電子航法研究所研究発表会（第14回平成 26年6月）

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航空交通管理領域※天井 治，松岡 猛

海上保安大学校（元航空交通管理領域）
1. ࡣࡌࡵ࡟

藤田 雅人となって就航率向上に寄与している．また RNP

航空機の飛行は，視程の良い有視界気象状態

AR 進入方式では自由度の高い経路設定が可能（Visual Meteorological Condition：VMC）の時にとなり，経路短縮ひいては飛行時間の短縮に繋遊覧飛行や航空写真の撮影などで用いられる有がっている．

視界飛行方式（Visual Flight Rule：VFR）と，常航空管制では，安全で効率的な航空機の運航に航空管制官（以下，管制官）の指示に従ってのために航空機相互間の最小安全間隔（管制間飛行する計器飛行方式（Instrument Flight Rule：隔）の基準を定めている．レーダ画面上で航空IFR）に分けられる．航空会社の定期便は通常機を把握して間隔を確保するレーダ間隔の基準

IFR で運航され，本稿では IFR で飛行する航空は，レーダアンテナから 40 NM（Nautical Mile：機のみを対象にする．

海里（1 NM=1,852 m））以内では 3 NM，それ以航空交通管制（以下，航空管制）では，航空

遠では 5 NM である．後方乱気流を考慮した場機が滑走路に安全に着陸できるように計器進入

合，機種の組み合わせによるが，最大で 8 NM[3]方式（Instrument Approach Procedure）が定めら（スーパーとスモールの組み合わせの場合）とれている．これは「IFR 到着機が秩序良く進入なる．時間間隔を考える場合，航空機同士の前し，計器気象状態（Instrument Meteorological

後間隔は約 2 分必要である．

Condition：IMC）においても一定の地点まで滑ターミナル管制官はレーダ画面上で航空機の走路に近づき安全に着陸するための計器に依存

動きを把握することにより，通常，時間的余裕した飛行経路，旋回方向，高度，飛行区域およのある進入の初期～中間段階でレーダ誘導など[1]

び進入復行等の一連の飛行方法」 である．計の方法で順序付けと間隔設定を行い，滑走路近器着陸装置（Instrument Landing System：ILS）を傍の最終段階では航空機同士の前後間隔のみに用いた進入方式は計器進入方式の一つである．

注意すれば良いように航空機を実際に線上に並近年，新しい計器進入方式として，航空機のべて管制を行う．ここで，レーダ誘導とは，管優れた性能を生かせる RNP AR（Required

制官がレーダ画面上で航空機の動きを見ながら，Navigation Performance –Authorization Required：[2]

特別許可を要する航法性能要件）進入方式 がパイロットに飛行方向等を指示することによって，航空機を誘導することである．

開発され，日本でも効果が見込まれる空港からILS 進入方式では，空港に設置された装置か順次導入されている．山などの地形的な制約からの電波を用いて，パイロットは水平および垂ら ILS 進入方式を設定出来ない場合でも，RNP直方向のガイダンスを得ることができる．原理

AR 進入方式では，後述する曲線進入を用いて経上 ILS 進入方式では滑走路手前で 7 NM 程の直路を設定できる．このため，最低降下高度を引線飛行を必要とする．一方，RNP AR 進入方式

き下げることができ，より低視程時においてもは，全地球航法衛星システム（Global Navigation着陸が可能となり，今まで VMC 時しか着陸がSatellite System：GNSS）の高精度測位情報と気できなかった滑走路にも IMC 時でも着陸が可能

圧高度を用い，誤差 0.3 NM 以下の航法精度と－ 57 －

電子航法研究所研究発表会（第14回平成 26年6月）

RF（Radius to Fix） Leg と呼ばれる円弧旋回を運用の安全性と実現方法を研究している[4],[5]．

有する航法機能に基づく進入方式で，航空機の本稿では，混合運用の安全性保証等を Safety

要件，運用手順，乗員の訓練などの要件についCase の考え方に基づく GSN（Goal Structuringて特別な航行許可が必要である．RF Leg は ILSNotation）チャートの作成によって進める方法に進入方式では実現できなかった滑走路近傍におついて，レーダデータの解析結果やハザード解ける曲線進入を可能とする．図 1 に ILS 進入方析手法の検討結果を示しながら述べる．

