接近モード」に変更されることで管制装置１２０にて着陸経路への侵入を許可、管理するために実施される。
第１実施形態ではこの着陸経路として複数の閉塞待機場を持った経路を示す。
第１実施形態ではこの着陸経路として複数の閉塞待機場を持った経路を示す。
【0049】
図５に第１実施形態における複数の閉塞待機場の例を示す。
閉塞待機場は、離着陸場１３０の上空に仮想的に設定される、閉じた線状の待機場であり、この待機場に複数の飛行体１００をホバリングさせて待機させることができる。閉塞待機場は、離着陸場１３０の上方に離着陸場１３０を中心として水平に広がる円状の閉曲線又は多角形状の閉折れ線の形状を有し、下段よりも上段の方が大きく広がるように複数段が生成される。
閉塞待機場は、離着陸場１３０の上空に仮想的に設定される、閉じた線状の待機場であり、この待機場に複数の飛行体１００をホバリングさせて待機させることができる。閉塞待機場は、離着陸場１３０の上方に離着陸場１３０を中心として水平に広がる円状の閉曲線又は多角形状の閉折れ線の形状を有し、下段よりも上段の方が大きく広がるように複数段が生成される。
【0050】
図５では、複数の閉塞待機場５１１～５１３を、離着陸場１３０を中心とした同心円で表しており、円状の線は実際には所定の断面積の太さを持った領域である。これら複数の閉塞待機場５１１～５１３は、２次元にて見ると、つまり、垂直方向および水平方向から見ても、互いに重なることは無く、閉じたラインによって生成される閉領域の面積が大きいほど高度が高くなることを特徴としている。この時、上下の経路同士の最も接近する箇所が、飛行体の飛行によって生じる気流等の影響を互いに受けない距離をとるように設計する。閉塞待機場５１１～５１３は、離着陸場１３０からの高さがｈ１～ｈ３と高くなり、離着陸場１３０を中心とした半径がＬ１１～Ｌ１３と大きくなるように設定されている。
【0051】
このような複数の閉塞待機場を生成することによって、ある閉塞待機場に存在する飛行体は、その閉塞待機場で待機する限り、つまり、閉塞待機場で停止飛行あるいは閉塞待機場に沿って移動する限りは、別の閉塞待機場に存在する飛行体から気流等の影響を受けることが無くなり、離着陸場１３０の周りで密なキューイングが可能となる。また、複数の飛行体を閉塞待機場から離着陸場１３０に着陸させる場合に、下方の閉塞待機場に存在する飛行体から着陸させ、上方の閉塞待機場から下方の閉塞待機場の空きスペースに飛行体を移動させることができ、複数の飛行体を順番に着陸させることができる。そして、例えば緊急事態の発生等により、上方の閉塞待機場に存在している飛行体を優先的に着陸させることが必要となった場合には、その飛行体を閉塞待機場の中心に向かって水平に移動させ、離着陸場１３０の垂直方向上方位置で下方に垂直降下させることによって、他の飛行体に干渉することなく、迅速かつ円滑に着陸をさせることができる。
【0052】
図５では、複数の閉塞待機場５１１～５１３が複数の同心円からなることを例として記したが、「離着陸場１３０が閉じた閉塞待機場の内側に存在する」ことと「複数の閉塞待機場が上下に重ならない」ことと「高さが各閉塞待機場によって異なる」ことを満たせばよい。複数の閉塞待機場は、例えば図６のような多角形状の閉折れ線を有するものや、図７のような楕円状の閉曲線を有するものであってもよく、また、こられの組み合わせでも同様の効果が得られる。
【0053】
図６に示す複数の閉塞待機場６１１～６１３は、多角形状の閉折れ線を有しており、離着陸場１３０からの水平方向の離間距離は、下段から上段に向かって大きくなるように設定されている（Ｌ２１～Ｌ２３）。図７に示す複数の閉塞待機場７１１～７１３は、最下段の閉塞待機場７１１は、半径がＬ３１の真円状の閉曲線、２段目および３段目の閉塞待機場７１２、７１３は、楕円状の閉曲線を有している。２段目の閉塞待機場７１２と３段目の閉塞待機場７１３は、長軸と短軸の向きが互いに９０度ずれており、下段から上段に向かって大きくなるように設定されている（Ｌ３２、Ｌ３３）。
