UAS/UAM運行に関する紛争解決の全体構想
会津大学 上級准教授
矢口 勇一
yaguchi@u-aizu.ac.jp

紛争解決 (ConflictManagement)• 紛争解決: 対立を見極めて解決するのに必要な一連の方法論• 紛争に対応する5つのスタイル• 協調 – 交渉のための最高の知性 ← 最適化• 調和 – 全体最適のための目標の下方修正• 妥協 – 優先順位設定・副提案• 指示 – 権限によるルール• 無視 – 解決を目指さない、忘れる• 次世代空モビリティへの実装:• 少なくとも『指示』は必要• 自律航行は『個別の最適化』なので『妥協』の手法と、UTMなどによる『調和指示』が必要

Needs

UASのステークホルダーと運用
受益者-ニーズ

受益者-受領Env. Cond.

地図
規制環境

Staff Cond.
Aircraft Cond.

オペレータ(UASO)

電波環境

離発着場

パイロット 安全管理者(RPIC)(SAFO)

他機体情報

自然物当局
運航管理サービス(Authority)(USP)

型式認証 点検整備 離陸前点検 運航中状態監視Management

就航許可 運用許可
Pre-flight

電波状況

離陸許可

DAA

着陸

制限区域 動的経路修正
On-flight

離発着場

格納庫状況

商用サービス提供者

飛行ログ

Post-flightどのように安全・安心なUASエコシステ
ムを構築しますか？

運用上の安全/セキュアではない状況への配慮→全て紛争• 特に「無人」の状況であること• 飛行経路の競合＝墜落• 飛行環境競合＝墜落• 予約空域の競合＝墜落への配達物• 故意の衝突＝セキュリティ上の問題• 電波干渉＝制御不能• 離発着場の競合＝品質低下、墜落に至る。
• データトランザクションの衝突＝品質低下、制御不能への配信• 格納庫の競合＝品質が低下する• オペレーション／オペレーターの数の競合＝品質低下、コントロールの喪失

各国の準備状況• 主：UTM（UAS/UAM運行管理システム）• EU：2021/664, 665, 666 UTM/USP要件の法制化について• FAA（連邦航空局) ATM-UTM連携のためのFAAクラウド(LAANC)• 日本では: DIPSはフライトプラン予約といくつかの追加機能をサポート。
• ISO 23629-5（機能構造）、-12（サービスプロバイダ要件）が公開された。
• ICAOがUTMの方向性を発表（バージョン4）• 副？: DAA(探知・回避システム)• 中国：DAAに向けたUAS間の総合通信の構築を目指す（IEEE Std 1939.1™-2021)。
• UAS-航空機間、UAS-UAS間のDAAについて、ISOで検討中（中国がリードしている）• EUROCAEは、 ED-267(VLLにおけるDAAのための運用サービス・環境定義)を発行• その他: CUAS(カウンターUASシステム)• EUROCAEとRTCA：CUASの最低要件について議論（EUROCAE ED-286
Operational Services and Environment Definition for CUAS)

Airspace Conflict Management Model
Environmental Requirement

Compliancewith Law

AircraftCommonSense / FlightRule

Separation

SP/RWCRoW

Deconfliction Subjects (System Function, Structure)
Controlled
Operator
No-Controlled
UA /DAA System

Facility
ManagerAuthorities
ATC/UTM

CUAS

Ground Conflict Management Model
Environmental Requirement
Facilities- GroundResource- Operational
Resouce

AircraftPayloadManagement
Concept

Type

Cargo/Privacy

ConOPS

Deconfliction Subjects (Service Quality, System Function)
Flight Operator
GroundOperator
Port UsageManagement

