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JP7519619B2 - Information processing device, information processing method, and program - Google Patents

Information processing device, information processing method, and program Download PDF

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JP7519619B2 JP2020040261A JP2020040261A JP7519619B2 JP 7519619 B2 JP7519619 B2 JP 7519619B2 JP 2020040261 A JP2020040261 A JP 2020040261A JP 2020040261 A JP2020040261 A JP 2020040261A JP 7519619 B2 JP7519619 B2 JP 7519619B2
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Description

本発明は、情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to an information processing device, an information processing method, and a program .

日本国内の航空機の運航では、年間数百件の被雷が発生している。航空機の被雷が直接重大事故につながる可能性は極めて低いものの、機体外板等に発生する損傷を修理するために年間数倍、数億円規模の費用が発生していると推算されている。また、被雷を受けた機体の検査や応急処置には少なからず時間を要するため、小規模な損傷でもしばしば次便の遅延につながる。また、大規模な損傷の場合は欠航に至り、運航スケジュールに大きな影響を及ぼす。 Hundreds of lightning strikes occur annually during domestic aircraft operations in Japan. Although the likelihood of an aircraft being struck by lightning directly leading to a serious accident is extremely low, it is estimated that repairing damage to the exterior of the aircraft costs several times that amount, amounting to hundreds of millions of yen, annually. In addition, since inspections and emergency treatment of aircraft that have been struck by lightning take a considerable amount of time, even minor damage often leads to delays to the next flight. Furthermore, major damage can lead to flight cancellations, significantly affecting flight schedules.

航空機の運航は、巡航フェーズと離着陸フェーズに大別され、それぞれのフェーズに個別の気象情報支援技術が用いられる。巡航フェーズにおける雷の気象情報支援としては、気象庁が運用するLIDEN(LIghtning DEtection Network system)と呼ばれる雷監視システムを用いた情報が広く用いられている。また巡航中の航空機は回避行動をとりやすいことも合わさって、巡航フェーズの被雷はあまり発生していない。一方、被雷全体の90[%]以上が離着陸フェーズにおいて発生していると推測される。 Aircraft operations are broadly divided into the cruising phase and the takeoff and landing phase, with separate weather information support technologies used for each phase. For lightning weather support during the cruising phase, information from a lightning monitoring system called LIDEN (LIghtning DEtection Network system) operated by the Japan Meteorological Agency is widely used. In addition, because aircraft are more likely to take evasive action while cruising, lightning strikes do not occur often during the cruising phase. However, it is estimated that more than 90% of all lightning strikes occur during the takeoff and landing phase.

このような航空機の被雷に関連して、雷の脅威を定量的に検出する技術が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。 In relation to such lightning strikes on aircraft, technology is known for quantitatively detecting the threat of lightning (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2010-241412号公報JP 2010-241412 A 特開2019-45403号公報JP 2019-45403 A

しかしながら、従来の技術では、どのように航空機の被雷件数を少なくするのか十分に検討されていなかった。また、上記の課題は、航空機に限られず、船舶や自動車といった他の移動体に対しても全般的に共通するところである。 However, conventional technology has not fully considered how to reduce the number of lightning strikes on aircraft. Furthermore, the above-mentioned issues are not limited to aircraft, but are also common to other moving objects such as ships and automobiles.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、移動体の被雷件数を少なくすることができる情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムを提供することを目的の一つとする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an information processing device, an information processing method, and a program that can reduce the number of lightning strikes on moving objects.

本発明の一態様は、ある観測時刻に観測された対象空間の気象を表す気象観測データと、気象予測モデルにより予測された前記対象空間の気象を表す気象予測データとの少なくとも一方を基に導出された脅威度であって、前記観測時刻または前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報を取得する取得部と、前記対象空間上において移動体が移動すべき複数の経路を生成する生成部と、前記取得部によって取得された前記脅威度情報に基づいて、前記生成部により生成された前記複数の経路のそれぞれを評価する評価部と、前記評価部による評価結果に基づいて、前記複数の経路の中から一つの経路を選択する選択部と、を備える情報処理装置である。 One aspect of the present invention is an information processing device that includes an acquisition unit that acquires threat level information indicating the threat level of lightning in the target space at the observation time or a time in the future from the observation time, the threat level being derived based on at least one of meteorological observation data representing the weather in a target space observed at a certain observation time and meteorological forecast data representing the weather in the target space predicted by a weather forecast model; a generation unit that generates multiple routes along which a moving body should move in the target space; an evaluation unit that evaluates each of the multiple routes generated by the generation unit based on the threat level information acquired by the acquisition unit; and a selection unit that selects one route from the multiple routes based on the evaluation result by the evaluation unit.

本発明の一態様によれば、移動体の被雷件数を少なくすることができる。 According to one aspect of the present invention, the number of lightning strikes on moving objects can be reduced.

実施形態に係る情報処理システムの構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an information processing system according to an embodiment. 実施形態に係る第1情報処理装置の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a first information processing device according to an embodiment. 実施形態に係る第1情報処理装置の一連の処理の流れの一例を示すフローチャートである。11 is a flowchart showing an example of a flow of a series of processes in a first information processing device according to the embodiment. 脅威度マップの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a threat level map. 実施形態に係る第2情報処理装置の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a second information processing device according to an embodiment. 実施形態に係る第2情報処理装置の一連の処理の流れの一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of a flow of a series of processes of a second information processing device according to the embodiment. 複数の飛行経路の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of multiple flight paths. 生成モデルの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a generative model. 表示部の画面の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a screen of a display unit. 実施形態に係る学習装置の構成の一例を示す図である。FIG. 1 illustrates an example of a configuration of a learning device according to an embodiment. 実施形態に係る学習装置の一連の処理の流れの一例を示すフローチャートである。11 is a flowchart showing an example of a flow of a series of processes of the learning device according to the embodiment.

以下、図面を参照し、本発明の情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムの実施形態について説明する。
Hereinafter, an information processing device, an information processing method, and a program according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[情報処理システムの構成]
図1は、実施形態に係る情報処理システム1の構成の一例を示す図である。図示のように、情報処理システム1は、例えば、気象観測装置10と、気象予測装置20と、第1情報処理装置100と、第2情報処理装置200と、学習装置300とを備える。これらの装置は、ネットワークNWに接続される。ネットワークNWは、例えば、WAN(Wide Area Network)やLAN(Local Area Network)などである。
[Configuration of Information Processing System]
1 is a diagram showing an example of a configuration of an information processing system 1 according to an embodiment. As shown in the figure, the information processing system 1 includes, for example, a weather observation device 10, a weather forecasting device 20, a first information processing device 100, a second information processing device 200, and a learning device 300. These devices are connected to a network NW. The network NW is, for example, a wide area network (WAN) or a local area network (LAN).

気象観測装置10は、例えば、気象レーダやラジオゾンデといった種々のセンサを用いて観測すべき対象空間(以下、観測空間と称する)の気象を観測し、その観測結果を表すデータ(以下、気象観測データと称する)を生成する。観測空間には、移動体の移動先となる目的地やその付近の空間が含まれる。また、観測空間には、移動体が目的地に到達するまでに通過する移動経路が含まれてよい。移動体は、例えば、航空機や、船舶、ロケット、自動車、鉄道車両などである。例えば、移動体が航空機である場合、観測空間には、空港やその空港に至るまでの飛行経路が含まれてよい。以下、一例として、移動体が航空機であるものとして説明する。 The weather observation device 10 observes the weather in the target space to be observed (hereinafter referred to as the observation space) using various sensors such as weather radar and radiosondes, and generates data (hereinafter referred to as the weather observation data) that represents the observation results. The observation space includes the destination to which the moving object is to move and the space nearby. The observation space may also include the travel path that the moving object passes through before reaching the destination. The moving object may be, for example, an aircraft, a ship, a rocket, an automobile, or a railroad car. For example, if the moving object is an aircraft, the observation space may include an airport and the flight path to the airport. The following description will be given assuming that the moving object is an aircraft as an example.

気象観測装置10は、例えば、航空機が離着陸する空港の敷地内や、その付近等に設置されてもよいし、航空機に搭載されてもよい。気象観測データには、例えば、エコー強度(降水強度)や、ドップラー速度(風速)、風向、気温、湿度といった大気の状態を表す物理量が含まれる。物理量は、観測空間を複数のグリッド(メッシュともいう)で区切ったときに、それら複数のグリッドのそれぞれに対応付けられてよい。グリッドは、例えば、5[km]や20[km]間隔の正方格子状に区切られてよい。 The weather observation device 10 may be installed, for example, on the grounds of an airport where aircraft take off and land, or in the vicinity thereof, or may be mounted on the aircraft. The weather observation data includes physical quantities that indicate atmospheric conditions, such as echo intensity (precipitation intensity), Doppler velocity (wind speed), wind direction, temperature, and humidity. When the observation space is divided into multiple grids (also called meshes), the physical quantities may be associated with each of the multiple grids. The grids may be divided into a square lattice shape with intervals of, for example, 5 km or 20 km.