【0054】
閉塞待機場７１１～７１３は、例えば、複数の高層建築物の間に、離着陸場を設置する場合に、複数の高層建築物の間に沿って延びるように配置することができ、閉塞待機場の長さをより長くして、閉塞待機場に、より多くの飛行体１００を待機させることができる。
【0055】
閉塞待機場に待機している複数の飛行体１００は、管制装置１２０からの制御指示により、離着陸場１３０との間の距離が短い順に着陸させられ、本実施形態では、最下段の閉塞待機場に存在するものから離着陸場１３０に着陸させられる。下方の閉塞待機場に飛行体１００を待機させる空きスペースがある場合には、上方の閉塞待機場に待機している飛行体１００が下方の閉塞待機場に移動し、複数の飛行体１００が順番に下方に降りるように移動する。なお、飛行体２０１を停止飛行（ホバリング）させることは電力消費の観点から効率が落ちたり、ボルテックス・リング・ステートが発生し、浮力が損なわれる可能性がある。この問題を解決するためには水平方向に動き続けることが良いとされている。したがって、例えば、閉じた線状の閉塞待機場に沿って飛行体１００を移動させたり、図６のような多角形状の閉折れ線を有する閉塞待機場６１１～６１３を、離着陸場１３０から垂直に延びる垂直線を中心軸として旋回させる設定としてもよい。閉塞待機場が旋回することで、円状の経路を指定せずとも、飛行体２０１が着陸のためにスムーズに旋回しながらの待機が可能となる。
このような経路に対して、各飛行体の位置のマッピングを終えればステップＳ４０３に移行する。
このような経路に対して、各飛行体の位置のマッピングを終えればステップＳ４０３に移行する。
【0056】
≪ステップＳ４０３≫
ステップＳ４０３においては、ステップＳ４０２でマッピングした全ての飛行体２０１において、送信されたモードが「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」のいずれかであることを確認する。ここで、「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」のいずれかである場合は、離着陸場１３０へアプローチする飛行体２０１として判断し、「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」以外のモードに変更されている場合は、飛行体側で離着陸場１３０へのアプローチを中断する意図でモード変更が行われたと判断し、管制範囲の外へ向かう経路を設定する。
ステップＳ４０３においては、ステップＳ４０２でマッピングした全ての飛行体２０１において、送信されたモードが「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」のいずれかであることを確認する。ここで、「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」のいずれかである場合は、離着陸場１３０へアプローチする飛行体２０１として判断し、「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」以外のモードに変更されている場合は、飛行体側で離着陸場１３０へのアプローチを中断する意図でモード変更が行われたと判断し、管制範囲の外へ向かう経路を設定する。
【0057】
全ての飛行体が「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」のいずれかである場合はステップＳ４０９へ移行し、「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」以外のモードが存在する場合はステップＳ４０４に移行する。
【0058】
≪ステップＳ４０４≫
ステップＳ４０４においては、上述した「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」以外のモードとなっている飛行体をリストアップし、１体の飛行体ごとにＳ４０５からＳ４０８までの処理を実施し、リストアップされた全ての飛行体に対して繰り返す。