Shortage

Quality

Security

SafetyHanger Usage

Aircraft
Resource
Payload Status

UTMの機能とは？

UTMの紛争解決モデル (NASA資料)
戦略的紛争差配

分離規定

航空状態認識

適合性観察

戦略的紛争解決

動的再経路生成

運用計画

紛争勧告・警告

運航通知

監視

衝突回避

Airspace = 空域分離等
Airborne = 機体・飛翔体間Ground = 地上・地理的障害

地上監視

運航計画

位置情報放送・リモートID
地理的飛行抑制

可視性・可聴性強化
検知・回避

衝突回避
障害物回避

[運用] 運航管理の標準機能 – ISO 23629-5• 6つの主要機能• 航空情報管理機能• 予約機能• 運航計画管理機能• 位置情報管理機能• 補足データ提供機能• レポート機能• 外部サービスとのインターフェース• ユーザー・ステーク
ホルダー間• 補足データサービス
プロバイダ間ISO/DIS 23629-5, Unmanned aircraft systems — UAS traffic management(UTM) — Part 5: UTM functional structure

11Comparison between ICAO,ISO,EU and FAA UTM Function definition

各国のUTM検討のモチベーションの比較• 『有人航空機を無人航空機から守る』目的 (米国、スイス、ニュージーランド、ポーランド)• 『UniSky、空域管理を一つにする』目的 (EU、フランス、英国、オーストラリア)• 『国内警備と可用性』（イスラエル）• 『イノベーションの促進』目的 (ドイツ、インド、韓国）→モチベーションからUTM設計思想へかなり影響していると思われる。

UTM設計モデルの思想の違い• オランダ政府による2022年の発表による• 参加型モデル (Participation Model)• 国、地方自治体、既存の実施団体、市場関係者の平等な協力に基づいて、U-Spaceエコシステムの設計と維持が共同して段階的に確保される (Swiss, Belgium)• サポーターの数、ローカルカスタマイズ、将来性とコストシナリオに優れる。

• 管理型（国策型）モデル (Management Model)• U-Spaceの創設に公共的関心があり、国の引き上げがないと十分に軌道に乗らないという前提に基づく (Netherland, Poland, France)• 市場アクセス、公共性、管理性に優れる一方で、ローカルカスタマイズ、トータルコストに問題点がある。

• 市場型モデル (Market Model)• 市場先行、国家は抑制的な役割を選択する (US)• スケーラビリティ、将来性、トータルコストに優れる一方で、外界環境の変化や均一性、管理性に弱い。

• 統合型モデル (Integration Model)• UTMの設計を、現在の空域管理（ATM）にできるだけ合わせることを目指す (UK等)• 均一性、管理性に優れる一方で、参加者数、変化対応、カスタマイズ性、将来性、コストシナリオに難がある。

国策型
統合型
刺激参加サポート
均一性
EUレベル
田舎

市場へのアクセスのしやすさ
組織
ローカルカスタマイズ
管理性
スケーラビリティ
将来性

コスト
コストシナリオ
コスト状態

オープンマーケット型

参加型

U-Space実装の状況(October 2022)
U-Space Service Implementation Monitoring Report - Single Europian Sky Area Member Status
Edition October 2022 - Mapping - Yuichi Yaguchi
U1-Foundation Services
U1-1

U1-2
NetworkRegistration

U2-Initial Services

U1-3
Geo-Awareness

Identification

U1-4

U2-1

U2-2

U2-3

U2-4

Registration

Geo-Fence

Emergency

UAS Flight

WeatherAssistance

Provision

Management

Authorization

U2-5

Information

U2-6

Tracking andOperation Plan

Position

Preparation/Opt

Reportingimization

U2-7

U2-8

Conformance

Traffic

Monitoring

U2-9

Information

U2-10

Drone

Procedural

Aeronautical

Interface with

Info. Mgmt.

