第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

26. A-SMGCシステム経路設定機能の開発
推奨経路生成のための空港面地上走行のモデル化 その2
独立行政法人 電子航法研究所
航空交通管理領域
通信・航法・監視領域
機上等技術領域※山田 泉、青山 久枝
二瓶 子朗、角張 泰之、宮崎 裕己
古賀 禎第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

Outline1. 推奨経路生成機能の概要
2. 地上走行モデル化の手法
3. 仙台空港モデルと実際の運航の比較検証– 誘導路走行時間再現性について
4. 速度プロファイル詳細モデル化の必要性
5. まとめ2

第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

1.1 背景 航空交通増大と空港面
低視程条件での空港面運用– 安全と効率を維持する必要性

運航の高密度化– 地上走行の円滑性の確保が必須

大規模空港特有の問題– 複雑な走行経路

飛行中の交通管理と同様、空港面の管制支援システムが必要⇒A-SMGCシステム
3第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

A-SMGCシステム：４つの基本機能
監視機能

経路設定機能– センサ情報を用いて空港内の全移動体を自動識別表示– 移動体の経路を指定可能– 手動／自動 両方を想定

誘導機能

管制機能

– 経路指示内容を明確に表示– 危険な状況を検知・予測して解決策を提供
衝突

4

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1.2 電子航法研究所が目指す経路設定機能
最終目標

自動（フルオート）の経路設定・指示

自動的な経路生成
推奨経路生成アルゴリズム
大規模空港での周囲の交通状況を踏まえたフルオートの経路生成アルゴリズム

管制官の裁量による（マニュアル操作）
経路設定・変更・指示
経路設定インターフェイス装置

標準経路情報の提示
地上走行経路分析5第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

1.3 推奨経路生成機能の開発
経路設定の自動化：計算機による推奨経路生成
開発の各段階基礎
空港面地上走行のモデル化
現実の航空機の空港面走行を正確に模擬するモデルの構築

空港面実運航データに データ収集
よる改良

推奨経路生成アルゴリズムの開発
経路探索計算法の検討
実運航の交通パターン抽出
・・・
実際の運航と一致する・走行パターン
実装へ ・走行時間

データによる改良

計算モデルを基盤としたシステムの研究開発

6第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

Outline1. 推奨経路生成機能の概要
2. 地上走行モデル化の手法
3. 仙台空港モデルと実際の運航の比較検証– 誘導路走行時間再現性について
4. 速度プロファイル詳細モデル化の必要性
5. まとめ7第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

2.1

空港面地上走行のモデル化

8

第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

2.1

空港面地上走行のモデル化

エッジ（値：距離）

9第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

2.1

空港面地上走行のモデル化

ノード（通過／停止位置）10第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

2.1

空港面モデル空港面地上走行のモデル化

航空機モデル

最短経路

空港面モデル：距離値、通過／停止位置– 最短経路探索（Dijkstra法）を基礎とした推奨経路生成アルゴリズム

航空機モデル：速度、停止時間– 空港面モデル上を移動することにより、現実の地上走行を模擬

11

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2.2 航空機モデル
走行フェーズ／エリア別の速度による等速走行を仮定– 可能な限り単純なモデルとするため

離陸
滑走

滑走は等加速度の加速／減速を仮定
例：出発機の速度変化
速度プッシュバック

0

エプロン
走行

誘導路
走行

プッシュバック
離陸
滑走

誘導路
走行
エプロン
走行

時間

12

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2.3 旋回箇所の処理
実際の運航では、旋回部分を減速して通過→減速による走行時間増加をマップ側の走行距離増加に置き換える
ノードに距離値を設定する方法

通常のノード：
距離値なし

エッジの距離値を調整する方法

旋回部ノード：距離値を設定旋回部エッジ：
実際より大きい距離値
13第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

2.4

閉塞制御 複数機環境のシミュレーション

一時停止による追突防止等の再現– 複数機が走行する状況を模擬するため元となるアイディア…鉄道の信号機制御– 他機が通過中のエッジは通過禁止（区間閉塞）– 通過禁止エッジに入らず一時停止
交差点で停止使用中：他機の通行禁止
14第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

Outline1. 推奨経路生成機能の概要
2. 地上走行モデル化の手法
3. 仙台空港モデルと実際の運航の比較検証– 誘導路走行時間再現性について
4. 速度プロファイル詳細モデル化の必要性
5. まとめ15第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

3.1 誘導路走行時間再現性検証
モデル化した空港：仙台空港
検証シミュレーション条件– 航空機モデルパラメータは型式ごとに設定– 実際の運航を模擬したシナリオ
プッシュバック開始／着陸時刻
走行経路、使用スポット

検証の方針– 実測値とシミュレーション再現値の比較– 誘導路走行時間再現性に注目
16第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

3.2 取得した実運航データ
取得日：平成17年10月27,28日（滑走路27運用）
移動開始時刻、各地点通過時刻、走行経路を記録
出発機：72機 プッシュバック開始から離陸まで
到着機：60機 着陸からスポット到着まで
滑走路27方向
B1