ステップＳ４０４においては、上述した「接近モード」「着陸モード」「離陸モード」以外のモードとなっている飛行体をリストアップし、１体の飛行体ごとにＳ４０５からＳ４０８までの処理を実施し、リストアップされた全ての飛行体に対して繰り返す。
【0059】
≪ステップＳ４０５≫
ステップＳ４０５においては、ステップＳ４０４にてリストから選択された飛行体２０１に対して、モードの遷移をチェックし、モードが「巡行モード」の場合は、駐機場へのアプローチがキャンセルされたと判断し、ステップＳ４０６へ移行する。モード遷移により「待機モード」となった場合は、何らかの機体トラブル等が発生したと判断し、ステップＳ４０７へ移行する。
ステップＳ４０５においては、ステップＳ４０４にてリストから選択された飛行体２０１に対して、モードの遷移をチェックし、モードが「巡行モード」の場合は、駐機場へのアプローチがキャンセルされたと判断し、ステップＳ４０６へ移行する。モード遷移により「待機モード」となった場合は、何らかの機体トラブル等が発生したと判断し、ステップＳ４０７へ移行する。
【0060】
≪ステップＳ４０６≫
ステップＳ４０６では、離着陸場１３０へのアプローチがユーザによってキャンセルされたとみなし、離着陸場１３０からの離陸経路への経路を引き直す。
ステップＳ４０６では、離着陸場１３０へのアプローチがユーザによってキャンセルされたとみなし、離着陸場１３０からの離陸経路への経路を引き直す。
【0061】
【0062】
図８において飛行体１００が巡行モードとなった場合は、離着陸場１３０から垂直上方へ伸びる離陸経路へ矢印のように経路８０１が生成される。また、図９において飛行体１００が巡行モードとなった場合は、飛行体が存在する閉じた経路よりも上方に位置する離陸経路に連続する矢印のように離脱経路９０１が生成される。
【0063】
図８～図１０は、離陸経路の一例を示す図である。図８は、離陸経路の一例を説明するための説明図である。図８に示す例では、離着陸場１３０から上方に向かって垂直に延びるように垂直離陸経路８０１が設定されており、飛行体１００は、この垂直離陸経路８０１に沿って離着陸場１３０から離陸する。
【0064】
図９は、着陸途中から離脱する経路の一例を説明するための説明図である。図９に示す例は、閉塞待機場５１３に待機している一つの飛行体１００Ｃが離着陸場１３０への着陸をキャンセルして離脱する場合を示している。飛行体１００Ｃは、閉塞待機場５１３から垂直離陸経路８０１まで離脱経路９０１に沿って移動し、垂直離着陸経路８０１に沿って離着陸場１３０から離れる方向に飛行して離脱する。
【0065】
管制装置１２０は、飛行体１００から離脱要請を受けた場合に、離脱要請をした飛行体１００から離陸経路８０１につながる離脱経路を設定する。そして、その離脱経路が既に設定されている離陸もしくは着陸のための経路を横断する場合に、離脱経路の周囲に他の垂直離着陸飛行体の進入を禁止する専有領域を設定する。
【0066】
図１０は、着陸途中から離脱する経路の一例を説明するための説明図である。図１０に示す例は、閉塞待機場が交互に離陸経路と着陸経路に分かれて設定された状態を示している。二点鎖線で示す閉塞待機場５１１、５１２が着陸用の待機場であり、一点鎖線で示す閉塞待機場１０１１、１０１２が離陸用の待機場である。閉塞待機場１０１１に待機していた飛行体１００ａを、矢印１００１に示すように上段の閉塞待機場１０１２まで移動させ、閉塞待機場１０１２から離脱させることができる。
【0067】
巡行モードとなった場合の経路が変更されれば、管制装置１２０は変更した経路を対象の飛行体へ通信機２２０を通して送信し、ステップＳ４０８へ移行する。また、この巡行モードは、離陸経路へ入るまでは維持される。
【0068】
≪ステップＳ４０７≫