U2-12

U2-13

U2-14

Surveillance

Operation Plan

Risk Analysis

Accident/Incide

Processing

Assistance

Data Exchange

ATC

U3-Advanced Services

U2-11

nt Report

U2-15

U2-16

Navigation

Communication

InfrastructureInterface

Monitoring

Poland5555455555555535444ITItary

5545454545454544555HR

Croatia

5455355555432532552MTMalta

5545452525424542

555FR

France544532444544444442

2

IE

Ireland

53

3

54

4444

432

3

322

13

2BE

Belgium

534532333

33

3

553

325SE

Sweden5345223232224322

35DE

Germany5355335533333533FI

Finand5335323222232322ESSpain

335523533535353CZ

Czech Republic

534433333233

32NO

Norway4245222542222NL

Nethernlands

444

5222

52222

DK

Denmark

33442235242CH

Switzerland

55454

15211HU

Hungary

2252222225AM

Armenia

33353335433GEGeorgia

52352222222LT

Lithuania

3334233332SI

Slovenia522522222RSSerbia

22253225AT

Austria

5225222

LV

Latvia422522

EE

Estonia

42332

LU

Luxembourg

5355SK

Slovakia

422UA

Ukraine22IS

Israel32

GR

Greece1PT

Portugal

2

BG

Bulgaria

CY

CyprusRO

Romania

U2-20

GeoSpatial

Population

Information

Density MapService

5U2-21

U2-22

U2-23

Electromagnetic

Navigation

Communication

InterferenceCoverage

Coverage

Information

Information

Information

55345454553545222254523523425222132232222232222224423225252

53323252224222522222223232233151112252222333322222233333332222222252223222222222222222222222222252222222222231222222521122222222222222222224222222325422221141254

51121122222222222222

U2-19

Digital Logbook Legal Recording

55

U2-18

Monitoring

PL2

U2-17

22
25

U2-24

U3-1

Citizen Report

Tactical Conflict

ServiceResolution

U3-2

U3-3

Collaborative

Dynamic

Interface withCapacity

ATCManagement55554233555542332322354322223335224235533253332232222233322225533332222222242222222225222222222222222323111353113111122252222222222335532222233332222255552355222222222223332222222222222222222222222222222224222222222222215111121111122222222222222222222223444222225222211112555112222234422

Detect and Avoid (ICAO)• 定義• "衝突する交通やその他の危険を見たり、感じたり、検出したり、適切な行動をとる能力"• この能力は、RPA飛行の安全な実行を確保し、すべての空域クラスですべての空域ユーザーとの完全な統合を可能にすることを目的としています。

• ハザードの軽減（DAA能力またはその他のもの）• 競合する交通• 地形・障害物• 危険な気象条件• 地上作業• その他の空中ハザード•••••

Relative actor

Flight paths
Static / Dynamic objects
Weather / Geofence
Port / Takeoff and arrival
UAVs / UAMs / Manned Aircrafts
RPA: Remote Piloted AircraftTarget of Conflict Management• 機体の身体性に即して、Separation Provision と Remain Well
Clear の定義の明確化が必要
SP: Proposal

NASA Consideration

RWC: ICAO Definition

DAA Category• 地上型DAA⇒UTM（ATM）情報• 航空機搭載型DAA• 非協調DAA（センサー）＝"自己判断 "を可能にする。
• ほぼ視認可能な状態（夜間を除く）• 自然物検出にはこのタイプが必要• 協調型DAA（無線・電磁波）＝自己位置の通信を行う。
• 見えない状況での利用を可能にする• 他の飛行物体がアクティブセンサーを装備することができる

Small UAS Detect and Avoid Requirements Necessary for Limited
Beyond Visual Line of Sight (BVLOS) Operations, Assure, May19, 2017

DAA Structure

しかし、ASTMはTactical Phaseはモニタと状況の気づきの教示にとどめる。

ATCからの指示があればそちらが優先される？

ISO/DIS 21384-3
Figure 2

DAAはUTMと関係なく動作→UTMは『航路逸脱』と評価？
ASTM F3458-21

タイムラインにおける紛争解決の責任の所在
UTM
Recover Flight

Secondary flight responsibility (Advice)
Reservation

Dynamic Rerouting

Take responsibility? or Not?

Dynamic Rerouting

CM Advisory (Global CM) & Rule Teaching

CM Status of UA
Strategic

Pre-Tactical
RWC

Tactical
RWC/
RWC/
IntruderThreatCACA

Tactical (Post-CA)
RWC/
RWC/
ThreatIntruderDetection - Tracking

UA Status on DAA

CM Communication (Local CM)
Risk: <10^-5?

Risk: <10^-7?

Risk: <10^-9?