気象予測装置20は、例えば、気象予測モデル(数値予報モデルともいう)に基づいて、気象観測装置10によって生成された気象観測データから、観測空間の将来の気象を予測し、その予測結果を表すデータ(以下、気象予測データと称する)を生成する。気象予測データには、例えば、降水強度や、風速、風向、気温、湿度といったように、気象観測データに含まれる物理量と同種の物理量が含まれてよい。気象予測データにおける物理量は、気象観測データと同様に、観測空間を区切った複数のグリッドのそれぞれに対応付けられてよい。 The weather forecasting device 20 predicts future weather in the observation space from the weather observation data generated by the weather observation device 10 based on, for example, a weather forecast model (also called a numerical forecast model), and generates data representing the prediction results (hereinafter referred to as weather forecast data). The weather forecast data may include physical quantities of the same type as those included in the weather observation data, such as precipitation intensity, wind speed, wind direction, temperature, and humidity. The physical quantities in the weather forecast data may be associated with each of a number of grids that divide the observation space, similar to the weather observation data.

第1情報処理装置100は、例えば、空港の敷地内に設置される。第1情報処理装置100は、ネットワークNWを介して、気象観測装置10から気象観測データを取得するとともに、気象予測装置20から気象予測データを取得する。そして、第1情報処理装置100は、取得した気象観測データ及び気象予測データのいずれか一方または双方に基づいて、観測空間の雷の脅威を定量的に解析する。 The first information processing device 100 is installed, for example, within the grounds of an airport. The first information processing device 100 acquires meteorological observation data from the meteorological observation device 10 and acquires meteorological forecast data from the weather forecast device 20 via the network NW. The first information processing device 100 then quantitatively analyzes the threat of lightning in the observation space based on either or both of the acquired meteorological observation data and weather forecast data.

第2情報処理装置200は、例えば、航空機内に設置される。第2情報処理装置200は、ネットワークNWを介して、第1情報処理装置100から解析結果を取得する。そして、第2情報処理装置200は、取得した解析結果に基づいて、航空機のパイロットや乗務員等に種々の情報を提供したり、航空機を制御したりする。 The second information processing device 200 is installed, for example, inside an aircraft. The second information processing device 200 acquires the analysis results from the first information processing device 100 via the network NW. Then, based on the acquired analysis results, the second information processing device 200 provides various information to the pilot, flight attendants, etc. of the aircraft and controls the aircraft.

学習装置300は、生成モデルMDLを学習(訓練)する装置である。詳細については後述する。 The learning device 300 is a device that learns (trains) the generative model MDL. Details will be described later.

[第1情報処理装置の構成]
以下、第1情報処理装置100の構成について説明する。第1情報処理装置100は、単一の装置であってもよいし、ネットワークNWを介して接続された複数の装置が互いに協働して動作するシステムであってもよい。すなわち、第1情報処理装置100は、分散コンピューティングやクラウドコンピューティングを利用したシステムに含まれる複数のコンピュータ(プロセッサ)によって実装されてもよい。
[Configuration of first information processing device]
The configuration of the first information processing device 100 will be described below. The first information processing device 100 may be a single device, or may be a system in which multiple devices connected via a network NW operate in cooperation with each other. That is, the first information processing device 100 may be implemented by multiple computers (processors) included in a system using distributed computing or cloud computing.

図2は、実施形態に係る第1情報処理装置100の構成の一例を示す図である。図示のように、第1情報処理装置100は、例えば、通信部102と、表示部104と、制御部110と、記憶部130とを備える。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the first information processing device 100 according to an embodiment. As shown in the figure, the first information processing device 100 includes, for example, a communication unit 102, a display unit 104, a control unit 110, and a storage unit 130.

通信部102は、例えば、NIC(Network Interface Card)や、受信機及び送信機を含む無線通信モジュールなどを含む。通信部102は、ネットワークNWを介して、気象観測装置10や気象予測装置20、第2情報処理装置200、学習装置300等と通信する。 The communication unit 102 includes, for example, a NIC (Network Interface Card) and a wireless communication module including a receiver and a transmitter. The communication unit 102 communicates with the weather observation device 10, the weather forecasting device 20, the second information processing device 200, the learning device 300, etc., via the network NW.

表示部104は、各種の情報を表示するユーザインターフェースである。例えば、表示部104は、制御部110によって生成された画像を表示する。また、表示部104は、ユーザ(例えば空港局員など)からの各種の入力操作を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)を表示してもよい。例えば、表示部104は、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electroluminescence)ディスプレイなどである。 The display unit 104 is a user interface that displays various types of information. For example, the display unit 104 displays an image generated by the control unit 110. The display unit 104 may also display a GUI (Graphical User Interface) for accepting various input operations from a user (e.g., an airport staff member, etc.). For example, the display unit 104 is an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electroluminescence) display, etc.

制御部110は、例えば、取得部112と、導出部114と、予測部116と、マップ生成部118と、出力制御部120とを備える。 The control unit 110 includes, for example, an acquisition unit 112, a derivation unit 114, a prediction unit 116, a map generation unit 118, and an output control unit 120.

制御部110の構成要素は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などのプロセッサが記憶部130に格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、制御部110の構成要素の一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)などのハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。 The components of the control unit 110 are realized, for example, by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit) executing a program stored in the storage unit 130. In addition, some or all of the components of the control unit 110 may be realized by hardware such as an LSI (Large Scale Integration), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or may be realized by a combination of software and hardware.

記憶部130は、例えば、HDD(Hard Disc Drive)、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などにより実現される。記憶部130には、ファームウェアやアプリケーションプログラムなどの各種プログラムが格納される。また、記憶部130には、プロセッサに参照されるプログラムに加えて、脅威度マップD1などが格納される。脅威度マップD1については後述する。 The storage unit 130 is realized by, for example, a hard disk drive (HDD), a flash memory, an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), etc. Various programs such as firmware and application programs are stored in the storage unit 130. In addition to the programs referenced by the processor, the storage unit 130 also stores a threat level map D1 and the like. The threat level map D1 will be described later.

[第1情報処理装置の処理フロー]
以下、フローチャートに即して第1情報処理装置100の一連の処理の流れを説明する。図3は、実施形態に係る第1情報処理装置100の一連の処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期で繰り返し行われてよい。また、第1情報処理装置100が、分散コンピューティングやクラウドコンピューティングを利用したシステムに含まれる複数のコンピュータによって実装される場合、本フローチャートの処理の一部または全部は、複数のコンピュータによって並列処理されてよい。
[Processing flow of the first information processing device]
Hereinafter, a series of processing flows of the first information processing device 100 will be described with reference to the flowchart. FIG. 3 is a flowchart showing an example of a series of processing flows of the first information processing device 100 according to the embodiment. The processing of this flowchart may be repeated at a predetermined cycle, for example. In addition, when the first information processing device 100 is implemented by a plurality of computers included in a system using distributed computing or cloud computing, a part or all of the processing of this flowchart may be processed in parallel by the plurality of computers.

まず、取得部112は、通信部102を介して、気象観測装置10から気象観測データを取得するとともに、気象予測装置20から気象予測データを取得する(ステップS100)。取得部112は、気象観測データ及び気象予測データのいずれか一方のみを取得してもよい。 First, the acquisition unit 112 acquires meteorological observation data from the meteorological observation device 10 and acquires meteorological forecast data from the weather forecasting device 20 via the communication unit 102 (step S100). The acquisition unit 112 may acquire only one of the meteorological observation data and the meteorological forecast data.

次に、導出部114は、取得部112によって取得された気象観測データ及び気象予測データのうち一方または双方に基づいて、観測時刻における観測空間(例えば空港近辺や飛行経路)の雷の脅威の程度を示す指標値(以下、脅威度と称する)を導出する(ステップS102)。観測時刻とは、気象観測装置10が観測空間の気象を観測した時刻であってもよいし、気象予測装置20が気象観測データから観測空間の気象を予測した将来の時刻であってもよい。 Next, the derivation unit 114 derives an index value (hereinafter referred to as the threat level) indicating the degree of the threat of lightning in the observation space (e.g., near an airport or a flight path) at the observation time based on one or both of the meteorological observation data and the meteorological forecast data acquired by the acquisition unit 112 (step S102). The observation time may be the time when the meteorological observation device 10 observed the weather in the observation space, or it may be a future time when the weather forecasting device 20 predicted the weather in the observation space from the meteorological observation data.

脅威度は、例えば、「低い値(0.00~0.33)」、「中程度の値(0.33~0.66)」、「高い値(0.66~1.00)」のように、離散的な数値であってよい。脅威度の最大値は1に限られず任意の値であってよい。 The threat level may be a discrete value, such as a "low value (0.00 to 0.33)", a "medium value (0.33 to 0.66)", or a "high value (0.66 to 1.00)". The maximum value of the threat level is not limited to 1 and may be any value.