ステップＳ４０７においては、機体トラブルや救急搬送が必要な場合等が発生したと判断されるため、他の飛行体よりも優先して着陸させるための緊急着陸経路（優先着陸経路）が生成される。緊急着陸経路は、上方の閉塞待機場５１３から離着陸場１３０に直接アプローチするための経路である。
ステップＳ４０７においては、機体トラブルや救急搬送が必要な場合等が発生したと判断されるため、他の飛行体よりも優先して着陸させるための緊急着陸経路（優先着陸経路）が生成される。緊急着陸経路は、上方の閉塞待機場５１３から離着陸場１３０に直接アプローチするための経路である。
【0069】
管制装置１２０の飛行体位置管理部２２１は、飛行体１００から緊急着陸の要請（優先着陸要請）を受けた場合に、その飛行体１００の待機位置から離着陸場１３０までを直線で結ぶ緊急着陸経路を設定し、その緊急着陸経路が、既に設定されている他の飛行体のための離陸経路もしくは着陸経路を横断する場合には、緊急着陸経路の周囲に他の垂直離着陸飛行体の進入を禁止する専有領域を設定する。
【0070】
離着陸場１３０に飛行体１００が存在しない場合は図１１の点線で示した矢印１１０２のように離着陸場１３０の垂直上方に一度移動してから矢印１１０１に沿って離着陸場１３０まで垂直に着陸する経路を生成する。また、離着陸場１３０に飛行体が存在する場合など、離陸経路と重なる場合は、図１２に矢印１２０１で示すように、上段の閉塞待機場５１３から離着陸場１３０に向かって直線的に着陸する経路を生成する。
待機モードとなった場合の経路が変更されれば、変更した経路を対象の飛行体へ通信機２２０を通して送信し、ステップＳ４０８に移行する。
待機モードとなった場合の経路が変更されれば、変更した経路を対象の飛行体へ通信機２２０を通して送信し、ステップＳ４０８に移行する。
【0071】
≪ステップＳ４０８≫
ステップＳ４０８においては、ステップＳ４０４でリストアップされた全てのモード遷移した飛行体に対して、経路の変更が実施されたことを確認し、全てのモード遷移した飛行体の経路が変更された場合は、ステップＳ４０９へ移行する。モード遷移した飛行体の内、経路変更されていない飛行体が残っている場合はステップＳ４０４へ戻り、処理を繰り返す。
ステップＳ４０８においては、ステップＳ４０４でリストアップされた全てのモード遷移した飛行体に対して、経路の変更が実施されたことを確認し、全てのモード遷移した飛行体の経路が変更された場合は、ステップＳ４０９へ移行する。モード遷移した飛行体の内、経路変更されていない飛行体が残っている場合はステップＳ４０４へ戻り、処理を繰り返す。
【0072】
≪ステップＳ４０９≫
ステップＳ４０９においては、離着陸場１３０へ着陸する飛行体、もしくは離陸する飛行体を選択する。一つの離着陸場１３０には一つの飛行体のみが存在し得るとすれば、その離着陸場１３０にアプローチする経路上に離陸する飛行体がなければ、着陸する飛行体を離着陸場１３０に最も近い閉塞待機場５１１上に存在する飛行体１００Ａの中から離着陸場１３０の数だけ選べばよい。一方、離陸する飛行体１００は、離着陸場１３０に存在する飛行体１００を全て選択すればよい。
ステップＳ４０９においては、離着陸場１３０へ着陸する飛行体、もしくは離陸する飛行体を選択する。一つの離着陸場１３０には一つの飛行体のみが存在し得るとすれば、その離着陸場１３０にアプローチする経路上に離陸する飛行体がなければ、着陸する飛行体を離着陸場１３０に最も近い閉塞待機場５１１上に存在する飛行体１００Ａの中から離着陸場１３０の数だけ選べばよい。一方、離陸する飛行体１００は、離着陸場１３０に存在する飛行体１００を全て選択すればよい。
【0073】
このように離陸する飛行体１００が存在する離着陸場１３０への経路においては、着陸する飛行体１００は選択されず、接近モードが保たれることになる。離着陸場１３０に存在していた飛行体１００が離陸モードとなり離陸後、離陸経路に入り、接近モードもしくは巡行モードとなれば、離着陸場１３０へアプローチする経路に離陸モードの飛行体１００がなくなり、着陸する飛行体１００の選択がされ、その飛行体１００が着陸モードを選択できるようになる。離着陸する飛行体１００の指定が完了すると、離着陸する飛行体１００の経路を変更し、変更した経路を対象の飛行体１００へ通信機を通して送信し、ステップＳ４１０に移行する。
