航空交通管理の研究

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  • データサイエンスによる航空交通流の将来予測

世界の空には、常時、7000機以上の航空機が飛行しているといわれており、今後20年で約2.4倍に増加すると試算されています。そこで、航空交通の影響について、実データやシミュレーションデータを活用し、機械学習や待ち行列理論による将来予測を行っています。


図:日本の管轄空域を飛行する航空交通流の様子


図:羽田空港に到着する航空交通流(CARATSオープンデータより)

代表的な参考文献:
    1. E. Itoh and M. Mitici, “Evaluating the Impact of New Aircraft Separation Minima on Available Airspace Capacity and Arrival Delay“, The Aeronautical Journal 124(1274), pp. 447-471, 2020.
    2. E. Itoh and M. Mitici,”Queue-based Modeling of the Aircraft Arrival Process at a Single Airport“, Aerospace 6(10) 103, 2019.
 
  • 航空機の自律飛行

航空機が飛行に必要な情報を空中で送受信することによって、自律飛行を可能にする航空機監視応用システム(ASAS: Aircraft Surveillance )を研究し、国連の専門組織である国際民間航空機関(ICAO: International Civil Aviation Organization)の国際規格策定に貢献します。


図:ASASの概念図(研究室OBのケン・フリードルさん作成)

代表的な参考文献:
 1. E. Itoh, K. Uejima, Y. Kakichi, and S. Suzuki, “Modeling and Simulation Study on Airborne-based Energy Saving Arrivals to Tokyo International Airport“, Proceedings of AIAA Guidance, Navigation, and Control, August 2013.
2. E. Itoh and K. Uejima, “Applying Flight-deck Interval Management based Continuous Descent Operation for Arrival Air Traffic to Tokyo International Airport“, Proceedings of ATM seminar, June 2013.
3. T. Riedel, M. Takahashi, T. Tatsukawa, and E. Itoh, “Evaluating Applied Flight-deck Interval Management using Monte Carlo Simulations on the K-computer“, Transactions of JSASS, 62(6), pp. 299-309, 2019.

動画:
NASA ATD-1プロジェクトの飛行実験の様子

 
  • 航空管制官を支援する自動化システム

日本で最も混雑している東京国際(羽田)空港に到着する航空交通を管理する、航空管制官のレーダー管制を支援するための自動化システムを研究開発しています。ユーロコントロール実験研究所と協力し、実際のレーダー管制を模擬するESCAPEシミュレーターを利用した評価を目指しています。


図:レーダー管制を模擬する管制卓(右)とパイロットの航空機操縦を模擬するパイロット卓(左)がリアルタイムで通信し、実際の航空管制を模擬することで、管制官の操作による評価を可能にします。このように、人間の操作者が評価できるシミュレータを「ヒューマンインザループシミュレータ」と呼びます。


図:ヒューマンインザループシミュレーションの様子(NASA Ames研究所で撮影)

代表的な参考文献:
 1. E. Itoh, Y. Miyazawa, M. Finke, and J. Rataj, “Macroscopic Analysis to Identify Stage Boundaries in Multi-Stage Arrival Management“, Proceedings of EIWAC 2019, November 2019.
   2. H. Erzberger and E. Itoh, “Design Principles and Algorithms for Air Traffic Arrival Scheduling“, NASA Technical Publication 2014-218302, May 2014.
 
  • AMAN/DMAN/SMANの統合運用

航空機の到着管理(Arrival Management: AMAN), 出発管理(Departure Management: DMAN), 空港面管理(Surface Management: SMAN)を統合した効率的な運用について研究しています。特に、首都圏空港である羽田、成田の安全かつ効率的な容量拡大を検討します。


図:羽田空港の航跡例(CARATSオープンデータより)


図:羽田・成田に到着・出発する航空交通流の例(CARATSオープンデータより)

  • 地球に優しいフライト

航空機の燃料消費量を削減し、温室効果ガスの排出を抑える、地球に優しいフライトの実現に向けた研究開発を進めています。


図:フライトシミュレータ実験の様子(JAL第1テクニカルセンターにて撮影)

代表的な参考文献:
 1. E. Itoh, S. Fukushima, H. Hirabayashi, N. Wickramasinghe, and Daichi Toratani, “Evaluating Energy-Saving Arrivals of Wide-Body Passenger Aircraft via Flight-Simulator Experiments“, Journal of Aircraft, published online first, August 2018.
 
    2. E. Itoh, N. Wickramasinghe, H. Hirabayashi, and S. Fukushima, “Feasibility Study on Fixed Flight-Path Angle Descent for Wide-Body Passenger Aircraft“, CEAS Aeronautical Journal, 10, pp. 589-612, 2019.
 
   3. 伊藤恵理,福島幸子, 平林博子, ビクラマシンハナビンダ, “フルフライトシミュレータによる降下角を固定した継続降下運用の評価“, 日本航空宇宙学会論文集, 64(1)pp.50-57, 2016.
 
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