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Modeling and Control of Airspace Traffic Flow Using Aviation Open Data

Research Project

Project/Area Number 20K04544
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21040:Control and system engineering-related
Research InstitutionJapan Advanced Institute of Science and Technology

Principal Investigator

Hiraishi Kunihiko  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40251970)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords交通流 / 予測モデル / ビッグデータ / 空域交通流 / 数理モデル / 航空管制
Outline of Research at the Start

本研究では民間航空機位置の時系列データであるCARATSオープンデータを用いることにより,(1) 空域における交通流のダイナミクスを表現する数理モデルの構築を行う.空域は航空管制の単位であるセクターという領域に分割されており,セクター内の航空機数を容量以下に抑えることが航空管制において求められる.数理モデルを用いることで,(2) 近い将来(数分~数十分後)における空域交通量の予測方法を開発し,さらに,(3) 航空管制官による指示,具体的には離陸時刻の遅延や巡航速度の制限,を用いたセクター内航空機数の制御方式を開発する.

Outline of Final Research Achievements

Using flight trajectory date provided by Japan Civil Aviation Bureau, MLIT, we developed the following two mathematical models for airspace traffic flow. (1) We model the inter-sector traffic flow by a linear state equation. Based on this mode, we can predict traffic volume of each sector in the near future. Accuracy of the model is evaluated by comparing the prediction with actual traffic volume. (2) We first extract important points in the flight trajectory, and then compose graphs having these points connected by links. Next flight time distribution is computed for each link. Finally, we compose a discrete-event simulation model in which each aircraft moves on links following the flight time distribution. Accuracy of the model is evaluated by comparing the prediction with actual flight time and traffic volume.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、交通流のモデル化に関し、待ち行列ナットワークなどのマクロモデルとマルチエージェントシミュレーションなどのミクロモデルの中間の粒度をもつメソモデルを開発し、その有用性を示したことにある。メソモデルでは、個々のエージェント(空域交通量では各機体)は区別できる一方、エージェントのダイナミクスに関しては交通流全体の動作を抽象化したものを用いる。これにより,ミクロモデルよりも少ない計算量で個々のエージェントのふるまいを近似できる。社会的意義については、広い空間における人流や野生動物の行動経路の解析など、特定の経由点を与えない交通流の解析おいて、新たな手法を提案したことが挙げられる。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Mesoscopic Modeling of Airspace Traffic Flow2023

    • Author(s)
      Uehara Kenji、Hiraishi Kunihiko
    • Journal Title

      IFAC-PapersOnLine

      Volume: 56 Issue: 2 Pages: 4589-4594

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2023.10.961

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modeling Inter-Sector Air Traffic Flow and Sector Demand Prediction2022

    • Author(s)
      MISHIMA Ryosuke、HIRAISHI Kunihiko
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      Volume: E105.A Issue: 10 Pages: 1413-1420

    • DOI

      10.1587/transfun.2021EAP1147

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • Year and Date
      2022-10-01
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] プロセスマイニングを応用した大容量交通流の Mesoscopicモデル化手法2022

    • Author(s)
      上原 健嗣, 平石 邦彦
    • Journal Title

      信学技報

      Volume: MSS2021-51 Pages: 112-117

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] An Efficient Mesoscopic Modeling Method for Large Volume Traffic Flow Using Process Mining Techniques2021

    • Author(s)
      Kenji Uehara,Kunihiko Hiraishi
    • Journal Title

      Proc. IEEE CSDE & i-COSTE 2021

      Volume: - Pages: 1-6

    • DOI

      10.1109/csde53843.2021.9718441

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 航空オープンデータを用いたセクター間交通流のモデル化と混雑度予測2021

    • Author(s)
      三島諒亮, 平石邦彦
    • Journal Title

      信学技報

      Volume: MSS2020-49 Pages: 27-32

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Mesoscopic Modeling of Airspace Traffic Flow2023

    • Author(s)
      Kenji Uehara, Kunihiko Hiraishi
    • Organizer
      22nd IFAC world congress
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 固定経路のない交通流データにおける主要経路抽出手法2022

    • Author(s)
      上原 健嗣, 平石 邦彦
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] A Framework for Extracting Abstracted Route Graphs Toward Air Traffic Flow Modeling2022

    • Author(s)
      Kenji Uehara,Kunihiko Hiraishi
    • Organizer
      2022 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プロセスマイニングを応用した大容量交通流の Mesoscopicモデル化手法2022

    • Author(s)
      上原 健嗣, 平石 邦彦
    • Organizer
      電子情報通信学会システム数理と応用研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] An Efficient Mesoscopic Modeling Method for Large Volume Traffic Flow Using Process Mining Techniques2021

    • Author(s)
      Kenji Uehara, Kunihiko Hiraishi
    • Organizer
      IEEE CSDE & i-COSTE 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プロセスマイニング技術を応用した空港面交通流のメゾスコピックモデル化手法2021

    • Author(s)
      上原 健嗣, 平石 邦彦
    • Organizer
      CARATSオープンデータ活用促進フォーラム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 航空オープンデータを用いたセクター間交通流のモデル化と混雑度予測2021

    • Author(s)
      三島諒亮, 平石邦彦
    • Organizer
      電子情報通信学会システム数理と応用研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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