式と RNP AR 進入方式のイメージを示す．

2. ΰྜ㐠⏝࡟ࡘ࠸࡚
図 3 に示すように同一滑走路に，例えば ILS進入方式（方式 1），RNP AR 進入方式（方式 2），RNAV（Area Navigation：広域航法）（GNSS）進入方式（方式 3）の 3 つの進入方式が設定され，ILS 進入方式又は RNAV（GNSS）進入方式等の直線進入と RF Leg を含む RNP AR 進入方式を実図1施する到着機が同時に出現するような運用を混ILS 進入方式と RNP AR 進入方式合運用と呼ぶ．尚，RNAV（GNSS）進入方式は，GNSS の情報を用いて飛行するが，RNP AR 進入方式のような RF Leg は利用出来ない．

図 2 管制の困難度

図 3 混合運用の概念

これらの ILS 進入方式と RNP AR 進入方式に

第 1 章で述べたように，混合運用においては，よる滑走路近傍での曲線進入とが同一滑走路に管制官は合流地点の到着時刻を正確に予測して対して同時に実施される場合は，管制官は，異航空機の順序付けを行い，必要に応じ航空機のなる方向から来て滑走路の手前で合流する各航速度調整等を行って，合流地点での管制間隔を空機の到着時刻を予測して順序づけを行い，管確保しなければならない．

制間隔を確保することになる．これは，着陸までに時間的余裕が少ない滑走路近傍においての3. Safety Case

従来の線上ではなく平面に対する思考となり，Safety Case は，証拠に裏付けられた構造化さまた飛行時間の誤差による予測性の低下もあるれた議論（Structured Argument）によって，あるため，処理機数が多くなると管制の困難度が上システムを安全であると受け入れることの正当がるといえる．図 2 にイメージを示した．

性を示すものである．鉄道分野[6]，海上浮体施

我々は，このような幾つかの進入方式の混合

設[7]，沖合施設[8]，自動車分野[9]，原子力分野[10]－ 58 －

電子航法研究所研究発表会（第14回平成 26年6月）など様々な分野で Safety Case が導入されている．

を表す．現在作成中のチャートでは次の状況を航空管制の分野では欧州の EUROCONTROL[11]考慮している．

[12]にて研究，作成が行われている．

議論の記述方法には，GSN [13], [14]がある．最

風向きの変化による着陸方向の変更



間違った進入方式での進入初に安全性を保証すべき基となる主張

通常，GSN チャートでは，長方形の枠の他に（Argument）（「○○は安全と見なせる」等．GSN見易い様に菱形，楕円等を使用するようである

コミュニティでは Goal と呼ばれている）を示し，が，我々は書きやすい様に長方形のみとし，枠それを複数のより限定的な主張（例えば「△△内の色を変えることで見易くしている．また，のとき○○は安全と見なせる」，「××のとき○○は安

図 4 では GSN チャートの一番下の項目はどれも全と見なせる」等）に分割していく．分割の方Note.（覚え書き）になっているが，これは GSN

法は，状況毎に場合分けを行う方法など色々なチャートが未完成のためである．チャートを完方法が考えられる．それぞれの主張に対して，成させるためには，深い検討・考察を重ねて，統計的事実やシミュレーション結果などその主これらを Arg., Str., Evi.などに変更し，一番下の張を支持する証拠（Evidence：Evi.）が示せるま項目が全て Evi. （証拠）となるようにする．

で細かく分解していく．妥当と見なせる証拠が全て示せたとき，基となる主張の安全性は保証されると考える．しかし，重要な状況の見落とし等も考えられるため，多くの人にチャートを確認してもらうこと，できれば異なる分野の人達にも確認してもらうことが重要と考える．

図 5 手順4. ◊✲ࡢ㐍ࡵ᪉
研究の主目的は，提案する混合運用方式を用いた場合の管制手順案の作成と，当該手順案を用いた運用における安全性の評価である．本研
究では，そのそれぞれを 3 章で述べた GSN チャートの作成により進める．チャートに記載する

図 4 作成中の GSN チャートの一部証拠を示すため，そして，活用できる運用方式

図 4 に現在作成中の GSN チャートのごく一部を示した．Arg.は Argument（主張），Str.は Strategyの選択のためにレーダデータの解析を行う．チ
ャートは次のように見落とし等の修正を行う．
（主張の保証方法に関する戦略を記述する方法）－ 59 －

