Electronic Navigation Research Instituteターミナル空域での衝突危険度推定ソフトウェア
航空交通管理領域
藤田 雅人

Electronic Navigation Research Institute

内容
1. 導入
2. Rice衝突危険度モデル
3. 平均衝突危険度モデル
4. Riceソフトウェア
5. 検証
6. まとめ2012年6月7日

電子航法研究所 研究発表会

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安全管理・衝突危険度モデル・使用上の注意

導入

2012年6月7日

電子航法研究所 研究発表会

3Electronic Navigation Research Institute

安全管理
設計時

運用時

衝突リスクに対して
管理 衝突危険度推定
安全リスク
リスク管理
安全リスク
危険因子の洗い出し• ヒヤリ・ハット
データ解析• 構造化ミーティング

システムの記述／ギャップ分析

システム稼動／業務

ハザード同定安全性能監視・測定

安全リスク評価

継続的な向上安全リスク：低安全リスク：高安全リスク軽減措置

2012年6月7日

安全保証

電子航法研究所 研究発表会

大きな変化
小さな変化
是正措置

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Electronic Navigation Research Institute衝突危険度モデル• ICAO SASP (Separation and Airspace Safety Panel)等で開発・利用• RMA (Regional Monitoring Agency)やEMA(En-routeMonitoring Agency)などで利用• 主に衝突件数の期待値（ないし、事故件数の期待値）を計算する数理モデル– 1飛行時間あたりの衝突件数の期待値（ないし、事故件数の期待値）– 一定期間あたりの衝突件数の期待値（ないし、事故件数の期待値）
RMA, EMA・・・ PBN (Performance-based Navigation)運航・RVSM (ReducedVertical Separation Minimum)運航の安全性を監視する監視機関であり，定期的に衝突危険度を算出

2012年6月7日

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モデル化• 衝突危険度は影響の少ないと思われる成分を無視し、ある想定の下での（長期的に見た）衝突回数の予測• 「どこまで想定すればいいのか？」：実現性・コスト versus 精度– トランスサイエンス＝科学の言葉で定式化できるが、科学だけでは事実上答えられない問題（Weinberg A. M. (1972). Science and TransScience, Minerva 10, 209-222.）

2012年6月7日

電子航法研究所 研究発表会

6Electronic Navigation Research Institute

衝突危険度モデルは使用上の注意をよく守ってお使いください。
1. 衝突危険度推定値はあくまで目安として解釈してください。
2. 本製品はハザード（危険因子）同定作業に代わるもの
ではありません。

2012年6月7日

電子航法研究所 研究発表会

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航空機ペアの汎用衝突危険度モデル

RICE衝突危険度衝突危険度モデル
衝突危険度モデル

2012年6月7日

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8Electronic Navigation Research Institute主要衝突危険度モデル一覧
CRM
Reich (1966)
Hsu(1981,1997)
Rice (2003)
Proposed2012年6月7日

多数の多数の航空機
時間変化する
時間変化する
直線飛行以外の平均リスク
平均リスク誤差をも扱える。
える。
誤差を扱える。
える。の計算No
Yes
NoNo (Hsu)
Yes
Yes (AndersonNoet al.)
Yes
No
Yes
Yes
Yes
Yes

電子航法研究所 研究発表会

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Rice衝突危険度モデルのコンセプト
複雑な形状

時刻tでの相対位置と相対速度の確率分布
ft(X,V)

形状の簡略化

単純な形状• 相対運動• 簡易な幾何学

Ω
大きさを持たない点とCollision volumeと呼ばれる物体との衝突

2012年6月7日

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Rice衝突危険度モデル
Pr collision during
Ψ u&' $%

,,

Ψ u
!∙

#

航空機ペアしか考えない

Risk exposure function (危険曝露率関数)

ft(X,V)をを求めること：モデル化の問題
めること() *+,,-.-+/ 012-/3 45 , 46 を計算すること計算すること：数値計算（計算量）の問題
すること
真のトラジェクトリ＝名目トラジェクトリ＋誤差
管制官などが「そこにいる」と思っている位置・速度
2012年6月7日

