JP5099695B2 - 災害救援等に対応する航空機情報共有ネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明はインターネット及びデータベース等のＩＴ技術と航空機⇔地上間データリンク技術を用いた、航空機⇔航空機間および航空機⇔地上間の情報共有のためのシステムに関し、特に災害時に関係部署が救援航空機情報を共用できるネットワークシステムに関する。

災害発生時に航空機⇔航空機間および航空機⇔地上間において、被災地の情報や臨時離着陸場・医療機関の位置情報などを共有することは、効率的な災害救援活動を実施する上で非常に重要である。
航空機⇔航空機間および航空機⇔地上間において情報共有を実現するための技術として、国内では、(株)川崎重工業/(株)古野電気が研究しているヘリ運航管理システム(非特許文献１)、(株)パイオニアナビコムが開発したヘリコプター動態管理システム(非特許文献２)、本出願人が研究しているNOCTARN(非特許文献３)といったデータリンク技術がある。しかしこれらのシステムはデータリンク機器を実用する上で４つの大きな課題がある。
第１の課題は、複数のデータリンク機器間での情報共有が不可能である点。それぞれのデータリンク機器が独自の仕様で設計されているために、情報共有できないのが現状である。また、災害救援活動を実施する上で共有すべき情報が整理されておらず、それぞれのデータリンク機器が独自のデータ仕様となっている点である。現状では、主にデータリンク機器を搭載した航空機の位置情報をデータリンクするのみとなっており、被災地に集結した各機体の性能・装備等に関する情報を共有できる体制にはなっていないことである。
第２の課題は、上述の各データリンク機器で取り扱うデータをあらゆる地点で共有できる体制が整備されていない点である。現状では、限られた地域のみでしか情報を共有することができないことである。
第３の課題は、地震などの大規模災害が発生した場合には、地上インフラが破壊されて通信媒体を確保することが困難になる可能性が高い点である。このことを踏まえ、共有すべきデータの送信方法の冗長度を高めることが必要となっている。
第４の課題は、多数の機体を同時に運航管理する体制が未整備である点。東海地震や首都直下型地震が発生した場合、被災地には数百機のヘリが災害救援活動に従事すると予想されるが、この多数の機体を同時に運航管理する体制構築が必要となっている。
しかし、これらの集結した機体に対して、どのように任務を振り分けるか明確になっていない。70機程度の機体が被災地内で活動した新潟県中越地震の際には、ホワイトボードなどを使用して情報共有を実施したが、東海地震などの大規模災害時にはこれらの手段では対応できないと考えられる。

川崎重工技報 第158号「ヘリコプタ運航管理システム」、p.20〜p.23 川崎重工業(株)、2005年5月 航空技術 第593号「ヘリコプター動態管理システムについて」日本航空技術協会、2004年8月 (社)日本航空宇宙学会 第42回飛行機シンポジウム講演集「NOCTARN研究経過報告」、(社)日本航空技術協会、2004年10月

本発明の課題は、以下４つの課題を解決することにある。
１）災害救援活動に必要な情報を整理し、データリンク機器の仕様を統合化・標準化し、国内で開発されている複数のデータリンク機器間で情報共有が可能とすること。
２）インターネットを活用して、あらゆる地点で情報共有を可能とすること。
３）災害発生時に地上インフラが被害を受けた場合にもその影響を最小限にするために複数の通信メディアに対応したシステムとすること。
４）患者搬送、物資輸送、人員輸送、給油・整備のタイミング、活動拠点の選定などを現状に応じて最適な判断を行うアルゴリズムを保有すること。

