オートパイロット

オートパイロット英語: autopilot)あるいは自動操縦(じどうそうじゅう)とは、乗り物を、人の手によってではなく、機械装置により自動的に操縦する装置・システムを指す名称である。

ボーイング747-200のオートパイロットコントロールパネル

概要編集

乗り物を自動で操縦する装置・システムがオートパイロットである。乗り物の進行方向や速度などを、人の手に代わって、機械が制御する。オートパイロットと呼ばれるシステムは旅客機を始めとした航空機に特によく導入されている他、船舶にも導入されている。

航空機編集

オートパイロットは旅客機をはじめとした航空機に導入されており[1]、現代の航空機の操縦システムの上では、離陸することは人間(パイロット)が関わることが必要でありオートパイロットではできないが[2]、離陸後安全高度に達した後に、次の空港に向かうまでの巡航アプローチ(空港への進入)・着陸など、ほとんどの段階で用いることができる自動操縦システムが用意されている。作動は専用のスイッチで行うほか、解除は操縦桿を操作するだけで可能な仕組みになっているものが大半である。

これらは、慣性誘導装置や外部のマーカー(目印となる電波発信器)などから目的地などに対する自身の相対位置を算出し、予定の移動経路との誤差を自動的に補正するものなどである。単純なものでは、所定の方向(方角)と高度のみを維持し、パイロットの負担を軽減させるなどしている。高度なものでは、FMS(飛行管理装置)に入力された飛行計画に従った方角・高度の自動的な操作が可能であるだけでなく、推力速度)の調整も行われる。オートパイロットによる推力の調整機構はオートスロットル (en:Autothrottle) と呼ばれる[注釈 1]。現代の航空機関士を廃した2人乗務のコックピットでは、問題発生時にはオートパイロットに操縦を任せて、パイロットが問題解決にあたるのが基本となっている。

補助的な機能として離陸・巡航・着陸で必要となる定型作業(フラップの調整など)をモード切替で実現したり、「TO/GAスイッチ」 (Takeoff/Go-around switch) を押しただけで離陸や着陸復行に必要なスロットルを最適値に引き上げる機能がある。

航空機のオートパイロットの自律システムは、方位磁石のようなものからセンサジャイロコンパスといった自身の向きや状態・周囲の状況を判定する機能と、操縦装置のコントロールを組み合わせたものだが、さらにはGPS衛星の電波をキャッチして自身の現在位置を測定、予定経路との誤差から、どのように移動すればその誤差を修正できるかを判断するものも登場している。前述の相対位置の割り出し機構と併せて、移動経路を予め入力しておけば、複数経路を巡回して行くことも可能である。ただ、同種機構の操作ミスないし作動不良[注釈 2]から、大韓航空機撃墜事件のように悲劇的な事件に発展したケースもあり、こういった機器の過信には絶えず警鐘が鳴らされている。

航空機のオートパイロットのうち、簡易なものは、ただ所定の条件下でのみ適切に機能する性質のものであるため、積極的に用いられるのは状況が安定している巡航時の進路誘導においてのみである。その一方で、高度なオートパイロット機能を有する航空機もあり、航空機の運航のほとんどをオートパイロットに任せることも可能となっている。ただし、離陸だけは、2020年現在でも手動で行っている。着陸の自動操縦は、計器着陸装置 (ILS) を用いて気象条件・パイロットの資格などが整った状況で行う[注釈 3]

以上の事情も含め、航空機の場合、ある一定高度以上に上昇してしまえば、障害物に突き当たったりする確率は一挙に低下するし、また状況も比較的安定しているため、オートパイロットの採用も進んでいる。しかし、雲の下など地表障害物の危険が予期される空域では、オートパイロットの運用は、それら機器の機能如何では危険である。また、何らかの事情によってオートパイロットが機能しなくなると、結果として手動での操縦ができずに墜落するという事故が多発している。

船舶編集

大型船舶

大型船舶では、あらかじめ入力・設定しておいた航路を辿って船舶を進ませるオートパイロットが普及している。船舶のオートパイロットは、2020年時点では、周囲の障害物を自動的に検知したり、船舶と船舶の進路が交差し衝突が起きそうな状況を察知してそれを自動的に避ける機能は搭載していない。(つまり2020年時点の通常の船舶のオートパイロットというのは、あくまであらかじめ設定した線上を単純に進むように舵を左右に切っているだけである)。したがって海上交通安全法に定められているとおりに、衝突防止のために見張り役の人を配置し、自船の周囲を監視しつづけ、いざという時は衝突を避けるために舵を切ったり機関を反転させられる体制を維持しなければならない。(2022時点の法規の体系では見張りの人間抜きで船舶を運航することは違法であり、人間の見張り無しでオートパイロットだけで船を運航することは違法である。)人間の見張り抜きでオートパイロットだけで運行することは(そもそも違法だが)それをやってしまうと実際に事故を引き起こす。海上では他の船舶も航行しており、海面上には航路が設定されているとしてもそれを突然(意図的であれ、不注意であれ)横切るような船舶も多々あり、進路がたまたま衝突するようなタイミングで重なることも始終起きているものであり、人間の臨機応変な状況判断と危険回避行動は欠かせないからである。(ある船舶どうしのある衝突事故が起きてから、その事故の原因を探ったところ、見張りの船員がいない時間帯をつくってオートパイロットに操船をまかせてしまうずさんな運航会社や船長が一部にいて慢性的にそうした危険な運行を行っていてそれが事故の本当の原因だったと判明し、所管官庁や海運業界で大問題になったことがある。)