【0074】
≪ステップＳ４１０≫
ステップＳ４１０においては、離着陸および経路変更を含め経路を遷移する飛行体１００を選定し、優先順位を設定する。優先順位は、離陸する飛行体１００が最も優先度が高く、次に着陸する飛行体１００の優先度が高くなる。その他の飛行体については離着陸場１３０までの距離が近い順に優先度が設定される。
ステップＳ４１０においては、離着陸および経路変更を含め経路を遷移する飛行体１００を選定し、優先順位を設定する。優先順位は、離陸する飛行体１００が最も優先度が高く、次に着陸する飛行体１００の優先度が高くなる。その他の飛行体については離着陸場１３０までの距離が近い順に優先度が設定される。
【0075】
また、図１３に示すように、離着陸場１３０に近い閉塞待機場５１１上に、飛行体１００を待機させることが可能な空きスペースが生じた場合は、順次その閉塞待機場５１１に近い、他の閉塞待機場５１２に待機している飛行体１００Ｂから最も優先度の高いものを選択し、閉塞待機場５１２から閉塞待機場５１１に移動させるための経路１３０１（図では点線矢印）を生成する。複数の飛行体１００の優先順位の設定が完了すると、ステップＳ４１１に移行する。
【0076】
≪ステップＳ４１１≫
ステップＳ４１１においては、各飛行体に設定されている専有領域変更の必要性を判断し、専有領域変更が必要な飛行体が存在する場合は、ステップＳ４１２へ移行する。変更が不要と判断された場合は、本制御フローの処理を終了する。
ステップＳ４１１においては、各飛行体に設定されている専有領域変更の必要性を判断し、専有領域変更が必要な飛行体が存在する場合は、ステップＳ４１２へ移行する。変更が不要と判断された場合は、本制御フローの処理を終了する。
【0077】
≪ステップＳ４１２≫
ステップＳ４１２においては、ステップＳ４１１において専有領域の変更が必要と判断されているため、専有領域の変更が必要な飛行体をピックアップし、その専有領域を更新し、更新した専有領域を対象とする飛行体へ通信機を通して送信し、本制御フローを終了する。
ステップＳ４１２においては、ステップＳ４１１において専有領域の変更が必要と判断されているため、専有領域の変更が必要な飛行体をピックアップし、その専有領域を更新し、更新した専有領域を対象とする飛行体へ通信機を通して送信し、本制御フローを終了する。
【0078】
以上が着陸制御装置の全体的な制御フローであるが、次に主な個々の制御フローを説明する。
【0079】
［専有領域設定フロー］
ステップＳ４１２における専有領域設定フローについて、図１４を用いて説明する。
ステップＳ４１２における専有領域設定フローについて、図１４を用いて説明する。
【0080】
≪ステップＳ１４０１≫
まず、ステップＳ１４０１にてステップＳ４０７において緊急着陸する飛行体があるかをチェックし、緊急着陸する飛行体があればステップＳ１４０２へ移行し、緊急着陸する飛行体がなければステップＳ１４０５へ移行する。
まず、ステップＳ１４０１にてステップＳ４０７において緊急着陸する飛行体があるかをチェックし、緊急着陸する飛行体があればステップＳ１４０２へ移行し、緊急着陸する飛行体がなければステップＳ１４０５へ移行する。
【0081】
≪ステップＳ１４０２≫
ステップＳ１４０２では、ステップＳ１４０１にて緊急着陸を要する飛行体が存在することが確認されているため、対応する離着陸場１３０に既に飛行体が存在するかを確認し、存在する場合はステップＳ１４０３へ移行し、存在しない場合はステップＳ１４０４へ移行する。
ステップＳ１４０２では、ステップＳ１４０１にて緊急着陸を要する飛行体が存在することが確認されているため、対応する離着陸場１３０に既に飛行体が存在するかを確認し、存在する場合はステップＳ１４０３へ移行し、存在しない場合はステップＳ１４０４へ移行する。