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Rice衝突危険度モデルの変形

平均衝突危険度

2012年6月7日

電子航法研究所 研究発表会

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独立運用
矢印：交通流破線：名目上の管制間隔○：ある時刻の航空機の名目位置• 直感的に、左図のケースが高い衝突危険度• 左図と右図の状態が起こる確率は同一と考えられる
Rice衝突危険度モデルを独立運用環境下でも使えるように拡張する。

2012年6月7日

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衝突危険度モデル（proposed）
仮定：飛行する航空機のサイズ・性能・手順は各交通流で不変

交通流1

交通流2

交通流2の流率
交通流1の流率! !7

1時間あたりの衝突件数の期待値
Ψ s, tf s, t, X, V
2012年6月7日

&' $%

$%$%

#:, , ,!∙:,> ζ, V > η9 9

Ψ s, t dt :交通流1の航空機の位置と速度の確率密度関数7

電子航法研究所 研究発表会, ζ, η dζdη
交通流2の航空機の位置と速度の確率密度関数
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モデルのソフトウェア化

RICEソフトウェア
ソフトウェア2012年6月7日

電子航法研究所 研究発表会

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ソフトウェア化の動機・実現性• （新方式導入前などに）色々条件を変えて計算を行う必要性。
• 誤差が（衝突危険度モデルでよく使う）正規分布や両側指数分布ないしその混合分布に従うとする限り、画一的な公式を用いれば、（幾分）計算量の削減が可能。

2012年6月7日

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ソフトウェア試作品
航空機のトラジェクトリ
定義
速度(IAS,TAS,GS)・上昇率・旋回角・風向・風速を入力する．

誤差分布
風速・ヘディング・航法
精度に関する簡易な誤差モデル

2012年6月7日

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17Electronic Navigation Research Institute

独立部隊によるソフトウェアの実装

ソフトウェアのソフトウェアの検証

2012年6月7日

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Electronic Navigation Research Institute

検証方法• 衝突危険度モデル実装に関する問題点– 直感的に正しい答えが分からない。
– 式が正しくとも、ソフトウェア実装時にミスを組み込む可能性がある。
• 小さなステップ毎での頻繁なテスト• 異なるプログラマによる２つの実装の比較
2012年6月7日

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衝突危険度推定対象シナリオ• VOR機とRNP機の衝突危険度推定シナリオ• M. Fujita, “Average collisionrisk for OR 26”, ICAO
SASP/WG/WHL/17-WP/18,
Montreal, 10-21 May, 2010.と比較

2012年6月7日

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計算結果
CategoryCat. A

Cat. A

Cat. C

Cat. CRNP-type

RNP 0.3

RNP 1

RNP 0.3

RNP 1

衝突危険度
衝突危険度
（参照結果）
参照結果）
衝突危険度
衝突危険度
(RICE)

6.28x10-9 8.18x10-10 1.96x10-6 2.27x10-7
6.50x10-9 9.38x10-10 9.08x10-7 6.98x10-8• RICEソフトウェアでは，参照文献より複雑な運動モデルを採用しており、同一の計算結果を望むことは出来ない．
（RICEソフトウェアでは旋回半径に関してより現実的な仮定が採用されている．）• RICEソフトウェアの計算結果と参照文献の結果は概ね大きな乖離がない．
• 他のシナリオでのRICEソフトウェア以外の計算結果との比較も必要
2012年6月7日

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21Electronic Navigation Research Instituteまとめ2012年6月7日

電子航法研究所 研究発表会

22Electronic Navigation Research Instituteまとめ(1)• 衝突危険度使用上の注意• Riceモデルの紹介• 独立に運用される方式が作る2つの交通流の平均衝突危険度が計算できるようRiceモデルを変形• ソフトウェアとして実装– ソフトウェアの妥当性検証：過去に衝突危険度推定を実施したシナリオで，新たに当該ソフトウェアを用いて，衝突危険度推定．両者の計算値が大きく異ならない．
– 計算時間がかかる（数分～数日）

2012年6月7日

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23Electronic Navigation Research Instituteまとめ(2)• 当該ソフトウェアを実運用に耐えるものとするために。
– 計算の更なる高速化や運動モデル・誤差モデルの追加– 他のシナリオでの計算結果の検証

2012年6月7日

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ご清聴ありがとうございました

2012年6月7日

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