GSN チャート案完成時の管制経験者等の専門家による確認電子航法研究所研究発表会（第14回平成 26年6月）

作成されたチャートに基づくハザード同定

帰直線を示す．対地速度と飛行時間との相関が＆リスク評価（以下，ハザード解析）（6 章

高いことは，対地速度の情報を上手く利用する参照）

ことで飛行時間のバラツキを減らせることを示

そして，修正された GSN チャートに基づいて唆している． ILS 進入方式や RNAV（GNSS）

混合運用に対する管制手順案の素案を作成する．

進入方式の場合も同様にして調べており，飛行当該素案に基づいた方式に従って，チャート内距離 30 NM 程での飛行時間の標準偏差はいずれでの証拠を提供するため，そして，従来の運用も 30 秒程という結果が得られている．

方式と混合運用方式との管制官のワークロードの差等を調べるために航空管制のリアルタイムシミュレーションを行う．
図 5 に手順を示した．リアルタイムシミュレーションの結果を反映させた GSN チャートに対して更にハザード解析を行って修正を繰り返して行き，作成される管制手順案を見落とし等がないものに改良していく．

図 6 飛行速度と飛行時間の関係（r=-0.69）

5. ࣮ࣞࢲࢹ࣮ࢱゎᯒ

前後にいる航空機の飛行時間のバラツキの分混合運用では，航空機の飛行時間のバラツキ布が独立で同じ正規分布に従うと仮定し，飛行が運用方法の選択，検討に強く関係する．この時間のバラツキを仮に 35 秒と考えた場合の前ため，実測データとしてのレーダデータを用い後間隔のバラツキの 95％値は 99 秒となり，22.5て航空機毎の航跡を作成し，同一飛行経路を飛秒の場合のそれは 64 秒となる．

行した航空機の飛行時間のバラツキを飛行方式毎に調べている．

6. ࣁࢨ࣮ࢻゎᯒᡭἲࡢ᳨ウRNP AR 進入方式を飛行する航空機の飛行時

GSN チャートの作成後，効果的な運用が期待間のバラツキを岡山空港と函館空港のレーダデできると考えられた運用方式に対し，HAZOPータを用いて，それぞれ調べた．その結果，岡（Hazard and Operability Studies）[17]を用いてハ山空港（飛行距離 36.3 NM）での飛行時間の標ザード同定を行う．HAZOP は 1974 年に英国の[15]準偏差は 37 秒，函館空港（飛行距離 24.4 NM）

でのそれは 31 秒

[16]

Imperial Chemical Industries 社によって開発されであった．

た化学プラントに対する安全性評価の手法であ函館空港の経路の入口（ウェイポイント名る．ある状態からのズレを考えた「早い／遅い」，YAGEN）における対地速度と飛行時間との相関「高い／低い」などのガイドワードを用いるこ関係を調べた結果，相関係数 r は-0.69 で相関がとにより，ハザードを同定し易くしている．

あり，回帰直線との差（残差）の標準偏差は 22.5秒であった[16]．ここで，ウェイポイントは経路

ここでは，GSN チャートの作成を通じて，混合進入方式における管制手順の要件を開発する．

上に設定された地理上の点であり，5 文字以下その管制手順のフローチャートを作成し，そのの名前が付けられている．

フローチャートに HAZOP を適用することによ

図 6 に相関関係を示す．図中の緑色の線は回り GSN チャート作成時に見過ごされたハザー－ 60 －

電子航法研究所研究発表会（第14回平成 26年6月）

ドを同定する．

方式と混合運用方式でワークロードにどれだけ本研究では，ハザードの原因も考える．欧州（EUROCONTROL）では HERA（Human Errorの違いが出るのかなども計測し，GSN チャート内での証拠の提供を図る．

Reduction in Air traffic management）-JANUS[18]とシミュレーションは，パソコンを用いた簡易呼ばれる航空管制に特化した人的過誤の分析手形シミュレータで行う．図 8 に示すように，2法が開発されている．しかし，これは航空機運台のパソコンを用意して，それぞれのパソコン航に関する情報が少ない．米国（国防総省）でに管制官役とパイロット役を割り当てる．