【0082】
≪ステップＳ１４０３≫
ステップＳ１４０３では、緊急着陸させる飛行体が存在し、かつその離着陸場１３０に他の飛行体が存在する状況にある。緊急着陸が必要な飛行体を着陸させるためには、まず離着陸場１３０に存在する他の飛行体を離陸させる必要がある。そのため、先に離着陸場１３０に存在する他の飛行体を離陸経路へ誘導する経路の専有領域を設定し、設定が終わればステップＳ１４０４へ移行する。
ステップＳ１４０３では、緊急着陸させる飛行体が存在し、かつその離着陸場１３０に他の飛行体が存在する状況にある。緊急着陸が必要な飛行体を着陸させるためには、まず離着陸場１３０に存在する他の飛行体を離陸させる必要がある。そのため、先に離着陸場１３０に存在する他の飛行体を離陸経路へ誘導する経路の専有領域を設定し、設定が終わればステップＳ１４０４へ移行する。
【0083】
≪ステップＳ１４０４≫
ステップＳ１４０４では、緊急着陸する予定の飛行体の経路に専有領域を設定する。ただし、緊急着陸の経路と離陸経路が干渉しており、ステップＳ１４０３で既に離陸のための専有領域が設定されている場合は、その専有領域に干渉しない点までの専有領域を設定する。
緊急着陸に対する専有領域の設定が完了すればステップＳ１４０５へ移行する。
ステップＳ１４０４では、緊急着陸する予定の飛行体の経路に専有領域を設定する。ただし、緊急着陸の経路と離陸経路が干渉しており、ステップＳ１４０３で既に離陸のための専有領域が設定されている場合は、その専有領域に干渉しない点までの専有領域を設定する。
緊急着陸に対する専有領域の設定が完了すればステップＳ１４０５へ移行する。
【0084】
≪ステップＳ１４０５≫
次にステップＳ１４０５以降にて、通常の離着陸のための専有領域の設定が実施される。以降は優先順位の高い飛行計画から順に専有領域が設定される。
まずはステップＳ１４０５にて離着陸場１３０から離陸経路へと移動するために離陸モードとなっている飛行体を一つ選択し、ステップＳ１４０６へ移行する。
次にステップＳ１４０５以降にて、通常の離着陸のための専有領域の設定が実施される。以降は優先順位の高い飛行計画から順に専有領域が設定される。
まずはステップＳ１４０５にて離着陸場１３０から離陸経路へと移動するために離陸モードとなっている飛行体を一つ選択し、ステップＳ１４０６へ移行する。
【0085】
≪ステップＳ１４０６≫
ステップＳ１４０６ではステップＳ１４０５で選択された飛行体の離着陸場１３０から離陸経路へ移動するための経路に対して専有領域を設定し、ステップＳ１４０７へ移行する。
ステップＳ１４０６ではステップＳ１４０５で選択された飛行体の離着陸場１３０から離陸経路へ移動するための経路に対して専有領域を設定し、ステップＳ１４０７へ移行する。
【0086】
≪ステップＳ１４０７≫
ステップＳ１４０７では、全ての離陸モードとなっている飛行体の経路に専有領域が設定されていることをチェックし、設定されていればステップＳ１４０８へ移行し、設定されていない飛行体が存在すればステップＳ１４０５へ戻り上記の処理を繰り返す。
ステップＳ１４０７では、全ての離陸モードとなっている飛行体の経路に専有領域が設定されていることをチェックし、設定されていればステップＳ１４０８へ移行し、設定されていない飛行体が存在すればステップＳ１４０５へ戻り上記の処理を繰り返す。
【0087】
≪ステップＳ１４０８≫
次にステップＳ１４０８において、着陸モードとなっている飛行体を一つ選択し、ステップＳ１４０９へ移行する。
次にステップＳ１４０８において、着陸モードとなっている飛行体を一つ選択し、ステップＳ１４０９へ移行する。
【0088】
≪ステップＳ１４０９≫
ステップＳ１４０９では、ステップＳ１４０８で選択された着陸モードの飛行体の離着陸場１３０までの経路に対して専有領域を設定し、ステップＳ１４１０へ移行する。