本発明の災害救援活動等における情報共有のためのネットワークシステムは、現地対策本部、中央対策本部、病院等救援施設、空港やヘリポートを含む地上局と現地活動を担う複数の航空機とを結ぶインターネット環境(衛星系および地上系)とからなるネットワークシステムであって、機体および地上局をネットワーク接続している複数機種の異なる仕様のデータリンク装置のデータをＤ−ＮＥＴ仕様データに変換する互換用のデータ変換装置と統合表示用ＧＩＳを少なくとも中央対策本部に備え、機体データベース、地上支援施設データベースを含む災害救援データベースを地上局のいずれかに備えると共に、すべての地上局及び機体に通信機能とＤ―ＮＥＴ専用ソフトを備えた端末機を配備したものとした。
また、Ｄ−ＮＥＴ仕様は、日時と機体登録番号と機体の位置情報を含む基本情報と、機体の状態、任務、出発地、目的地、活動実績情報、メッセージ内容を含む災害対応情報と、データリンクを示す形式コード情報を含むデーターリンク情報とからなるものとした。
また、機体データベースは、機体の種別、装備品情報、飛行可能時間、搭載能力、任務適性度をデータとして含んだものとし、地上支援施設データベースは、施設特定情報、施設状態情報、位置情報、輸送可能形態、受け入れ可能容量、物資・医薬品・燃料等の備蓄情報、連絡先情報をデータとして含んだものとした。

本発明の災害救援活動等における情報共有のためのネットワークシステムは、災害時に効率的な航空機による救援活動を実施するに際し、データリンク技術の活用により、被災地内の地上支援施設において、被災地内に集結した機体の位置をリアルタイムで把握することが可能となる。機体から送信されるデータと、集結機体の性能・装備品をまとめたデータベースや、空港や臨時離着陸場など地上支援施設のデータベースをＧＩＳソフトウェア上で統合して表示することにより、災害対策本部等において機体の一元管理が容易となる。
被災地内の対策本部(被災地内県庁など)において、任務の最適な振り分け、すなわち、被災地内で待機している機体の現在位置と性能・装備等を考慮しながら、要求されている災害救援活動に最も適した機体を振り分けることが可能になる。また、集結機体の最適な駐機配置の検討、すなわち、地上支援施設データベースと機***置データに基づき、空港や臨時離着陸場の設備等に応じて機体駐機配置を検討することが可能となる。更に、集結機体の被災地内への進入規制、すなわち、被災地内で許容できる機体数を把握できるため、被災地で収容しきれない機体を他県で対応する等の検討が容易になる。
また、本発明の災害救援活動等における情報共有のためのネットワークシステムは、情報共有を可能にする機能によって、機体間だけではなく、災害対策本部等の対応部署や地上の救援部隊と航空機に関する情報を共有できる体制を構築することにより以下の効果が期待できる。１）衛星等によりリアルタイムに情報を入手することが可能となるため、迅速な災害救援活動が可能となる。２）救急車などの地上部隊との情報共有により、ランデブーポイントを迅速に把握することが可能となる。３）被災地だけでなく、非被災地においてもリアルタイムの情報共有が可能であるため、救援物資準備、災害救援機の追加派遣などの後方支援が容易になる。

本発明で提示する災害救援活動における情報共有のためのネットワークシステムを「Ｄ−ＮＥＴ：Disaster relief-Network」という名称で定義する。Ｄ−ＮＥＴは以下の構成品からなる。
１）データリンク装置(機体および地上局)：現在国内で研究・実用化されている３機種、および、Ｄ−ＮＥＴ仕様に準拠した新規データリンク装置を想定している。
２）Ｄ−ＮＥＴ用データ変換装置：これは上記のデータリンク装置の仕様が異なるため互換性を持たせるためのもので、将来仕様が統一された段階で不要になるものである。
３）インターネット環境(衛星系および地上系)
４）機体データベース(Ａ−ＤＢ)
５）地上支援施設データベース(ＧＳ−ＤＢ)
６）統合表示用ＧＩＳ（Geographical Information Systems；地理情報システム）：地図上に様々な情報を重ね合わせて表示したり、分析するシステムである。