Primary flight responsibility (but AI?)
DAACA
可用性の向上Maneuvering
Risk: ≒ 0を目指す

DAAシステムからの情報は何が出るべきか？
• Message from/to DAA (or UA)• Situation Awareness Information (SAI)•••••

Traffic – 交通状況
Terrain – 地形状況
Obstacles – 障害物状況
Weather – 天候状況
Other Hazardous – 他のハザードの状況• View / Map for SAI - 気づきの位置・マップ• Remain Well Clear Information (RWC)
••
•
•
•

Ensuring Safe Operation – 安全運用の確保状況
Traffic – 交通状況
Terrain and Obstacle - 地形・障害物の検知
Groups of People - （検知できるなら) 人の状況
Flying Wildlife – 飛翔物

Coop-DAAAT Decision = UA
NonCoopDAA

UA

Coop-DAAGCS/RPA

USP

Onboard

RPA Responsibility = Operator
How to make decision? (RP? UA?)C• DAA Health/ Function State – DAAの状態, 運航機能状況• Flight Recommendation (Path-resetting from UTM) – 動きた
い・動かせたい方向に対しての教示

最初のポイント: SP/RWCをどう扱うか？
• DAA・オペレーション側: RWC情報→自己判断→機動• UTM側: SP情報→行動から派生する「他のコンフリクト」の管理→行動命令 (動かせないので命令)• 通信の必要性：（報連相）• 連絡: 自己位置と行動、SP/RWCの情報の共有• 相談: 行動推奨・決定・命令• 報告: 状況報告・事故報告

Housensou - spinach
Hou – 報告 – Report
Ren – 連絡 – Note
Sou – 相談 – Discuss協調と通信の問題

UTM
FIMS Requirement?
FIMS• ９者直列の構成で協調が必要• GCSとRPAを挟んだ "人（またはAI）頼み"。
• USPとDAA間のメッセージングのみではなく、『他機連携』が最終目標• 運用上、他のデータソースからの情報は「必須」である。
• FIMSにそのような大量の情報を与えるべきでしょうか。
• FIMSにない場合、他の航空機の運用状況をどのように管理するのか？
• リアルタイムの性能をどう担保するか？
• P2P、V2V、CASが考えられるが、どのように定義するか？
• DAA の状態をどのように共有するか？

USP

Inter USS?
Oth. USPｓ

GCS/RPA

UA

DAA

P2P?

V2V?

CAS?

GCS/RPAUA

DAA

解決のためのルール導出: ResponsibilitySensitive Safety• 明示的規則と黙示的規則を数量化し、行動に対するリスクの定量評価によって最適な行動を得ようとする安全リスク解析手法

自動車におけるRSSとUASにおけるRSSの違い（検討中）• 前方の車両に衝突しない（前後方向距離）• 無謀な割り込みをしない（横方向距離）• 優先通行は譲られるもので、自分からとりに行くものではない• 視界が限られているエリアでは慎重に走行する• 別の衝突を引き起こす危険がない
限り、必ず衝突を回避する• (Reservation) 予約航路内の進行方向にいる他機体に衝突しない。
• (SP/RWC) 一定の航行可能な体積内にいる他機体に衝突しない。
• (Flight Density) 機体密度の高い方向に航路の変更を行わない• (Obstacle Avoidance) 地上物等の衝突危険度の高い方向に航路の変更を行わない• (Flight Density) 機体密度が高いエリアでは慎重に航行する• (Detect and Avoid) 別の衝突を引き起こす危険がない限り、必ず衝突を回避する

UASにおけるRSS解析の初期検討の課題• 自動車はレーンが決まっている＝１者による判断が主→UASでレーンが決まっていないと、自由空間ではN体問題になる可能性が高い。
自動車はここの組み合わせを上手く解消
𝑇 𝐴, 𝛼𝑖 , 𝛼𝑗

1している（レーンチェンジ）が、航空機はここが解決できていない• T(): RSSのリスク関数,• A: 環境, 地理, 機体位置, 空間密度, 他の動的物体の存在確率等の情報 =上位監視なのでUTM側の情報,• α: 回避行動のセット – Collision Avoidanceフェーズでは、上下左右および静止に関する機動しか選ぶことができなそう。
• 細かい機動をする場合はもっと前にすべき＝UTM側からのOperation指示？誰が責任をとれますか？