例えば、導出部114は、特許文献2に記載された方法で、観測空間に着陸或いは通過する航空機が被雷する確率や、被雷によって生じる時間的損失(例えば運航の遅延時間等)や経済的損失(例えば機体の損傷度、復旧費用、及び運航遅延時間等)を、脅威度として導出する。より具体的には、導出部114は、ある関数f(x)を用いて、被雷の生起確率や時間的損失、経済的損失などを雷の脅威度として導出する。雷の脅威度は、航空機が被雷したときに人間の経済活動に及ぼす影響度と読み替えてもよい。 For example, the derivation unit 114 derives the probability of an aircraft landing or passing through the observation space being struck by lightning, and the time loss (e.g., flight delay time, etc.) and economic loss (e.g., damage to the aircraft, restoration costs, and flight delay time, etc.) caused by lightning strike as the threat level, using the method described in Patent Document 2. More specifically, the derivation unit 114 uses a certain function f(x) to derive the probability of lightning strike occurrence, time loss, economic loss, etc. as the threat level of lightning. The threat level of lightning may also be interpreted as the impact on human economic activity when an aircraft is struck by lightning.

関数f(x)は、気象観測データや気象予測データに含まれる各物理量が説明変数xとして入力されると、雷の脅威度(被雷の生起確率、時間的損失、経済的損失等)を目的変数として出力する関数であり、例えば、f(x)=a1x1+a2x2+…のような線形関数であってよい。a1やa2は重み係数である。また、関数f(x)には、バイアス成分が含まれていてもよい。重み係数やバイアス成分は、例えば、航空機が実際に被雷したときに観測された気象観測データや気象予測データと、その被雷によって生じた時間的損失や経済的損失とに基づいて、最小二乗法等によって決定されてよい。また、関数f(x)は、特許文献2に記載されるようにニューラルネットワークによって実装されてもよい。 The function f(x) is a function that outputs the threat level of lightning (probability of lightning strike, time loss, economic loss, etc.) as a response variable when each physical quantity included in the meteorological observation data or weather forecast data is input as an explanatory variable x, and may be a linear function such as f(x) = a1x1 + a2x2 + ..., where a1 and a2 are weighting coefficients. The function f(x) may also include a bias component. The weighting coefficient and bias component may be determined by the least squares method or the like, based on the meteorological observation data or weather forecast data observed when an aircraft is actually struck by lightning, and the time loss and economic loss caused by the lightning strike, for example. The function f(x) may also be implemented by a neural network as described in Patent Document 2.

このように、導出部114は、関数f(x)に対して、気象観測データや気象予測データに含まれる各物理量を要素とする多次元のベクトル或いはテンソルを説明変数xとして入力し、その関数f(x)が出力した値を雷の脅威度として導出する。導出部114は、観測空間が複数のグリッドで区切られている場合、それら複数のグリッドの其々に対応付けられた物理量から、各グリッドの雷の脅威度を導出する。 In this way, the derivation unit 114 inputs a multidimensional vector or tensor whose elements are the physical quantities contained in the meteorological observation data and the weather forecast data as explanatory variables x to the function f(x), and derives the value output by the function f(x) as the lightning threat level. When the observation space is divided into multiple grids, the derivation unit 114 derives the lightning threat level of each grid from the physical quantities associated with each of the multiple grids.

次に、予測部116は、外挿法などを利用して、導出部114によって導出された雷の脅威度から、将来の時刻における観測空間の雷の脅威度を予測する(ステップS104)。観測空間が複数のグリッドで区切られている場合、予測部116は、グリッドごとに将来の雷の脅威度を予測してよい。 Next, the prediction unit 116 predicts the threat level of lightning in the observation space at a future time from the threat level of lightning derived by the derivation unit 114 using an extrapolation method or the like (step S104). If the observation space is divided into multiple grids, the prediction unit 116 may predict the future threat level of lightning for each grid.

次に、マップ生成部118は、導出部114によって導出された雷の脅威度と、予測部116によって予測された雷の脅威度とのうち一方または双方に基づいて、グリッドごとに雷の脅威度が対応付けられたデータを、脅威度マップD1として生成する(ステップS106)。マップ生成部118は、生成した脅威度マップD1を記憶部130に記憶させる。脅威度マップD1は「脅威度情報」の一例である。 Next, the map generating unit 118 generates data in which the lightning threat level is associated with each grid based on one or both of the lightning threat level derived by the derivation unit 114 and the lightning threat level predicted by the prediction unit 116, as a threat level map D1 (step S106). The map generating unit 118 stores the generated threat level map D1 in the memory unit 130. The threat level map D1 is an example of "threat level information".

図4は、脅威度マップD1の一例を示す図である。図示のように、脅威度マップD1は、各グリッドの雷の脅威度が、輝度や彩度、色相といった画素値に置き換えられた画像データであってよい。このような脅威度マップD1は、観測時刻ごとに存在してよい。 Figure 4 shows an example of a threat level map D1. As shown in the figure, the threat level map D1 may be image data in which the lightning threat level of each grid is replaced with pixel values such as brightness, saturation, and hue. Such a threat level map D1 may exist for each observation time.

図3のフローチャートの説明に戻る。次に、出力制御部120は、マップ生成部118によって生成された脅威度マップD1を、通信部102を介して第2情報処理装置200に送信したり、表示部104に表示させたりする(ステップS108)。これによって、本フローチャートの処理が終了する。 Returning to the explanation of the flowchart in FIG. 3, the output control unit 120 then transmits the threat level map D1 generated by the map generation unit 118 to the second information processing device 200 via the communication unit 102, and displays it on the display unit 104 (step S108). This completes the processing of this flowchart.

[第2情報処理装置の構成]
以下、第2情報処理装置200の構成について説明する。図5は、実施形態に係る第2情報処理装置200の構成の一例を示す図である。図示のように、第2情報処理装置200は、例えば、通信部202と、表示部204と、制御部210と、記憶部230とを備える。
[Configuration of second information processing device]
The following describes the configuration of the second information processing device 200. Fig. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the second information processing device 200 according to an embodiment. As shown in the figure, the second information processing device 200 includes, for example, a communication unit 202, a display unit 204, a control unit 210, and a storage unit 230.

通信部202は、例えば、NICや、受信機及び送信機を含む無線通信モジュールなどを含む。通信部202は、ネットワークNWを介して、第1情報処理装置100や学習装置300等と通信する。 The communication unit 202 includes, for example, a NIC and a wireless communication module including a receiver and a transmitter. The communication unit 202 communicates with the first information processing device 100, the learning device 300, etc., via the network NW.

表示部204は、各種の情報を表示するユーザインターフェースである。例えば、表示部204は、制御部210によって生成された画像を表示する。また、表示部204は、例えば、航空機のパイロット等からの各種の入力操作を受け付けるためのGUIを表示してもよい。例えば、表示部204は、LCDや有機ELディスプレイなどである。表示部204は「出力部」の一例である。 The display unit 204 is a user interface that displays various types of information. For example, the display unit 204 displays an image generated by the control unit 210. The display unit 204 may also display a GUI for accepting various input operations from, for example, an aircraft pilot. For example, the display unit 204 is an LCD or an organic EL display. The display unit 204 is an example of an "output unit."

制御部210は、例えば、取得部212と、経路生成部214と、経路評価部216と、経路調整部218と、経路選択部220と、出力制御部222と、飛行制御部224とを備える。飛行制御部224は「移動制御部」の一例である。 The control unit 210 includes, for example, an acquisition unit 212, a route generation unit 214, a route evaluation unit 216, a route adjustment unit 218, a route selection unit 220, an output control unit 222, and a flight control unit 224. The flight control unit 224 is an example of a "mobile control unit."

制御部210の構成要素は、例えば、CPUやGPUなどのプロセッサが記憶部230に格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、制御部210の構成要素の一部または全部は、LSI、ASIC、またはFPGAなどのハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。 The components of the control unit 210 are realized, for example, by a processor such as a CPU or GPU executing a program stored in the storage unit 230. In addition, some or all of the components of the control unit 210 may be realized by hardware such as an LSI, ASIC, or FPGA, or may be realized by a combination of software and hardware.

記憶部230は、例えば、HDD、フラッシュメモリ、EEPROM、ROM、RAMなどにより実現される。記憶部230には、ファームウェアやアプリケーションプログラムなどの各種プログラムが格納される。また、記憶部230には、プロセッサによって参照されるプログラムに加えて、上述した脅威度マップD1や、生成モデルデータD2などが格納される。生成モデルデータD2は、後述する生成モデルMDLを定義した情報(プログラムまたはデータ構造)である。この生成モデルデータD2は、例えば、ネットワークNWを介して学習装置300から記憶部230にインストールされてよい。また、生成モデルデータD2が格納された可搬型の記憶媒体が、第2情報処理装置200のドライブ装置に接続された場合、生成モデルデータD2は、その可搬型の記憶媒体から記憶部230にインストールされてもよい。 The storage unit 230 is realized by, for example, a HDD, a flash memory, an EEPROM, a ROM, a RAM, etc. The storage unit 230 stores various programs such as firmware and application programs. In addition to the programs referenced by the processor, the storage unit 230 also stores the above-mentioned threat level map D1 and the generative model data D2. The generative model data D2 is information (program or data structure) that defines the generative model MDL described later. This generative model data D2 may be installed in the storage unit 230 from the learning device 300 via the network NW, for example. In addition, when a portable storage medium storing the generative model data D2 is connected to the drive device of the second information processing device 200, the generative model data D2 may be installed in the storage unit 230 from the portable storage medium.