図１は本発明に係るＤ−ＮＥＴの基本構成を示す図で、この図に示すように被災地で各種任務を担う機体や車両および現地対策本部、非被災地にある中央対策本部（中央官庁など）、利用可能な空港や病院といった公共施設を含む地上局との間で、通信衛星をも介在させた通信ネットワークが組まれる。このようなネットワークの構築に当たっては、個別のネットワーク（上記の既存のデータリンクの他、地方自治体、警察、消防などの通信ネットワーク）を統合するためにネットワークを流れるデータやデータベースの仕様の取り決めが重要となるので、本発明は次のようなＤ−ＮＥＴデータ仕様を提案する。
表１はＤ−ＮＥＴで送受信される機体データの仕様を示したものである。Ｄ−ＮＥＴで扱われるデータの仕様はＴＣＰ／ＩＰプロトコルもしくはＵＤＰ／ＩＰプロトコルによってデータの送受信を実施する。
まず、データ構成であるが、各データは、「基本情報」、「災害対応情報」、「各データリンク情報」の３要素から構成される。現状のデータリンク装置では、「基本情報」と「各データリンク情報」のみが送受信されている。「基本情報」は、衝突防止/警告機能にも使用するため、「災害対応情報」、「各データリンク情報」と区分して遅延のより少ない通信プロトコルを使用することが好ましい。「災害対応情報」は災害救援活動を効率良く実施するために必要な情報である。

表２ａに各機体状態を示すフラグの形態例を示す。災害対策本部等で任務を振り分ける際に、集結した機体の状態を把握するために必要である。任務適正度を示すフラグの内容を表２ｂに示す。
また、任務コードについては１形態として表３に示すものとした。適性度フラグについては上記の表２ｂが採用される。
出発地コード及び目的地(活動場所)コードについては、航空機は飛行前にフライトプランを作成する義務があり、その中で出発地と目的地をあらかじめ設定されている略号で記入することになっている。Ｄ−ＮＥＴで使用する出発地コードと目的地コードも同じ略号を使用する。より好ましい形態としては、運航者がフライトプランを作成した段階で自動的にＤ−ＮＥＴにデータが組み込まれる状態になるようにする。
地上支援施設に関するデータを機体から要求する際に使用する(ＧＳ−ＤＢ)データ要求であるが、このＧＳ−ＤＢに関する仕様については後述する。活動回数、活動時間、災害救援総活動時間は機体の補給・整備やクルー交代を考慮するために使用する。また、メッセージ伝達機能は患者情報などをやり取りする際に使用することを想定して準備する。
現在国内では、３種類のデータリンク装置が研究・実用化されており、それぞれ固有のデータリンク情報を送受信している。それらのデータを受ける部分をＤ−ＮＥＴでも確保し、Ｄ−ＮＥＴのデータベース仕様として蓄積することにより、各データリンク情報とする。

Ａ−ＤＢ(Aircraft Database)で取り扱うデータの仕様を正規化してまとめたものを表４に示す。機体の種別や所属を示すコードと性能などを示すデータをまとめている。
以下に種別コード、所属コード、装備品フラグ、任務適正度フラグについて解説する。まず、種別コードであるが、これを表５に示す。
有人回転翼機(一般的なヘリコプタ)だけでなく、「衛星」、「有人固定翼機」、「無人固定翼機」、「無人回転翼機」、「その他」についてもコードを割り当てている。「有人回転翼機」については、具体的な割り当て内容を表６と表７に示す。表の網掛け部分は、予備部分を示している。

次に所属コードであるが、関係機関毎に割り当てこれを表８に示す。
また、「消防・防災」については、具体的な割り当て内容を表９に示す。表９に示した機関名称は、全国の消防・防災ヘリコプタを保有する航空隊の全てを網羅している。表９の網掛け部分は、予備部分を示している。

装備品コードおよび装備品フラグは次のように決められる。
表１０ａに装備品コードを示す。また、装備品の状態を示すフラグの内容を表１０ｂに示す。表１０ａに示した装備品は今後追加を予定し拡張可能である。
適正度フラグはＤ−ＮＥＴデータ仕様の災害対応情報で解説した仕様と同等である。

次に、ＧＳ-ＤＢ(Ground Support Database)データ仕様についてであるが、ＧＳ-ＤＢで取り扱うデータを表１１に示すものとする。機体の種別や所属を示すコードと性能などを示すデータをまとめている。
以下にＧＳ区分コード、施設状態フラグ、設備コード等について解説する。

