エンベデッドシステムスペシャリスト 2024年 午後1 問01

解答の導き方

1. 問われているのは、運航管理システムが更新した飛行計画を、なぜ自動管制システムに承認してもらう必要があるかです。単に計画の内容を確認するのではなく、飛行の安全性を保つための理由を考えます。
2. 本文では、自動管制システムが「eVTOLとヘリコプターの飛行計画を管理」すると説明されています。つまり、自動管制システムは、SKシステムのeVTOLだけでなく、ヘリコプターの飛行計画も考慮できる立場です。
3. 一方、運航管理システムは、SKシステムの予約や飛行計画を管理するシステムです。ヘリコプターなど、SKシステム以外の機体の飛行計画までは把握していません。
4. そのため、更新した飛行計画がほかの機体の飛行と重なるなどの問題がないかは、広い範囲の飛行計画を管理する自動管制システムが確認する必要があります。運航管理システムだけでは確認できない機体との安全な調整を行うため、承認を受けます。

誤りやすいポイント

• 飛行計画の更新を運航管理システムが行うことと、更新後の計画を承認することを混同しないようにしましょう。計画の作成・更新と、空域全体の安全確認は役割が異なります。
• 自動管制システムが承認する理由を、単に「手続上必要だから」としないようにしましょう。重要なのは、運航管理システムが把握していないヘリコプターなどの飛行計画との調整です。
• 「ほかのeVTOLとの衝突を防ぐため」だけでは不十分です。自動管制システムがヘリコプターの飛行計画も管理している点を根拠に含めます。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• [a]を気象情報と混同しないようにします。気象情報は、本文で飛行計画の立案に使う情報として別に示されています。
• [a]では、離着陸場の場所だけでなく、空き状況や利用予約状況のスケジュールが重要です。
• [b]を飛行情報と混同しないようにします。飛行情報は、再評価に使う情報としてすでに列挙されています。
• 機体情報にはバッテリー残量や診断結果が含まれます。飛行計画の再評価では、現在の機体状態も考慮されます。

FAQ

解答の導き方

1. まず、自動管制システムが更新する「離着陸場情報」の内容を確認します。本文では、離着陸場情報は「各離着陸場の空き状況及び利用予約状況のスケジュール」とされています。つまり、予定だけでなく、実際に利用されているかどうかも反映する必要があります。
2. 予約状況や利用予定を把握するには、どの離着陸場をいつ利用する予定なのかが分かる情報が必要です。運航管理システムが自動管制システムに申請し、自動管制システムが管理する「飛行計画」から、その予定を把握できます。
3. 一方、予定どおりに飛行しているとは限りません。本文には、飛行中に「現在位置、速度など」の飛行情報を自動管制システムへ送信するとあります。この情報により、実際の飛行状況を把握し、離着陸場の利用状況を更新できます。

誤りやすいポイント

• 飛行計画だけで足りると考えないようにしましょう。計画は予定を示しますが、実際の飛行状況までは分かりません。
• 飛行情報だけで足りると考えないようにしましょう。実際の位置や速度が分かっても、離着陸場の予約予定は把握できません。
• 離着陸場情報が「空き状況」と「利用予約状況」の両方を含むことを意識しましょう。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 機体情報は「システム起動中は常に」送信するため、飛行していない最初の10分間も計算に含めます。
• 飛行情報と周辺環境情報は、それぞれ$0.25$Mバイト／秒です。両方を合わせてからではなく、それぞれのデータ量を計算して合計します。
• 30分すべてが飛行時間ではありません。飛行情報と周辺環境情報の計算には、飛行した20分間を使います。
• 分を秒に直してから、1秒当たりのデータ量を掛けます。

FAQ

解答の導き方

1. 設問では、VPSで計測した水平面上の姿勢変化を、IMUで計測した3軸角速度で補強して、水平面上での回転量を推定するとしています。つまり、IMUの角速度を時間に沿って積分し、どれだけ回転したかを求めています。
2. 角速度を積分して回転量を求める方法では、IMUの計測にわずかな誤差があると、その誤差が積み重なります。VPSの計測も用いて推定を補強しますが、推定された回転量には積分誤差が残る可能性があります。
3. 表2では、地磁気センサーは「eVTOLの姿勢や方位を計測する」と説明されています。方位を基準として推定した回転量を照合すれば、VPSとIMUによる推定で累積した誤差を補正できます。

誤りやすいポイント

• 地磁気センサーの役割を、IMUのように角速度を計測することだと考えないようにします。角速度を計測するのはIMUです。
• 地磁気センサーの目的を、自己位置の推定と混同しないようにします。表2では、自己位置推定にGNSS受信部を使用すると説明されています。
• 地磁気センサーが回転量を直接積分するのではありません。方位を基準として、積分によって生じる誤差を補正します。