[第2情報処理装置の処理フロー]
以下、フローチャートに即して第2情報処理装置200の一連の処理の流れを説明する。図6は、実施形態に係る第2情報処理装置200の一連の処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期で繰り返し行われてよい。
[Processing flow of the second information processing device]
Hereinafter, a series of processing steps of the second information processing device 200 will be described with reference to the flowchart. Fig. 6 is a flowchart showing an example of a series of processing steps of the second information processing device 200 according to the embodiment. The processing steps of this flowchart may be repeated at a predetermined interval, for example.

まず、取得部212は、通信部202を介して、第1情報処理装置100から脅威度マップD1を取得する(ステップS200)。 First, the acquisition unit 212 acquires the threat level map D1 from the first information processing device 100 via the communication unit 202 (step S200).

次に、経路生成部214は、第2情報処理装置200が搭載された航空機(すなわち自機)の複数の飛行経路を生成する(ステップS202)。 Next, the route generation unit 214 generates multiple flight routes for the aircraft (i.e., the aircraft itself) on which the second information processing device 200 is mounted (step S202).

図7は、複数の飛行経路の一例を示す図である。図中Gxは、航空機の目的地である空港が存在するグリッドを表している。例えば、経路生成部214は、予め決められた一つの標準的な飛行経路として、現在の航空機の位置から目的地である空港までを繋ぐ一つの飛行経路R1を生成する。次に、経路生成部214は、乱数などを用いて、飛行経路R1から無作為に飛行経路R2、R3といった複数の飛行経路を生成する。なお、経路生成部214は、飛行経路R2やR3を生成せずに、単一の飛行経路R1のみを生成してもよい。 Figure 7 is a diagram showing an example of multiple flight routes. In the figure, Gx represents a grid in which an airport, which is the destination of the aircraft, is located. For example, the route generation unit 214 generates one flight route R1 that connects the current position of the aircraft to the destination airport as a predetermined standard flight route. Next, the route generation unit 214 randomly generates multiple flight routes such as flight routes R2 and R3 from the flight route R1 using random numbers or the like. Note that the route generation unit 214 may generate only a single flight route R1 without generating flight routes R2 and R3.

また、経路生成部214は、生成モデルデータD2によって定義された生成モデルMDLを用いて、航空機の飛行経路を生成してもよい。 The route generation unit 214 may also generate the flight path of the aircraft using the generative model MDL defined by the generative model data D2.

図8は、生成モデルMDLの一例を示す図である。図示の例のように、生成モデルMDLは、ある時刻txにおける観測空間の雷の脅威度を表す脅威度マップD1が入力されると、同その時刻txにおける観測空間上において、航空機が移動すべき飛行経路を出力するように学習されたモデルである。 Figure 8 is a diagram showing an example of the generation model MDL. As shown in the example, the generation model MDL is a model that has been trained to output a flight path that an aircraft should travel in the observation space at a certain time tx when a threat level map D1 that represents the threat level of lightning in the observation space at the same time tx is input.

例えば、経路生成部214は、取得部212によって取得された脅威度マップD1を、学習済み(訓練済み)の生成モデルMDLに入力し、その生成モデルMDLが出力した飛行経路を、現在の観測時刻において航空機が移動すべき移動経路とする。 For example, the route generation unit 214 inputs the threat level map D1 acquired by the acquisition unit 212 into the learned (trained) generation model MDL, and sets the flight route output by the generation model MDL as the travel route that the aircraft should travel at the current observation time.

生成モデルMDLは、脅威度マップD1に加えて、他の種類のデータが入力されると、航空機の飛行経路を出力するように学習されてもよい。他の種類のデータは、例えば、雷の発生の有無や雷の発生回数を表すデータであってよい。他の種類のデータは、例えば、機体の損傷度や復旧費用といった被雷した航空機の被害の度合いを表すデータであってもよい。 The generation model MDL may be trained to output the flight path of an aircraft when other types of data are input in addition to the threat level map D1. The other types of data may be, for example, data indicating the presence or absence of lightning and the number of lightning occurrences. The other types of data may be, for example, data indicating the degree of damage to an aircraft that has been hit by lightning, such as the degree of damage to the aircraft and the cost of restoration.

このような生成モデルMDLは、例えば、ニューラルネットワークやサポートベクターマシン、正則化回帰、ランダムフォレスト、ガウス過程回帰といった様々なモデルによって実装されてよい。以下、一例として、生成モデルMDLがニューラルネットワークによって実装されるものとして説明する。 Such a generative model MDL may be implemented by various models, such as a neural network, a support vector machine, regularized regression, a random forest, or a Gaussian process regression. In the following, as an example, the generative model MDL will be described as being implemented by a neural network.

生成モデルMDLがニューラルネットワークによって実装される場合、生成モデルデータD2には、例えば、ニューラルネットワークを構成する複数の層のそれぞれに含まれるユニットが互いにどのように結合されるのかという結合情報や、結合されたユニット間で入出力されるデータに付与される結合係数などの各種情報が含まれる。 When the generative model MDL is implemented by a neural network, the generative model data D2 includes various information, such as, for example, coupling information on how the units included in each of the multiple layers that make up the neural network are coupled to each other, and coupling coefficients assigned to data input and output between coupled units.

結合情報とは、例えば、各層に含まれるユニット数や、各ユニットの結合先のユニットの種類を指定する情報、各ユニットの活性化関数、隠れ層のユニット間に設けられたゲートなどの情報を含む。活性化関数は、例えば、正規化線形関数(ReLU関数)であってもよいし、シグモイド関数や、ステップ関数、その他の関数などであってもよい。ゲートは、例えば、活性化関数によって返される値(例えば1または0)に応じて、ユニット間で伝達されるデータを選択的に通過させたり、重み付けたりする。結合係数は、例えば、ニューラルネットワークの隠れ層において、ある層のユニットから、より深い層のユニットにデータが出力される際に、出力データに対して付与される重みを含む。また、結合係数は、各層の固有のバイアス成分などを含んでもよい。 The coupling information includes, for example, the number of units included in each layer, information specifying the type of unit to which each unit is coupled, the activation function of each unit, and information on gates provided between units in the hidden layer. The activation function may be, for example, a normalized linear function (ReLU function), a sigmoid function, a step function, or other functions. The gate selectively passes or weights data transmitted between units, for example, depending on the value (e.g., 1 or 0) returned by the activation function. The coupling coefficient includes, for example, a weight assigned to output data when data is output from a unit in a layer to a unit in a deeper layer in the hidden layer of a neural network. The coupling coefficient may also include a bias component specific to each layer.

図6のフローチャートの説明に戻る。次に、経路評価部216は、取得部212によって取得された脅威度マップD1に基づいて、経路生成部214によって生成された複数の飛行経路のそれぞれを評価する(ステップS204)。 Returning to the explanation of the flowchart in FIG. 6, the route evaluation unit 216 then evaluates each of the multiple flight routes generated by the route generation unit 214 based on the threat level map D1 acquired by the acquisition unit 212 (step S204).

例えば、経路評価部216は、ある評価関数に基づいて各飛行経路を評価する。評価関数は、例えば、雷の脅威度と、航空機の運用効率とを説明変数とする関数である。航空機の運用効率には、例えば、経路生成部214によって生成された飛行経路に沿って航空機が飛行したときに要する移動時間や、経路生成部214によって生成された飛行経路に沿って航空機が飛行したときに消費するエネルギー量(燃料の消費量)などが含まれる。つまり、評価関数は、雷の脅威度、移動時間、消費エネルギー量等を説明変数とする関数であってよい。 For example, the route evaluation unit 216 evaluates each flight route based on a certain evaluation function. The evaluation function is, for example, a function with the threat level of lightning and the operational efficiency of the aircraft as explanatory variables. The operational efficiency of the aircraft includes, for example, the travel time required when the aircraft flies along the flight route generated by the route generation unit 214, and the amount of energy (fuel consumption) consumed when the aircraft flies along the flight route generated by the route generation unit 214. In other words, the evaluation function may be a function with the threat level of lightning, the travel time, the amount of energy consumed, etc. as explanatory variables.