ＧＳ区分コードは表１２に示すものとする。地上支援施設として活用される可能性のある施設を、「飛行場」、「行政・公共機関」、「教育機関」、「医療機関」、「その他」に区分している。
施設・設備状態フラグは表１３ａに示すものとした。被災地内の地上支援施設や施設内の設備は、災害によって運用に問題が発生している可能性がある。また、対象となる地上支援施設がどのような設備を保有しているかを示す設備コードを表１３ｂに示す。保有/非保有は「有(０)／無(１)」で区別し、施設・設備の状況については表１３ａのフラグを使用する。

図２に本発明の実施例を示す。実施にあたり、以下の形態をとるものとした。
☆ 非被災地および被災地で活動する機体には全て本発明のＤ−ＮＥＴ端末機若しくは既存のデータリンク機器が搭載され、指令機には更に統合表示用ＧＩＳを装備する。なお、このＤ−ＮＥＴ端末機は通信機能とＤ−ＮＥＴ仕様で機械を作動させるソフトを備えたものである。
☆ 被災地内の活動拠点(現地対策本部、医療機関など)には本発明のＤ−ＮＥＴ端末機と統合表示用ＧＩＳが設置されている。
☆ 非被災地内の活動拠点(中央省庁、空港、医療機関など)には本発明のＤ−ＮＥＴ端末機が設置されている。
☆ 地上救援車両(救急車、警察車両など)には本発明のＤ−ＮＥＴ端末機が設置されている。
☆ 各データベース(地図、機体、地上支援設備など)は非被災地の安全な場所(地方自治体庁舎等)に設置されている。
また、災害発生時においては以下の機能が果たされることを前提とする。
☆ 活動に参加する機体の位置はデータリンク機器から機体データベースにリアルタイムに送信される。
☆ 非被災地および被災地内の拠点ではリアルタイムで活動している機体の位置情報および機体ステータスを把握できている。
☆ 被災地の現地対策本部は常時被災地内防災拠点からの救援要請を受け入れられる体制となっている。

本実施例のシステムでは患者搬送について次のような作動が想定される。
１）現地災害対策本部が、被災地内の医療機関(災害拠点病院など)から、非被災地へ患者搬送要請を受け取る。内容は３名の重傷者で、ＥＭＳ（Electrical Muscle Stimulation；電気筋肉刺激）医療キットを装備のこと。
２）現地災害対策本部は、図３に示すようなＧＩＳ表示形態で、被災内に集結した機体の情報を確認する。
３）現地災害対策本部は、被災地内に存在する機体のうち、任務の新規振り分けが可能な機体を「機体ステータス」から判断する。
４）本発明装置が、任務の新規振り分けが可能な機体のうち、「３名」同時に搬送可能で、かつ「医療キット」を装備している機体を、機体データベースに登録されたデータを基に自動的に選び出す。
５）本発明装置が、選択した機体の性能により、搬送要請先の医療機関から15分で到達できる圏内および30分で到達できる受け入れ可能な医療機関を図９に示すような形態で地図上に示す。また、ヘリポートや空港といった圏内の着陸可能地点を図４に示すような形態で地図上に示す。
６）５）で示した圏内で空きベッドがある医療機関を「地上支援設備データベース」より複数選択する。
７）本発明装置を操作する対応者が、対象機体の目的医療機関を選択する。
８）対象機体の出発地、目的地が決定したことにより、地図上に予定飛行経路を表示する。
９）本発明装置は、予定飛行経路を飛行する際に必要な活動拠点を、「地上支援設備データベース」より自動的に選択する。その際の運航管理システム表示例を図５に示す。この表示例は病院へ患者を輸送するため救急車と合流するヘリポート位置を地図上に表示したものである。
10）対象機体に対する決定事項を本発明装置を操作する対応者が、最終確認する。
11）最終確認の結果、問題がなければ、本発明装置を操作する対応者は対象機体へ上記決定事項を送信する。
12）対象機体のパイロットは必要情報を機上で確認する。
13）パイロットは内容を確認したことをＤ−ＮＥＴ経由で本発明装置を操作する対応者に伝達する。
14）患者搬送に関連する医療機関は、Ｄ−ＮＥＴを活用して、機体が現在どの地点を飛行しているか把握する。