ステップＳ１４０９では、ステップＳ１４０８で選択された着陸モードの飛行体の離着陸場１３０までの経路に対して専有領域を設定し、ステップＳ１４１０へ移行する。
【0089】
≪ステップＳ１４１０≫
ステップＳ１４１０では、全ての着陸モードとなっている飛行体の経路に専有領域が設定されていることをチェックし、設定されていればステップＳ１４１１へ移行し、設定されていない飛行体が存在すればステップＳ１４０８へ戻り上記の処理を繰り返す。
ステップＳ１４１０では、全ての着陸モードとなっている飛行体の経路に専有領域が設定されていることをチェックし、設定されていればステップＳ１４１１へ移行し、設定されていない飛行体が存在すればステップＳ１４０８へ戻り上記の処理を繰り返す。
【0090】
≪ステップＳ１４１１≫
ステップＳ１４１１では、ステップＳ１４０３、ステップＳ１４０４、ステップＳ１４０６およびステップＳ１４０９のいずれかで専有領域が設定されていない飛行体に対して、優先順位順に専有領域を設定する。専有領域は重なりが無いよう、現在位置を含む経路に沿って設定する。全ての飛行体に対して専有領域が設定されればステップＳ１４１２へ移行する。
ステップＳ１４１１では、ステップＳ１４０３、ステップＳ１４０４、ステップＳ１４０６およびステップＳ１４０９のいずれかで専有領域が設定されていない飛行体に対して、優先順位順に専有領域を設定する。専有領域は重なりが無いよう、現在位置を含む経路に沿って設定する。全ての飛行体に対して専有領域が設定されればステップＳ１４１２へ移行する。
【0091】
≪ステップＳ１４１２≫
ステップＳ１４１２ではステップＳ１４０３、ステップＳ１４０４、ステップＳ１４０６、ステップＳ１４０９およびステップＳ１４１１のいずれかにおいて専有領域が設定された全ての飛行体に対して、設定された専有領域を通信機２２０を通して配信し、専有領域設定部の処理を終了する。
以上の処理により、離着陸位置に対して複数の飛行体を効率よく離着陸させることが可能となる。
ステップＳ１４１２ではステップＳ１４０３、ステップＳ１４０４、ステップＳ１４０６、ステップＳ１４０９およびステップＳ１４１１のいずれかにおいて専有領域が設定された全ての飛行体に対して、設定された専有領域を通信機２２０を通して配信し、専有領域設定部の処理を終了する。
以上の処理により、離着陸位置に対して複数の飛行体を効率よく離着陸させることが可能となる。
【0092】
［第２実施形態］
第１実施形態では、閉塞待機場から離着陸場１３０にアプローチする方法について説明した。閉塞待機場は、着陸までに複数の閉塞待機場を経るため、閉塞待機場ごとの管理が必要であり、管制装置１２０による制御が煩雑となりがちである。第２実施形態では、この課題に対して、開放待機場について示す。
第１実施形態では、閉塞待機場から離着陸場１３０にアプローチする方法について説明した。閉塞待機場は、着陸までに複数の閉塞待機場を経るため、閉塞待機場ごとの管理が必要であり、管制装置１２０による制御が煩雑となりがちである。第２実施形態では、この課題に対して、開放待機場について示す。
【0093】
待機場の上下の違いによって、飛行体の処理や機能に変更はなく、また管制装置１２０によって上空に設定される待機場が、図１５に示されるような開放待機場であった場合でも大きな処理の差は生じない。第１実施形態との差異は、着陸の順序が経路追従を実施した時点で決定されており、専有領域の更新は緊急着陸およびアプローチのキャンセル時のみである点が異なる。第２実施形態では、経路の形状についてのみ記す。
【0094】
図１５は、らせん状に開いた開放待機場を設定した場合の例である。
管制装置１２０の飛行体位置管理部２２１は、離着陸場１３０の上方に離着陸場１３０を中心として離着陸場１３０から上方に移行するにしたがって水平方向に離れる方向にらせん状に連続する１本の開放待機場１５１１を生成する。そして、開放待機場１５１１上に複数の飛行体１００を並べて待機させる。