例えば、評価関数は、飛行経路上に存在するグリッドの雷の脅威度が大きいほど、より小さい評価値を出力したり、航空機の運用効率が低いほど(飛行時間が長いほど、或いはエネルギー消費量が多いほど)、より小さい評価値を出力したりする。反対に、評価関数は、飛行経路上に存在するグリッドの雷の脅威度が小さいほど、より大きい評価値を出力したり、航空機の運用効率が高いほど(飛行時間が短いほど、或いはエネルギー消費量が少ないほど)、より大きい評価値を出力したりする。 For example, the evaluation function outputs a smaller evaluation value the greater the threat of lightning in the grids along the flight path, and outputs a smaller evaluation value the lower the operational efficiency of the aircraft (the longer the flight time or the higher the energy consumption). Conversely, the evaluation function outputs a larger evaluation value the smaller the threat of lightning in the grids along the flight path, and outputs a larger evaluation value the higher the operational efficiency of the aircraft (the shorter the flight time or the lower the energy consumption).

例えば、経路評価部216は、経路生成部214によって生成された複数の飛行経路のうち、評価関数によって返される評価値が大きい飛行経路ほど高く評価し、評価関数によって返される評価値が小さい飛行経路ほど低く評価する。 For example, among the multiple flight routes generated by the route generation unit 214, the route evaluation unit 216 evaluates a flight route with a larger evaluation value returned by the evaluation function more highly, and evaluates a flight route with a smaller evaluation value returned by the evaluation function less highly.

また、経路評価部216は、安全性やコストといった観点から、更に細かく飛行経路を評価してもよい。例えば、経路評価部216は、雷の脅威度が低いことで大きな評価値となった飛行経路については、安全性が高い飛行経路であると評価してよい。また、経路評価部216は、飛行時間が短かったり、エネルギー消費量が少なかったりすることで大きな評価値となった飛行経路については、コストが低い飛行経路であると評価してよい。 The route evaluation unit 216 may also evaluate the flight route in more detail from the standpoint of safety and cost. For example, the route evaluation unit 216 may evaluate a flight route that has a high evaluation value due to a low threat of lightning as a safe flight route. The route evaluation unit 216 may also evaluate a flight route that has a high evaluation value due to a short flight time or low energy consumption as a low-cost flight route.

なお、経路生成部214が生成モデルMDLを利用して航空機の飛行経路を生成した場合、S204の処理は省略されてもよい。例えば、不特定多数の航空機の過去の飛行履歴データから、被雷しなかった或いは被雷したもののその時間的損失や経済的損失が小さかった飛行履歴データを抽出し、その抽出した飛行履歴データを使用して生成モデルMDLを事前に学習しておくことが考えられる。このような場合、既に生成モデルMDLが評価関数を学習していることが期待される。すなわち、生成モデルMDLが、評価の高い飛行経路のみを生成し得る。そのため、経路評価部216は、生成モデルMDLを利用して航空機の飛行経路が生成された場合、飛行経路の評価を省略してもよい。 When the route generation unit 214 generates the flight route of the aircraft using the generative model MDL, the process of S204 may be omitted. For example, flight history data of aircraft that were not struck by lightning or were struck by lightning but suffered small time losses or economic losses may be extracted from the past flight history data of an unspecified number of aircraft, and the generative model MDL may be trained in advance using the extracted flight history data. In such a case, it is expected that the generative model MDL has already learned the evaluation function. In other words, the generative model MDL may generate only flight routes with high evaluations. Therefore, when the flight route of the aircraft is generated using the generative model MDL, the route evaluation unit 216 may omit evaluation of the flight route.

次に、経路調整部218は、経路評価部216によって評価された複数の飛行経路のうち最も評価の高い飛行経路を、更に評価関数の評価値が向上するように調整する(ステップS206)。また、経路調整部218は、最も評価の高い飛行経路だけに限られず、経路評価部216によって評価された他の飛行経路についても、評価関数の評価値が向上するように調整してもよい。 Next, the route adjustment unit 218 adjusts the flight route with the highest evaluation among the multiple flight routes evaluated by the route evaluation unit 216 so as to further improve the evaluation value of the evaluation function (step S206). In addition, the route adjustment unit 218 may adjust not only the flight route with the highest evaluation, but also other flight routes evaluated by the route evaluation unit 216 so as to improve the evaluation value of the evaluation function.

例えば、経路調整部218は、最適化アルゴリズムを利用して、飛行経路の緯度や経度、高度などを調整してよい。最適化アルゴリズムは、例えば、勾配法や遺伝的アルゴリズムなどである。勾配法は、例えば、最急降下法や確率的勾配降下法などであってよい For example, the route adjustment unit 218 may use an optimization algorithm to adjust the latitude, longitude, altitude, etc. of the flight route. The optimization algorithm may be, for example, a gradient method or a genetic algorithm. The gradient method may be, for example, a steepest descent method or a stochastic gradient descent method.

次に、経路選択部220は、経路評価部216によって評価された複数の飛行経路(経路調整部218によって調整された飛行経路も含む)の評価結果に基づいて、それら複数の飛行経路の中から、最適な飛行経路を選択する(ステップS208)。例えば、経路選択部220は、複数の飛行経路の中で最も評価関数の評価値が大きい飛行経路を、最適な飛行経路として選択してよい。 Next, the route selection unit 220 selects an optimal flight route from among the multiple flight routes (including the flight route adjusted by the route adjustment unit 218) based on the evaluation results of the multiple flight routes evaluated by the route evaluation unit 216 (step S208). For example, the route selection unit 220 may select the flight route with the largest evaluation value of the evaluation function among the multiple flight routes as the optimal flight route.

次に、出力制御部222は、経路選択部220によって選択された最適な飛行経路を表す情報を、表示部204に画像として表示させたり、スピーカ(不図示)に音声として出力させたりする(ステップS210)。 Next, the output control unit 222 causes information representing the optimal flight route selected by the route selection unit 220 to be displayed as an image on the display unit 204 or output as sound from a speaker (not shown) (step S210).

また、出力制御部222は、通信部202を介して、空港の第1情報処理装置100に最適な飛行経路を表す情報を送信してもよい。第1情報処理装置100の出力制御部120は、通信部102によって最適な飛行経路を表す情報が受信されると、その情報を表示部104に表示されてよい。これによって、空港の管制官などに最適な飛行経路を知らせることができる。 The output control unit 222 may also transmit information indicating the optimal flight route to the first information processing device 100 at the airport via the communication unit 202. When the information indicating the optimal flight route is received by the communication unit 102, the output control unit 120 of the first information processing device 100 may display the information on the display unit 104. This makes it possible to inform airport air traffic controllers and the like of the optimal flight route.

また、出力制御部222は、経路選択部220の選択対象である複数の飛行経路のそれぞれを表す情報を、表示部204に画像として表示させたり、スピーカに音声として出力させたりしてもよい。この際、出力制御部222は、各飛行経路に対する経路評価部216の評価結果を併せて出力してよい。スピーカは「出力部」の他の例である。 The output control unit 222 may also cause information representing each of the multiple flight routes to be selected by the route selection unit 220 to be displayed as an image on the display unit 204 or output as sound from a speaker. At this time, the output control unit 222 may also output the evaluation results of the route evaluation unit 216 for each flight route. The speaker is another example of an "output unit".

図9は、表示部204の画面の一例を示す図である。図示の例のように、出力制御部222は、飛行経路R1、R2、R3のそれぞれに対して評価結果を対応付けた画像を表示部204に表示させてよい。図示の例では、目的地(グリッドGx)に至るまでに最も飛行距離が長い飛行経路R1の評価結果は、安全性が中程度のランクであり、コストが高いランクであることを表している。また、飛行経路R1よりも飛行距離が短い飛行経路R2の評価結果は、安全性が高いランクであり、コストが中程度のランクであることを表している。また、最も飛行距離が短い飛行経路R3の評価結果は、安全性が中程度のランクであり、コストが低いランクであることを表している。このように、複数の飛行経路は、安全性やコストといった観点からランキングされてよい。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the screen of the display unit 204. As shown in the example, the output control unit 222 may display an image on the display unit 204 in which the evaluation results are associated with each of the flight routes R1, R2, and R3. In the example shown, the evaluation result of the flight route R1, which has the longest flight distance to reach the destination (grid Gx), represents a medium rank in safety and a high rank in cost. The evaluation result of the flight route R2, which has a shorter flight distance than the flight route R1, represents a high rank in safety and a medium rank in cost. The evaluation result of the flight route R3, which has the shortest flight distance, represents a medium rank in safety and a low rank in cost. In this way, multiple flight routes may be ranked from the perspective of safety and cost.