図６に示した運航管理システム表示例は、食料品や医療品、生活用品など救援物資を輸送する際のものである。
図７に示したものは本Ｄ−ＮＥＴを活用した空域警告機能である。飛行制限エリアには、予め許可された機体のみが活動可能であり、許可されていない機体が警告エリア（機体速度などからＸ秒後に飛行制限エリアに突入する可能性があるエリア）に入った場合、音声と表示で警告する機能を備える。
図８に示したものは、林野火災に本Ｄ−ＮＥＴを活用したときの１形態例である。３箇所で山火事が発生しており、この火災に対し空港、ヘリポート、湖を拠点として複数のヘリコプターが消火活動に当たっている。１機のヘリコプターが指揮・監視活動中、４機のヘリコプターが消火活動中であり、１機のヘリコプターが空港で給油中、他の１機のヘリコプターがヘリポートで待機中といった状態を表示している。このような運航状況は特に現場指揮を執っている指揮・監視活動が任務のヘリコプターや災害対策本部で有用な表示となる。

本発明は、大規模災害発生時に救援活動を実施する省庁や、現地災害拠点(現地災害対策本部、医療機関、空港)、さらには災害救援活動者個人が利用するものであり、本発明を利用することにより、災害救援活動を実施している航空機の情報および災害救援活動に必要な情報を関係者間で情報共有することが可能となる。
また、本発明は、災害救援などの特殊状況での利用を念頭に開発されたものであるが、これに限らず、平常時における利用にも適している。例えば、航空機運航会社の運航管理、車両の管理、従業員管理等にも応用が可能である。

本発明に係るＤ−ＮＥＴの基本構成を示す図である。 本発明に係るＤ−ＮＥＴの１実施例を説明する全体図である。 被災内に集結した機体の情報をＧＩＳ表示形態で示した例である。 ヘリポートや空港といった圏内の着陸可能地点をＧＩＳ表示形態で示した例である。 予定飛行経路を飛行する際のその後の連携を示す運航管理システム表示例である。 食料品や医療品、生活用品など救援物資を輸送する際の運航管理システム表示例である。 本Ｄ−ＮＥＴを活用した空域警告機能を説明する図である。 林野火災に本Ｄ−ＮＥＴを活用したときの１形態例を説明する図である。 搬送要請先の医療機関から15分で到達できる圏内および30分で到達できる受け入れ可能な医療機関を地図上に示した例である。

Claims (4)

1. 現地対策本部、中央対策本部、病院等救援施設、空港やヘリポートを含む地上局と現地活動を担う複数の航空機とを結ぶインターネット環境(衛星系および地上系)とからなるネットワークシステムであって、機体および地上局をネットワーク接続している複数機種の異なる仕様のデータリンク装置のデータをＤ−ＮＥＴ仕様データに変換する互換用のデータ変換装置と統合表示用ＧＩＳを少なくとも中央対策本部に備え、機体データベース、地上支援施設データベースを含む災害救援データベースを地上局のいずれかに備えると共に、すべての地上局及び機体に通信機能とＤ―ＮＥＴ専用ソフトを備えた端末機を配備した災害救援等に対応する航空機情報共有ネットワークシステム。
2. Ｄ−ＮＥＴ仕様が、日時と機体登録番号と機体の位置情報を含む基本情報と、機体の状態、任務、出発地、目的地、活動実績情報、メッセージ内容を含む災害対応情報と、データリンクを示す形式コード情報を含むデーターリンク情報とからなる請求項１に記載の航空機情報共有ネットワークシステム。
3. 機体データベースが、機体の種別、装備品情報、飛行可能時間、搭載能力、任務適性度をデータとして含んだものである請求項２に記載の航空機情報共有ネットワークシステム。
4. 地上支援施設データベースが、施設特定情報、施設状態情報、位置情報、輸送可能形態、受け入れ可能容量、物資・医薬品・燃料等の備蓄情報、連絡先情報をデータとして含んだものである請求項２又は３に記載の航空機情報共有ネットワークシステム。