B2B3A-RWY B4

B5B6

平行誘導路
エプロン
走行時間再現性を検証する区間

スポット
17

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3.3 誘導路走行時間再現性：到着機
数秒～数十秒の誤差範囲内で実際の運航を再現– 一時停止を伴う場合に大きな外れ値
滑走路横断
エプロンでの待機

B3A-RWY

シミュレーション再現値[秒]250

全体的に良好な再現性

200
150

一時停止を伴う運航

100

y = 0.9601x
R2 = 0.6919

500050100
150
実測値[秒]

200

250
18

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3.3 誘導路走行時間再現性：出発機
再現性に大きなバラツキ– 特に、走行中に一時停止を伴う場合にバラツキ大
シミュレーション再現値[秒]

450
◆
■

400
350

停止あり
停止なし

y = 0.988x
R2 = 0.5851

300
250

y = 0.748x
R2 = 0.3027200

全体的な傾向では再現性良好に見えるがバラツキが大きい

一時停止を伴う場合、再現値が実測値を下回る傾向にある

150
100
500050100 150 200 250 300 350 400 450
実測値[秒]

19第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

3.4 走行距離と走行時間の関係
到着機：実際の走行時間– 走行距離と走行時間がほぼ比例関係→ 等速走行モデルが当てはまる
A-RWY
B3– 直進距離が長い
250

Aから離脱
B3から離脱走行時間[秒]200

spot12

150
100
spot9

spot2

spot1

直進距離：700～1,800m（A離脱：700～1,300m
B3離脱：1,200～1,800m）

50
spot10

spot2

0
700

900

1100

1300
1500
走行距離[m]

1700

1900

旋回距離：80m程度（エプロン進入時の旋回）
20

第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

3.4 走行距離と走行時間の関係
出発機：実際の走行時間– 走行距離と走行時間が必ずしも比例しない→ 等速走行モデルの当てはまりが悪い– 直進距離が短い
走行距離の増加に対して走行時間がほぼ横ばい

300

走行時間[秒]250200

spot12150
100spot1

直進距離：0～650m

50
spot2 spot3spot4

spot5spot
spot6 spot7 spot8 10～120
400

500

600

700
走行距離[m]

800

900

1000

旋回距離：350m程度（エプロンから平行誘導路、B6誘導路から滑走路まで）

21

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Outline1. 推奨経路生成機能の概要
2. 地上走行モデル化の手法
3. 仙台空港モデルと実際の運航の比較検証– 誘導路走行時間再現性について
4. 速度プロファイル詳細モデル化の必要性
5. まとめ22第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

4.1 走行速度に関する考察
実際の運航の速度プロファイル例– 羽田：J3誘導路での直進走行（1,100m）
40

C-TWY
E-TWY

走行速度[km/h]3530

1,100m252015

旋回速度からの加速

105

旋回速度に向けた減速

W-TWY
A-TWY

0020406080
走行時間[秒]– より現実的な速度モデル

速度

0100

J3 J2120

定常速度
緩やかな加速

緩やかな減速

緩やかな減速時間
23第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

4.2 直進距離と等速走行モデルの妥当性
直進距離が長い場合、等速モデルの当てはまりが良い– 定常的な速度で走行する時間の割合が大きく、加減速フェーズの影響が小さい
等速走行モデルに設定すべき速度

速度

0

等速走行モデルに設定すべき速度（台形型プロファイルと矩形型近似の面積（走行距離）と底辺長さ（走行時間）が一致する速度値）がほとんど変化しない

時間24第9回 電子航法研究所研究発表会(2009.6)

4.2 直進距離と等速走行モデルの妥当性
直進距離が短い場合、等速モデルの当てはまりが悪い– 定常速度まで加速せず減速を開始する場合があるため等速走行モデルを用いる限り、直進距離に応じて速度パラメータを調整する必要が生じる– モデル調整が煩雑となる
等速走行モデルに設定すべき速度

速度

0

等速走行モデルを用いると設定すべき速度が直進距離によって大きく変化する
この速度プロファイルのとおりに航空機モデルを走行させた方が適当では？
時間25

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4.3 今後の課題
加減速を考慮した航空機運動のモデル化– 直進距離の短い経路での走行時間再現性– 一時停止を含む場合の走行時間再現性⇒ 経路形状が複雑・多様となる大規模空港の混雑状況を模擬するため有効一時停止を含む走行の速度プロファイル

等速走行モデル：
停止状況に応じて速度を再設定する必要加減速を直接モデル化する方が、モデルがより単純・高性能に

速度

0時間

26

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5 まとめ
等速走行を仮定して航空機地上走行のモデル化を行った
実運航データと地上走行モデルのシミュレーション再現値との比較検証を行い、誘導路走行時間の再現性について検証した
直進距離が長い走行では良好な再現性が得られた
直進距離が短い走行では加減速を考慮したモデル化を行う必要性が明らかとなった– 経路形状により直進が短い場合– 走行中に一時停止を行う場合
27

謝辞
運航状況調査にご協力いただきました
東京航空局仙台空港事務所
東京航空局東京空港事務所
電子航法研究所岩沼分室の関係各位に深く感謝いたします。