例えば、図9に例示するような画面が表示部204に表示された場合、航空機のパイロットなどが、評価結果を参照するとともに、経験や目視で確認した上空の気象状態などを踏まえて、複数の飛行経路の中から一つの飛行経路を選択する場合がある。つまり、入力部206には、飛行経路を選択する操作が入力される場合がある。この場合、経路選択部220は、経路評価部216の評価結果よりも入力部206に対する入力操作を優先的に参照して、複数の飛行経路の中から一つの飛行経路を選択してもよい。 For example, when a screen such as that shown in FIG. 9 is displayed on the display unit 204, an aircraft pilot may refer to the evaluation results and select one flight route from among multiple flight routes based on experience and visually confirmed weather conditions in the sky. That is, an operation to select a flight route may be input to the input unit 206. In this case, the route selection unit 220 may select one flight route from among multiple flight routes by preferentially referring to the input operation to the input unit 206 over the evaluation results of the route evaluation unit 216.

例えば、飛行経路R1、R2、R3の中で最も評価値が高い飛行経路がR2であるときに、パイロットが飛行経路R2ではなく飛行経路R3を選択したとする。この場合、経路選択部220は、最も評価値が高い飛行経路R2を最適な飛行経路として選択する代わりに、パイロットが選択した飛行経路R3を最適な飛行経路として選択する。このように、経路選択部220は、インタラクティブに最適な飛行経路を選択してもよい。このような操作は、その場の周辺状況から、予め決められた評価関数とは異なる基準で経路選択すべきだと判断できる場合に特に有用である。その場の周辺状況とは、例えば、予め想定していない別の大きなリスクが発生している状況等である。 For example, suppose that flight route R2 has the highest evaluation value among flight routes R1, R2, and R3, and the pilot selects flight route R3 instead of flight route R2. In this case, instead of selecting flight route R2 with the highest evaluation value as the optimal flight route, the route selection unit 220 selects flight route R3 selected by the pilot as the optimal flight route. In this way, the route selection unit 220 may interactively select the optimal flight route. This type of operation is particularly useful when it is determined that a route should be selected based on criteria other than a predetermined evaluation function based on the surrounding circumstances of the scene. The surrounding circumstances of the scene are, for example, a situation in which another major risk that has not been anticipated occurs.

図6のフローチャートの説明に戻る。次に、飛行制御部224は、経路選択部220によって選択された最適な飛行経路に基づいて、航空機をオートノマス或いはオートパイロットで飛行させる(ステップS212)。オートノマスとは、パイロットの操作が介入せずに自動的に航空機を飛行させるモードである。オートパイロットは、パイロットの一部操作を介入しながら自動的に航空機を飛行させるモードである。これによって、本フローチャートの処理が終了する。 Returning to the explanation of the flowchart in FIG. 6, the flight control unit 224 then flies the aircraft autonomously or on autopilot, based on the optimal flight route selected by the route selection unit 220 (step S212). Autonomous is a mode in which the aircraft flies automatically without intervention by the pilot. Autopilot is a mode in which the aircraft flies automatically with some intervention by the pilot. This completes the processing of this flowchart.

[学習装置の構成]
以下、学習装置300の構成について説明する。学習装置300は、第1情報処理装置100と同様に、単一の装置であってもよいし、ネットワークNWを介して接続された複数の装置が互いに協働して動作するシステムであってもよい。すなわち、学習装置300は、分散コンピューティングやクラウドコンピューティングを利用したシステムに含まれる複数のコンピュータ(プロセッサ)によって実装されてもよい。
[Configuration of learning device]
The configuration of the learning device 300 will be described below. The learning device 300 may be a single device, similar to the first information processing device 100, or may be a system in which multiple devices connected via a network NW operate in cooperation with each other. In other words, the learning device 300 may be implemented by multiple computers (processors) included in a system that uses distributed computing or cloud computing.

図10は、実施形態に係る学習装置300の構成の一例を示す図である。図示のように、学習装置300は、例えば、通信部302と、制御部310と、記憶部330とを備える。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of a learning device 300 according to an embodiment. As shown in the figure, the learning device 300 includes, for example, a communication unit 302, a control unit 310, and a storage unit 330.

通信部302は、例えば、NICや、受信機及び送信機を含む無線通信モジュールなどを含む。通信部302は、ネットワークNWを介して、第1情報処理装置100や第2情報処理装置200等と通信する。 The communication unit 302 includes, for example, a NIC and a wireless communication module including a receiver and a transmitter. The communication unit 302 communicates with the first information processing device 100, the second information processing device 200, etc. via the network NW.

制御部310は、例えば、取得部312と、学習部314とを備える。制御部310の構成要素は、例えば、CPUやGPUなどのプロセッサが記憶部330に格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、制御部310の構成要素の一部または全部は、LSI、ASIC、またはFPGAなどのハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。 The control unit 310 includes, for example, an acquisition unit 312 and a learning unit 314. The components of the control unit 310 are realized, for example, by a processor such as a CPU or GPU executing a program stored in the storage unit 330. In addition, some or all of the components of the control unit 310 may be realized by hardware such as an LSI, ASIC, or FPGA, or may be realized by a combination of software and hardware.

記憶部330は、例えば、HDD、フラッシュメモリ、EEPROM、ROM、RAMなどにより実現される。記憶部330には、ファームウェアやアプリケーションプログラムなどの各種プログラムが格納される。また、記憶部330には、プロセッサによって参照されるプログラムに加えて、上述した生成モデルデータD2や教師データD3などが格納される。 The storage unit 330 is realized by, for example, a HDD, a flash memory, an EEPROM, a ROM, a RAM, etc. The storage unit 330 stores various programs such as firmware and application programs. In addition to the programs referenced by the processor, the storage unit 330 also stores the above-mentioned generative model data D2 and teacher data D3, etc.

教師データD3は、生成モデルMDLを学習(訓練)するためのデータである。例えば、教師データD3は、ある時刻txにおける観測空間の雷の脅威度を表す脅威度マップD1に対して、同じ時刻txにおける観測空間上において航空機が被雷しなかった飛行経路が教師ラベル(ターゲットともいう)として対応付けられたデータセットである。また、教師データD3は、脅威度マップD1と、他の種類のデータとの組み合わせに対して、航空機が被雷しなかった飛行経路が教師ラベルとして対応付けられたデータセットであってもよい。他の種類のデータは、上述したように、雷の発生の有無や発生回数、被雷した航空機の被害の度合い等を表すデータである。このような教師データD3は、不特定多数の航空機の過去の飛行履歴データから抽出されてよい。 The teacher data D3 is data for learning (training) the generation model MDL. For example, the teacher data D3 is a data set in which a threat level map D1 representing the threat level of lightning in an observation space at a certain time tx is associated with a flight path in which an aircraft was not struck by lightning in the observation space at the same time tx as a teacher label (also called a target). The teacher data D3 may also be a data set in which a flight path in which an aircraft was not struck by lightning is associated with a combination of the threat level map D1 and other types of data as a teacher label. As described above, the other types of data are data representing the presence or absence of lightning, the number of occurrences, the degree of damage to aircraft that have been struck by lightning, etc. Such teacher data D3 may be extracted from past flight history data of an unspecified number of aircraft.

[学習装置の処理フロー]
以下、フローチャートに即して学習装置300の一連の処理の流れを説明する。図11は、実施形態に係る学習装置300の一連の処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期で繰り返し行われてよい。また、学習装置300が、分散コンピューティングやクラウドコンピューティングを利用したシステムに含まれる複数のコンピュータによって実装される場合、本フローチャートの処理の一部または全部は、複数のコンピュータによって並列処理されてよい。
[Learning device processing flow]
The flow of a series of processes of the learning device 300 will be described below with reference to the flowchart. FIG. 11 is a flowchart showing an example of a series of processes of the learning device 300 according to the embodiment. The process of this flowchart may be repeated at a predetermined cycle, for example. In addition, when the learning device 300 is implemented by multiple computers included in a system using distributed computing or cloud computing, some or all of the process of this flowchart may be processed in parallel by the multiple computers.

まず、取得部312は、記憶部330に格納された教師データD3から、入力データである脅威度マップD1を取得する(ステップS300)。 First, the acquisition unit 312 acquires the threat level map D1, which is input data, from the teacher data D3 stored in the memory unit 330 (step S300).

次に、学習部314は、取得部312によって取得された脅威度マップD1を、未学習の生成モデルMDLに入力する(ステップS302)。 Next, the learning unit 314 inputs the threat level map D1 acquired by the acquisition unit 312 into the unlearned generative model MDL (step S302).

次に、学習部314は、生成モデルMDLによって出力された飛行経路を、生成モデルMDLから取得する(ステップS304)。 Next, the learning unit 314 obtains the flight path output by the generative model MDL from the generative model MDL (step S304).

次に、学習部314は、生成モデルMDLから取得した飛行経路と、生成モデルMDLに入力した脅威度マップD1に教師ラベルとして対応付けられていた飛行経路との差分(損失ともいう)を算出する(ステップS306)。 Next, the learning unit 314 calculates the difference (also called the loss) between the flight path obtained from the generation model MDL and the flight path that was associated as a teacher label in the threat level map D1 input to the generation model MDL (step S306).