管制装置１２０の飛行体位置管理部２２１は、離着陸場１３０の上方に離着陸場１３０を中心として離着陸場１３０から上方に移行するにしたがって水平方向に離れる方向にらせん状に連続する１本の開放待機場１５１１を生成する。そして、開放待機場１５１１上に複数の飛行体１００を並べて待機させる。
【0095】
開放待機場１５１１のらせん状は、第１実施形態における円状の閉塞待機場を複数設定する場合と同様に、上下に重なることなく、飛行体同士の距離も保つように設計可能である。また、全ての飛行体を１本のラインで離着陸場１３０まで誘導可能であり、専有領域の設定が容易となる。また、着陸経路と離陸経路を２重らせんに設計すれば、２本の経路のみで安全かつ高密度な離着陸を実現できる。
【0096】
図１６は、放射状に開いた経路を複数設定した場合の例である。
管制装置１２０の飛行体位置管理部２２１は、離着陸場１３０の上方に離着陸場１３０を中心として離着陸場１３０から上方に移行するにしたがって水平方向に離れる方向に放射状に延びる複数の開放待機場１６１１～１６１４を生成し、複数の開放待機場１６１１～１６１４上に複数の飛行体１００を並べて待機させる。
管制装置１２０の飛行体位置管理部２２１は、離着陸場１３０の上方に離着陸場１３０を中心として離着陸場１３０から上方に移行するにしたがって水平方向に離れる方向に放射状に延びる複数の開放待機場１６１１～１６１４を生成し、複数の開放待機場１６１１～１６１４上に複数の飛行体１００を並べて待機させる。
【0097】
放射状に延びる複数の開放待機場１６１１～１６１４は、上下に重なることなく、飛行体同士の距離も保つように設計可能である。また、飛行体１００を開放待機場１６１１～１６１４に沿って下降させることによって、離着陸場１３０まで誘導可能であり、専有領域の設定が容易となる。また、複数の開放待機場１６１１～１６１４を着陸経路と離陸経路に分けて設定することによって、複数の飛行体の安全かつ高密度な離着陸を実現できる。
【0098】
また、第１実施形態と同様に、図１５に示す開放待機場１５１１上、あるいは、図１６に示す開放待機場１６１１～１６１４上に複数の飛行体１００を配置した状態で、離着陸場１３０から垂直方向に延びる垂直線を中心軸として図１５に示す開放待機場１５１１、あるいは、図１６に示す開放待機場１６１１～１６１４を旋回させる設定としてもよい。開放待機場１５１１等を旋回させるにより、待機場に配置されている複数の飛行体１００を水平方向に動かし続けることができる。したがって、ボルテックス・リング・ステートの発生を防いで、飛行体を安定して飛行待機させることができる。
【0099】
以上に説明した離着陸制御を実行することによって、少なくとも、複数の飛行体が(１)密に一つの離着陸場１３０へアプローチする場合、或いは(２)着陸順序を入れ替える必要が生じた場合のいずれかにおいて、飛行体を安全かつ高効率に離着陸させることができるようになる。
【0100】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の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、あ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、あ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。さらに、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。
【符号の説明】
【0101】
１００、２０１、２０２・・・飛行体、１２０・・・管制装置、１３０・・・離着陸場、２２１・・・飛行体位置管理部、２２３・・・専有領域設定部、５１１、５１２、５１３・・・閉塞待機場、１５１１、１６１１、１６１２、１６１３、１６１４・・・開放待機場
【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】