Counter UAS（CUAS)の必要性と弱点• UTM=『交通管理』、DAA=『回避行動』に加え、CUASは『警察機構/外界からの監視』• 本来ならばかなり重要な立場だが…まだ多体のフライトまで至っていないので、議論が後回し。

• CUASの問題点 = CUASが『物理的・サイバー的なセキュリティホール』となる• CUASでの『攻撃的な対処』 - RF/GNSS Jamming, High-power
Electromagnetics, Spoofing, Laser• Jamming = DoS的なものと疑似Spoofing的なもの (ランダムデータ)→ DoS対策 (効かない場合の対策）→ 疑似Spoofing対策 (低信頼データの除去）• Spoofing = 確定的なデータを潜り込ませる
Failsafe？
→ データのID, 暗号化→ 必要最低限のデータ通信にする

CUASユースケース
Supplemental
UTM/ATM/USP
CUAS
Communication
Function

SDSP

CUAS
Mitigation
Function

User

Target UAS
CUASManagement
Function

CUAS

CUAS
Surveillance
Function

CUASの機能構造
CUAS Communication Function

Interface

UTM/USS Support / SDSP Transaction
User Monitoring

User Action
CUAS Management Function

Function

CUAS Surveillance Function

CUAS Mitigation Function②
Identification- Feeds- Verify④Mitigation①Detection- Survey- Inform③Tracking- Trajectory- History(Guide)Warn

AttackRestoric-tion

Observation Area / Frequency / Wireless Band

Operation Planning / Strength

System Integrity / Data Integrity

System Safety / System Availability
How?
(Interface, Path)ED-286に記述される5つのCUASコンポーネント

CUAS構築時にあるリスクの定義
UTM/ATM/USP

SDSP

Environmental
Risk
Assessment

Cyber Security
Risk
Assessment

Equipment Coverage

User

Target Area
Target UAS
CUAS

Quality
Assessment

Quality/
Safety Risk
Assessment

CUAS導入のためのサプライチェーン
User

Manufacturer
ServiceSpecification

Production

Quality and Risk
Definition

Order or
Purchase

ManageTarget Area

CUAS
Manufacturer
Safety Risk
Assessment

Install

Quality Assessment
Risk Assessment

CUAS

CUAS
CoverageなぜISOか？→標準化の在り方• ISOは確かに『国際連合経済社会理事会に総合競技資格を有する機関』である。→ 製品の輸出入に対しては力がある• ICAOも同等の機関であり、『民間航空』に対して力があり、各国はこちらに批准 (但し、RPASには熱心だったが、UASには当初はそこまで熱心ではなかった模様）• 欧米各国は『民間標準を各国法規・標準として採用』する形でとりまとめを行った。
• 日本は産業政策の立場からICAOよりはISOの方を先行して対策を行った→ので、ISOに注力していた。
国際標準

各国法規 / 各国標準フォーラム標準(民間標準)
会議体(標準化なし)36

ISO TC20/SC16 Unmanned Aircraft Systems

37

“クラウドロボティクス ”としての紛争解決UTM =Cloud
UASの自動化には強い統合が必要= まさにCloud Robotics
DAA =Edge(Robot)

CUAS =Edge(IoT)現在のCloudの例: FAA Cloud Service
参照: FAA

FIMSを中心としたVLLに対するサービスを各社USSを通して管理

まとめ• UAS/UAMの運用に対する紛争解決の全体構想を記した。
• 実際にUAS/UAMを運用するシステムを作る場合は、クラウドロボティクスの枠組みに頼ることとなる。
• UASの紛争解決ロボットを導入する上での安全・安心の課題を要求としたシステムとして『クラウドロボティクス』技術が利用できる• しかし、実際に作る場合は、国毎や国際的な枠組みの中で、エコシステムの哲学を先に決定するべきであると考えられる。
• 精密なエコシステムを構築するために、特に、国際的な場面では標準化が必要である→ISO TC20/SC16で活動している。