は，HFACS（Human Factors Analysis andClassification System）[19]と呼ばれる 119 の航空機事故の分析が行われているが，こちらは航空機運航を主体とした人的過誤の分類となっている．どちらも一長一短あり，そのままでは我々の目的には適さないことが分かった．このため，双方の人的過誤の分類リストを併せたリストを作成した．現在，作成したリストを用いて，妥

図 8 シミュレーションの概要

当と思われる人的過誤の原因が導き出せそうかどうかを確認中である．図 7 に当該リストの管制官役は事前に用意したシナリオに従ってHAZOP ワークシートへの適用例を示す．

画面に表示される交通流を処理し，評価を行う．
管制官役としては，航空路管制官を含めた 2 人の場合や飛行場管制官も含めた状況も考えられるが，さまざまな制約からターミナル管制官役1 人での実施を計画している．ただ，一度に一人であっても，シミュレーションの信頼度を上げるためには，異なる複数人の管制官役にシミュレーション実験に参加してもらう必要がある．
パイロット役は，管制官役が音声にて発する管制指示を聞き取って，それに対する応答を行いつつシミュレータに当該指示を入力する．また，必要に応じてパイロットリクエストも行う．
現在，シミュレータプログラムの動作チェッ

図 7 HAZOP ワークシートへのクで確認された修正事項と管制経験者等からの人的過誤リスト適用例

コメント・追加要求への対応を行っている．シ
ミュレーションの実施にあたっては，管制官の7. ࣜ࢔ࣝࢱ࢖࣒ࢩ࣑࣮ࣗࣞࢩࣙࣥ
航空管制のリアルタイムシミュレーションを行い，混合運用時に機数を増やした場合や混合ワークロードに応じたシナリオの作成が重要である．

率を変化させた場合に管制官のワークロードがどのように変化するのかを調べる．また，従来－ 61 －電子航法研究所研究発表会（第14回平成 26年6月）

8. ���設計基準研究委員会 最終報告書”，日本船混合運用方式の安全性評価等について，Safety

舶海洋工学会，Oct. 2009．

Case の考え方に基づいた GSN チャートの作成[8] A guide to the Offshore Installations (Safetyを中心にして行う方法を述べた．また，研究のCase) Regulations 2005, Health and Safety

進捗状況と現在までに得られた知見について述

Exec., 2006.
[9] 茂野一彦，“自動車用機能安全規格 ISOべた．

26262 の紹介”，
MSS 技法，Vol.23，Mar. 2013．

謝[10] THE PURPOSE, SCOPE, AND CONTENT

辞OF SAFETY CASES, NS-TAST-GD-051,

データ収集にご協力頂いた国土交通省航空局，
東京航空交通管制部，航空交通管理センター，

Office for Nuclear Regulation, An agency of

函館空港事務所の関係各位に感謝致します．

HSE, May 2013.
[11] EUROCONTROL, Safety Case Development

文Manual, DAP/SSH/091, Nov. 2006.

献[1] Aeronautical Information Manual Japan, 630,

[12] EUROCONTROL, ACAS II Post-implementation Safety Case, Ver.2.3, Nov. 2011.

国土交通省航空局監修, 日本操縦士協会,
2010 年前期版．

[13] 田口 研治，“機能安全とその保証に関する[2] Required Navigation Performance

理論的枠組”，ZIPC WATCHERS Vol.14-5，

Authorization Required (RNP AR) Procedure

2012．

Design Manual, ICAO Doc 9905, First Edition,[14] T. Kelly, Arguing Safety -A Systematic

2009.

Approach to Managing Safety Cases, PhD[3] Recategorization (RECAT) of Federal Aviation

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Administration (FAA) Wake Turbulence[15] 天井 治, “RNP-AR 経路を飛行した航空機

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[4] 藤田 雅人, 天井 治, “混合進入方式とその[16] 天井 治, “RNP-AR 経路を飛行した航空機

安全性解析手法の初期検討”，信学会 安全の飛行時間のバラツキ －その２－”，信学性研究会，SSS2013-1，2013 年 5 月．

会 2014 年総大，A18-4，2014 年 3 月．

[5] 天井 治, 藤田 雅人, 松岡 猛, “Safety Case[17] Geoff Wells, HAZARD IDENTIFICATIONの作成による RNP AR(特別許可を要する航AND RISK ASSESSMENT, Institution of

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