次に、学習部314は、算出した差分が小さくなるように生成モデルMDLを学習する(ステップS308)。例えば、学習部314は、差分が小さくなるように、生成モデルMDLのパラメータである重み係数やバイアス成分などを確率的勾配降下法などを用いて決定(更新)してよい。 Next, the learning unit 314 learns the generative model MDL so as to reduce the calculated difference (step S308). For example, the learning unit 314 may determine (update) parameters of the generative model MDL, such as weight coefficients and bias components, using a stochastic gradient descent method or the like so as to reduce the difference.

学習部314は、学習した生成モデルMDLを記憶部230に生成モデルデータD2として記憶させる。 The learning unit 314 stores the learned generative model MDL in the memory unit 230 as generative model data D2.

このように、学習部314は、S300からS308の処理を繰り返し行い(イタレーションを行い)、生成モデルMDLを学習する。そして、学習部314は、十分に学習した学習済みの生成モデルMDLを定義した生成モデルデータD2を、例えば、通信部302を介して第2情報処理装置200に送信する。これによって本フローチャートの処理が終了する。 In this way, the learning unit 314 repeats (iterates) the processes from S300 to S308 to learn the generative model MDL. Then, the learning unit 314 transmits the generative model data D2 that defines the sufficiently learned generative model MDL to the second information processing device 200, for example, via the communication unit 302. This ends the processing of this flowchart.

以上説明した実施形態によれば、第2情報処理装置200が、ある観測時刻における観測空間の気象観測データ及び気象予測データの少なくとも一方を基に生成された脅威度マップD1を取得する。第2情報処理装置200は、観測空間上において航空機が飛行すべき複数の飛行経路を生成する。第2情報処理装置200は、取得した脅威度マップD1に基づいて、生成した複数の飛行経路のそれぞれを評価する。第2情報処理装置200は、複数の飛行経路のそれぞれの評価結果に基づいて、複数の飛行経路の中から最適な飛行経路を選択する。更に、第2情報処理装置200は、選択した最適な飛行経路を表す情報を、航空機のパイロットや空港の管制官等に提供したり、最適な飛行経路を基に航空機を制御したりする。これによって、航空機の被雷件数を少なくすることができる。この結果、被雷による航空機の時間的損失や経済的損失を低減することができる。 According to the embodiment described above, the second information processing device 200 acquires a threat level map D1 generated based on at least one of meteorological observation data and weather forecast data of the observation space at a certain observation time. The second information processing device 200 generates a plurality of flight paths along which the aircraft should fly in the observation space. The second information processing device 200 evaluates each of the generated flight paths based on the acquired threat level map D1. The second information processing device 200 selects an optimal flight path from among the multiple flight paths based on the evaluation results of each of the multiple flight paths. Furthermore, the second information processing device 200 provides information representing the selected optimal flight path to the pilot of the aircraft or an airport controller, or controls the aircraft based on the optimal flight path. This can reduce the number of lightning strikes on aircraft. As a result, the time loss and economic loss of the aircraft due to lightning strikes can be reduced.

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。 The above describes the form for carrying out the present invention using an embodiment, but the present invention is not limited to such an embodiment, and various modifications and substitutions can be made without departing from the spirit of the present invention.

1…情報処理システム、10…気象観測装置、20…気象予測装置、100…第1情報処理装置、102…通信部、104…表示部、110…制御部、112…取得部、114…導出部、116…予測部、118…マップ生成部、120…出力制御部、130…記憶部、200…第2情報処理装置、202…通信部、204…表示部、206…入力部、210…制御部、212…取得部、214…経路生成部、216…経路評価部、218…経路調整部、220…経路選択部、222…出力制御部、224…飛行制御部、300…学習装置、302…通信部、310…制御部、312…取得部、314…学習部、330…記憶部 1...information processing system, 10...weather observation device, 20...weather forecasting device, 100...first information processing device, 102...communication unit, 104...display unit, 110...control unit, 112...acquisition unit, 114...derivation unit, 116...prediction unit, 118...map generation unit, 120...output control unit, 130...storage unit, 200...second information processing device, 202...communication unit, 204...display unit, 206...input unit, 210...control unit, 212...acquisition unit, 214...route generation unit, 216...route evaluation unit, 218...route adjustment unit, 220...route selection unit, 222...output control unit, 224...flight control unit, 300...learning device, 302...communication unit, 310...control unit, 312...acquisition unit, 314...learning unit, 330...storage unit

Claims (11)