FAQ

解答の導き方

1. まず、設計変更前と変更後で、演算そのものがなくなるのではなく、演算する場所が変わることを整理します。変更前は、IMUの計測データを別のユニットで演算し、その結果をCAN経由で飛行制御ユニットへ送っていました。変更後は、IMUの計測データを飛行制御ユニットが直接受け取り、そこで演算してローターユニットを制御します。
2. 表2には、姿勢制御に使うIMUなどの情報は「できるだけ速く処理する必要がある」とあります。別のユニットで演算してからCAN経由で飛行制御ユニットへ送る経路をなくせば、その通信に伴う遅延を抑えられます。したがって、IMUの計測からローターユニットの制御までの応答を速くできます。
3. さらに、図3ではIMUが飛行制御ユニットに接続され、飛行制御ユニットがローターユニットを制御する構成です。重要な姿勢制御の経路を別ユニットやCAN経由のデータ伝送に依存させないことで、それらに異常が発生したときに制御への影響を受けにくくできます。なお、CANをシステム全体からなくすのではなく、IMUから飛行制御ユニットへの姿勢制御用データの経路を直接化する点が重要です。

誤りやすいポイント

• 変更後に演算が追加された、と考えないでください。演算は変更前にも変更後にもあり、演算するユニットが変わったという設計変更です。
• 「飛行制御ユニットがIMUのデータを直接受け取る」ことだけで終わらず、別ユニットから結果を送るCAN経由の伝送がなくなり、経路の遅延を抑えられる点まで結び付けます。
• CANがシステム全体からなくなる、と解釈しないでください。CANはほかのユニットとの通信に使われています。ここでは、姿勢制御に必要なIMUデータの経路を直接化することがポイントです。
• 安全性の理由は、飛行制御ユニットやローターユニットが異常にならないという意味ではありません。制御に必要なデータ経路が、別ユニットやCANの異常の影響を受けにくくなるということです。

FAQ

解答の導き方

1. 出発地点からα地点まで
   「出発から6分で15km先」のため、地上に対する速度は
   $15÷0.1=150\text{km／時}$
   です。風速10m／秒は36km／時です。追い風では、地上に対する速度は無風時の速度より風速分だけ大きくなります。したがって、無風時の速度は
   $150-36=114\text{km／時}$
   となり、cには114が入ります。
2. α地点から離着陸場まで
   「α地点から6分後にα地点から10km先」のため、地上に対する速度は
   $10÷0.1=100\text{km／時}$
   です。向かい風では、地上に対する速度は無風時の速度より風速分だけ小さくなります。無風時の速度は
   $100+36=136\text{km／時}$
   となり、dには136が入ります。

1. 出発地点からα地点まで
   図5では、114km／時のときの飛行可能距離は3.0km／％です。114km／時で0.1時間飛行した場合の距離は
   $114\times 0.1=11.4\text{km}$
   です。したがって、バッテリー消費量は
   $11.4÷3.0=3.8\%$
   となります。小数第1位を四捨五入して整数にすると、eは4です。
2. α地点から離着陸場まで
   図5では、136km／時のときの飛行可能距離は1.0km／％です。136km／時で0.1時間飛行した場合の距離は
   $136\times 0.1=13.6\text{km}$
   です。したがって、バッテリー消費量は
   $13.6÷1.0=13.6\%$
   となります。小数第1位を四捨五入して整数にすると、fは14です。

誤りやすいポイント

• 追い風と向かい風で、風速を加減する向きを取り違えないようにします。追い風では地上に対する速度から風速を引き、向かい風では地上に対する速度に風速を加えます。
• 10m／秒をkm／時に換算すると36km／時です。単位をそろえてから計算します。
• バッテリー消費の計算に、風の影響を受けた地上移動距離をそのまま使わないようにします。図5の燃費は無風時の速度に対応しているため、無風時の速度で6分間飛行した距離を使います。
• 飛行可能距離が「1％当たり」で示されているので、距離をその値で割って消費率を求めます。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• (a)は、待機中のeVTOLの安全確保を理由にするのではなく、運航管理システムが飛行計画を更新しない理由を答えます。待機中に計画の再評価・申請を続けるおそれに着目します。
• (b)は、飛行計画の更新自体が危険という意味ではありません。待機中に変化した他のeVTOLやヘリコプターとの位置関係を踏まえ、安全を確認するための承認です。
• (c)の[h]は、バッテリー残量不足になった緊急eVTOLだけの問題ではありません。その機体への対応によって待機が続くほかのeVTOLにも、バッテリー残量不足が連鎖する点が要点です。

FAQ

• Q: 待機解除後は、なぜ飛行計画を更新するのですか？
  A: 待機していた時間の分だけ実際の進捗や周囲の交通状況が変わるため、飛行再開に適した計画にする必要があるからです。
• Q: [g]に入る飛行計画は、待機中の位置でホバリングを続けるための計画ですか？
  A: いいえ。バッテリー残量不足となった緊急eVTOLを緊急離着陸場に着陸させるための計画です。
• Q: 複数の飛行計画を申請するのは、複数のeVTOLそれぞれに別の計画を作るという意味ですか？
  A: ここでは、バッテリー残量不足となったeVTOLについて複数の候補を申請し、自動管制システムが待機するeVTOLの台数や待機時間を考慮して選べるようにすることがポイントです。

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 周辺監視ユニットの異常を、機体の自己位置が分からなくなる異常と混同しないようにします。ここで失われるのは、主に飛行障害物に関する情報です。
• 障害物との衝突は必ず起きるのではなく、障害物を検知・回避できないことによる危険です。
• 手動操縦への切替えだけで終わらず、緊急時の着陸先として緊急離着陸場まで示します。

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