またたとえ大洋に出たとしてもオートパイロットには海上を(波間に隠れるように)漂う障害物(流氷や巨大な廃棄物など)を避ける機能があるわけではないので、そういったものが多数漂う海域に入ればあえてオートパイロットを解除(停止)して手動による操舵を行わなければならない。また多数の船舶が行き交う港や海峡などでは、非常に細やかな操船が必要であり、オートパイロットの機能つまり「単純な線を大雑把にたどる機能」では全く不十分であり、危険すぎるので、水先人による細やかな案内、操船指示も行われている。

接岸時の操船に関しても補助的なシステムにとどまっている。潮汐の状況や貨物の積載量などで反応が異なる船を臨機応変に操作する必要があるからである。またタグボートによる支援もあるためコスト面でオートパイロットを接岸で使うメリットが少なく、積極的な開発が行われていないが、2021年(令和3年)に商船三井が、通常営業を行う大型フェリーでの自動離着岸実験に世界で初めて成功している[3]

なお2020年代になってから、従来の単純なオートパイロットを超えるもの、つまりAI(人工知能)により自船の周囲をカメラ映像などで見張り、必要時には自動で舵を切って進路を変更し危険を回避したうえで安全になったらあらかじめ設定した線上に戻る機能も備えた自動操縦装置の実験や開発が活発化している(自動車のAIによる自動運転システムが実用レベルの水準まで近づいてきたので、AIによる自動操船システムの開発も活発化してきた)。開発には日本の大学の研究室や日本財団なども関与している。

セーリングボート

セーリング・ボート(ヨット)のクルージングにおいてもオートパイロット装置が用いられることは多い。特にシングルハンド(一人)での航海時には、睡眠時間確保などの観点から必要度は高い。セイリングボートでも他の船舶同様に操縦者は自船の周囲を見張る義務があるが、乗り手は睡眠をとったり炊事・食事をする必要もあり、24時間舵を握り続けるわけにはいかないので、近辺に船舶が無い比較的安全だと判断される海域などでオートパイロットを用いてそうしたことをする時間を確保することになる(レーダーを装備している船では、安全のため、その自動警報のスイッチを入れるなどしておく)。

セーリング・クルーザー用としては風に対する船の向きを一定に保つように作用するウインドベーン(英語版)と呼ばれる機械式オートパイロットが古くから利用されている。またコンピュータがGPSのデータを用いて自船の針路の変化を計算し、棒状の部分を電動でたえず伸び縮みさせることでティラー・バー(棒)を操作するティラーパイロットもあり、針路を数字で指定することができる。

鉄道編集

敷設された軌道上を走行する事から車両側で制御する項目は事実上速度のみであり、技術的難易度が比較的低く、1970年代以降自動列車運転装置(ATO)による運行が実現している。 なお、GoA (Grades of Automation)で定められている自動運転レベルの比較は以下の表の通り[4]

自動化レベル レベルにおける通称 乗務形態 主な導入状況
GoA0(レベル0) 目視運転(TOS) 運転士及び車掌が乗務 路面電車
GoA1(レベル1) 非自動運転(NTO) 踏切等のある一般的な路線(ATS/ATCが導入されている)
GoA2(レベル2) 半自動運転(STO) 運転士が列車起動・ドア扱い・緊急停止操作・避難誘導を行う ATO導入路線
GoA2.5(レベル2.5) 添乗員付き自動運転(DTO) 前頭に運転士以外の係員が緊急停止操作・避難誘導を行う
GoA3(レベル3) 前頭以外に乗務する係員が避難誘導を行う 舞浜リゾートライン
GoA4(レベル4) 自動運転(UTO) 係員の乗務が無い 新交通システム
  • 自動化レベルにおけるカッコ内は自動車における運転レベルで、鉄道にはレベル5(完全自動運転)相当のシステムは存在しない。

自動車編集

自動運転の自動車は、現在では一般に、自動運転車と呼ばれている。

脚注編集

[脚注の使い方]

注釈編集

  1. ^ 旅客機の構造#オートスロットル参照。
  2. ^ どちらであったかの結論は出ていないが
  3. ^ 特に、精度の高い ILS CATIII は悪天候での着陸には欠かせない技術であり、パイロットの補助の範疇を超えるものである。

出典編集

参考文献編集

関連項目編集