ある観測時刻に観測された対象空間の気象を表す気象観測データと、気象予測モデルにより前記観測時刻の前記気象観測データから予測された前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の気象を表す気象予測データとの少なくとも一方を基に導出された脅威度であって、前記観測時刻または前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報を取得する取得部と、
前記対象空間上において移動体が移動すべき複数の経路を生成する生成部と、
前記取得部によって取得された前記脅威度情報に基づいて、前記生成部により生成された前記複数の経路のそれぞれを評価する評価部と、
前記評価部による評価結果に基づいて、前記複数の経路の中から一つの経路を選択する選択部と、を備え、
前記生成部は、ある対象時刻における前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報に対して、前記対象時刻における前記対象空間上において前記移動体が移動すべき経路が対応付けられた教師データに基づいて学習された機械学習モデルである学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記脅威度情報を入力し、前記脅威度情報が入力された前記学習済みモデルの出力結果に基づいて、前記観測時刻の前記対象空間上において前記移動体が移動すべき複数の経路を生成
前記対象空間は、複数のグリッドによって区切られており、
前記脅威度情報は、前記複数のグリッドのそれぞれに対応付けられた雷の脅威度が所定の画素値に置き換えられた画像データである脅威度マップであり、
前記教師データは、少なくとも前記対象時刻における前記脅威度マップに対して、前記対象時刻における前記対象空間上において前記移動体が被雷しなかった経路が対応付けられたデータセットである、
情報処理装置。
an acquisition unit that acquires threat level information that indicates the threat level of lightning in the target space at the observation time or at a time in the future from the observation time, the threat level being derived based on at least one of meteorological observation data that indicates the weather in the target space observed at a certain observation time and meteorological forecast data that indicates the weather in the target space at a time in the future from the observation time predicted from the meteorological observation data at the observation time by a weather forecast model;
A generation unit that generates a plurality of paths along which a moving object should move in the target space;
an evaluation unit that evaluates each of the plurality of paths generated by the generation unit based on the threat level information acquired by the acquisition unit;
a selection unit that selects one path from the plurality of paths based on an evaluation result by the evaluation unit,
the generation unit inputs the threat level information acquired by the acquisition unit into a trained model, which is a machine learning model trained based on teacher data in which a route that the moving body should move in the target space at a certain target time is associated with threat level information indicating a threat level of lightning in the target space at the target time, and generates a plurality of routes that the moving body should move in the target space at the observation time based on an output result of the trained model to which the threat level information is input;
the target space is partitioned by a plurality of grids;
the threat level information is a threat level map which is image data in which the threat level of lightning associated with each of the plurality of grids is replaced with a predetermined pixel value;
The teacher data is a data set in which a route in which the moving object is not struck by lightning in the target space at the target time is associated with the threat level map at least at the target time.
Information processing device.
前記評価部は、前記脅威度と、前記移動体の運用効率とのそれぞれを説明変数とする評価関数に基づいて、前記複数の経路のそれぞれを評価する、
請求項に記載の情報処理装置。
the evaluation unit evaluates each of the plurality of routes based on an evaluation function having the threat level and the operational efficiency of the mobile object as explanatory variables.
The information processing device according to claim 1 .
前記評価関数は、前記脅威度が大きいほど、又は前記移動体の運用効率が低いほど、前記経路を低く評価し、前記脅威度が小さいほど、又は前記移動体の運用効率が高いほど、前記経路を高く評価する関数である、
請求項に記載の情報処理装置。
The evaluation function is a function that evaluates the route lower as the threat level is higher or the operational efficiency of the mobile unit is lower, and evaluates the route higher as the threat level is lower or the operational efficiency of the mobile unit is higher.
The information processing device according to claim 2 .
前記移動体の運用効率には、前記経路に沿って前記移動体が移動したときに要する移動時間と、前記経路に沿って前記移動体が移動したときに消費するエネルギー量とが含まれる、
請求項2又は3に記載の情報処理装置。
The operational efficiency of the moving body includes a travel time required for the moving body to move along the route and an amount of energy consumed when the moving body moves along the route.
4. The information processing device according to claim 2 or 3 .
前記選択部によって選択された前記経路に基づいて、前記移動体の移動を制御する移動制御部を更に備える、
請求項1からのうちいずれか一項に記載の情報処理装置。
A movement control unit that controls movement of the moving object based on the route selected by the selection unit.
The information processing device according to claim 1 .
情報を出力する出力部と、
前記選択部によって選択された前記経路を表す情報を、前記出力部に出力させる出力制御部と、を更に備える、
請求項1からのうちいずれか一項に記載の情報処理装置。
an output unit that outputs information;
and an output control unit that causes the output unit to output information representing the route selected by the selection unit.
The information processing device according to claim 1 .
ユーザの入力操作が入力される入力部を更に備え、
前記出力制御部は、前記評価部によって評価された前記複数の経路のそれぞれを表す情報を、前記出力部に出力させ、
前記選択部は、前記出力部によって前記複数の経路のそれぞれを表す情報が出力された後に、前記入力部に対して、前記複数の経路のうちいずれか一つを選択する操作が入力された場合、前記評価部の評価結果よりも前記入力部に対する入力操作を優先的に参照して、前記複数の経路の中から一つの経路を選択する、
請求項に記載の情報処理装置。
further comprising an input unit for inputting an input operation by a user;
The output control unit causes the output unit to output information representing each of the plurality of paths evaluated by the evaluation unit;
when an operation for selecting one of the plurality of routes is input to the input unit after the output unit outputs information representing each of the plurality of routes, the selection unit preferentially refers to the input operation to the input unit rather than the evaluation result of the evaluation unit and selects one route from the plurality of routes.
The information processing device according to claim 6 .
前記出力制御部は、各経路に対して前記評価部の評価結果が対応付けられた情報を、前記出力部に出力させる、
請求項に記載の情報処理装置。
The output control unit causes the output unit to output information in which the evaluation result of the evaluation unit is associated with each path.
The information processing device according to claim 7 .
ある観測時刻に観測された対象空間の気象を表す気象観測データと、気象予測モデルにより前記観測時刻の前記気象観測データから予測された前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の気象を表す気象予測データとの少なくとも一方を基に導出された脅威度であって、前記観測時刻または前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報を取得する取得部と、
ある対象時刻における前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報に対して、前記対象時刻における前記対象空間上において移動体が移動すべき経路が対応付けられた教師データに基づいて学習された機械学習モデルである学習済みモデルに、前記取得部によって取得された前記脅威度情報を入力し、前記脅威度情報が入力された前記学習済みモデルの出力結果に基づいて、前記観測時刻の前記対象空間上において前記移動体が移動すべき経路を生成する生成部と、を備え、
前記対象空間は、複数のグリッドによって区切られており、
前記脅威度情報は、前記複数のグリッドのそれぞれに対応付けられた雷の脅威度が所定の画素値に置き換えられた画像データである脅威度マップであり、
前記教師データは、少なくとも前記対象時刻における前記脅威度マップに対して、前記対象時刻における前記対象空間上において前記移動体が被雷しなかった経路が対応付けられたデータセットである、
報処理装置。
an acquisition unit that acquires threat level information that indicates the threat level of lightning in the target space at the observation time or at a time in the future from the observation time, the threat level being derived based on at least one of meteorological observation data that indicates the weather in the target space observed at a certain observation time and meteorological forecast data that indicates the weather in the target space at a time in the future from the observation time predicted from the meteorological observation data at the observation time by a weather forecast model;
a generation unit that inputs the threat level information acquired by the acquisition unit into a trained model, which is a machine learning model trained based on teacher data in which a route that a moving body should move in the target space at a certain target time is associated with threat level information indicating a threat level of lightning in the target space at the certain target time, and generates a route that the moving body should move in the target space at the observation time based on an output result of the trained model to which the threat level information is input ,
the target space is partitioned by a plurality of grids;
the threat level information is a threat level map which is image data in which the threat level of lightning associated with each of the plurality of grids is replaced with a predetermined pixel value;
The teacher data is a data set in which a route in which the moving object is not struck by lightning in the target space at the target time is associated with the threat level map at least at the target time.
Information processing device.
コンピュータが、
ある観測時刻に観測された対象空間の気象を表す気象観測データと、気象予測モデルにより前記観測時刻の前記気象観測データから予測された前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の気象を表す気象予測データとの少なくとも一方を基に導出された脅威度であって、前記観測時刻または前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報を取得し、
前記対象空間上において移動体が移動すべき複数の経路を生成し、
取得した前記脅威度情報に基づいて、生成した前記複数の経路のそれぞれを評価し、
前記複数の経路のそれぞれの評価結果に基づいて、前記複数の経路の中から一つの経路を選択し、
ある対象時刻における前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報に対して、前記対象時刻における前記対象空間上において前記移動体が移動すべき経路が対応付けられた教師データに基づいて学習された機械学習モデルである学習済みモデルに、取得した前記脅威度情報を入力し、
前記脅威度情報が入力された前記学習済みモデルの出力結果に基づいて、前記観測時刻の前記対象空間上において前記移動体が移動すべき複数の経路を生成
前記対象空間は、複数のグリッドによって区切られており、
前記脅威度情報は、前記複数のグリッドのそれぞれに対応付けられた雷の脅威度が所定の画素値に置き換えられた画像データである脅威度マップであり、
前記教師データは、少なくとも前記対象時刻における前記脅威度マップに対して、前記対象時刻における前記対象空間上において前記移動体が被雷しなかった経路が対応付けられたデータセットである、
情報処理方法。
The computer
obtaining threat level information indicating a threat level of lightning in the target space at the observation time or at a time in the future from the observation time, the threat level being derived based on at least one of meteorological observation data indicating the weather in the target space observed at a certain observation time and meteorological forecast data indicating the weather in the target space at a time in the future from the observation time predicted from the meteorological observation data at the observation time by a weather forecast model;
generating a plurality of routes along which a moving object should move in the target space;
Evaluating each of the generated routes based on the acquired threat level information;
selecting one route from among the plurality of routes based on the evaluation results of each of the plurality of routes;
inputting the acquired threat level information into a trained model, which is a machine learning model trained based on teacher data in which a route that the moving body should move in the target space at a certain target time is associated with threat level information indicating a threat level of lightning in the target space at the certain target time;
generating a plurality of routes along which the moving object should move in the target space at the observation time based on an output result of the trained model to which the threat level information has been input;
the target space is partitioned by a plurality of grids;
the threat level information is a threat level map which is image data in which the threat level of lightning associated with each of the plurality of grids is replaced with a predetermined pixel value;
The teacher data is a data set in which a route in which the moving object is not struck by lightning in the target space at the target time is associated with the threat level map at least at the target time.
Information processing methods.
コンピュータに実行させるためのプログラムであって
ある観測時刻に観測された対象空間の気象を表す気象観測データと、気象予測モデルにより前記観測時刻の前記気象観測データから予測された前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の気象を表す気象予測データとの少なくとも一方を基に導出された脅威度であって、前記観測時刻または前記観測時刻よりも将来の時刻の前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報を取得すること、
前記対象空間上において移動体が移動すべき複数の経路を生成すること、
取得した前記脅威度情報に基づいて、生成した前記複数の経路のそれぞれを評価すること、
前記複数の経路のそれぞれの評価結果に基づいて、前記複数の経路の中から一つの経路を選択すること、
ある対象時刻における前記対象空間の雷の脅威度を示す脅威度情報に対して、前記対象時刻における前記対象空間上において前記移動体が移動すべき経路が対応付けられた教師データに基づいて学習された機械学習モデルである学習済みモデルに、取得した前記脅威度情報を入力すること、
前記脅威度情報が入力された前記学習済みモデルの出力結果に基づいて、前記観測時刻の前記対象空間上において前記移動体が移動すべき複数の経路を生成すること、を含み、
前記対象空間は、複数のグリッドによって区切られており、
前記脅威度情報は、前記複数のグリッドのそれぞれに対応付けられた雷の脅威度が所定の画素値に置き換えられた画像データである脅威度マップであり、
前記教師データは、少なくとも前記対象時刻における前記脅威度マップに対して、前記対象時刻における前記対象空間上において前記移動体が被雷しなかった経路が対応付けられたデータセットである、
ログラム。
A program for causing a computer to execute the program,
acquiring threat level information which is derived based on at least one of meteorological observation data representing the weather in a target space observed at a certain observation time and meteorological forecast data representing the weather in the target space at a time in the future from the observation time predicted from the meteorological observation data at the observation time by a weather forecast model, and which indicates the threat level of lightning in the target space at the observation time or at a time in the future from the observation time;
generating a plurality of routes along which a moving object should move in the target space;
Evaluating each of the generated multiple routes based on the acquired threat level information;
selecting one route from the plurality of routes based on an evaluation result of each of the plurality of routes;
inputting the acquired threat level information into a trained model, which is a machine learning model trained based on teacher data in which a route that the moving body should move in the target space at a certain target time is associated with threat level information indicating a threat level of lightning in the target space at the target time;
generating a plurality of routes along which the moving object should move in the target space at the observation time based on an output result of the trained model to which the threat level information has been input ;
the target space is partitioned by a plurality of grids;
the threat level information is a threat level map which is image data in which the threat level of lightning associated with each of the plurality of grids is replaced with a predetermined pixel value;
The teacher data is a data set in which a route in which the moving object is not struck by lightning in the target space at the target time is associated with the threat level map at least at the target time.
program .
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