最適軌道による航空交通管理に関する研究

国土交通省では「将来の航空交通システムに関する長期ビジョン」として「将来航空交通システムの変革に向けた協調的行動（CARATS）」を掲げている．本研究の目的は，国内定期旅客便の飛行軌跡を最適軌道の観点から分析し，消費燃料および時間を定量的に評価することで運航効率向上の可能性を示すこと，および機体相互の位置関係を分析し安全性を統計的に評価する方法を導き，最適化した飛行の安全性を示すことである．平成27年度は留学先のミュンヘン工科大学において本研究の中核をなす飛行軌道最適化の手法の比較，検討を行った．最適飛行軌道の生成には動的計画法を用いているが，量子化した格子点を結ぶことにより基準軌道として望ましくない振動が発生するなどの課題があった．そこでミュンヘン工科大学フライトシステムダイナミクス研究所の軌道最適化グループとの協力のもと，当該グループが主に使用する勾配法を用いて同一の最適軌道が得られるかを確認し，動的計画法と勾配法の性質を比較した．結果として，動的計画法の場合とよく一致する最適軌道が得られ，本研究で扱った問題では勾配法を用いて大域的最適解が得られることが明らかとなった．実際の問題を解くことで得られた具体的な知見は今後の航空交通管理の研究において実用的な最適軌道を生成する際に役立つものである．また，共同研究者より東京国際空港到着便に対する到着順序制御の方法が提案され，国土交通省航空局発表のCARATS open dataに適用することでその方法の有効性が示された．飛行軌道最適化と到着時刻最適化の組み合わせによりすべての機体が90秒以上の間隔を保持して合流点を通過しつつ燃料消費量の総和を最小化する最適軌道を生成することができた．提案手法および得られた結果は，混雑空港到着便の到着順序および到着時刻の制御を可能にする点で，到着機管理の研究において大いに役立つものである．

国土交通省では「将来の航空交通システムに関する長期ビジョン」として「将来航空交通システムの変革に向けた協調的行動（CARATS）」を掲げている．本研究の目的は，国内定期旅客便の飛行軌跡を最適軌道の観点から分析し，消費燃料および時間を定量的に評価することで運航効率向上の可能性を示すこと，および機体相互の位置関係を分析し安全性を統計的に評価する方法を導き，最適化した飛行の安全性を示すことである．平成27年度は留学先のミュンヘン工科大学において本研究の中核をなす飛行軌道最適化の手法の比較，検討を行った．最適飛行軌道の生成には動的計画法を用いているが，量子化した格子点を結ぶことにより基準軌道として望ましくない振動が発生するなどの課題があった．そこでミュンヘン工科大学フライトシステムダイナミクス研究所の軌道最適化グループとの協力のもと，当該グループが主に使用する勾配法を用いて同一の最適軌道が得られるかを確認し，動的計画法と勾配法の性質を比較した．結果として，動的計画法の場合とよく一致する最適軌道が得られ，本研究で扱った問題では勾配法を用いて大域的最適解が得られることが明らかとなった．実際の問題を解くことで得られた具体的な知見は今後の航空交通管理の研究において実用的な最適軌道を生成する際に役立つものである．また，共同研究者より東京国際空港到着便に対する到着順序制御の方法が提案され，国土交通省航空局発表のCARATS open dataに適用することでその方法の有効性が示された．飛行軌道最適化と到着時刻最適化の組み合わせによりすべての機体が90秒以上の間隔を保持して合流点を通過しつつ燃料消費量の総和を最小化する最適軌道を生成することができた．提案手法および得られた結果は，混雑空港到着便の到着順序および到着時刻の制御を可能にする点で，到着機管理の研究において大いに役立つものである．