2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of air traffic management algorithm to provide optimal departure and arrival orders using homotopy method
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16K14501
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
上野 誠也 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (60203460)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 航空交通管理 / 誘導航法制御 / 最適制御 / ホモトピー法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、空港周辺の航空交通管理の大幅な改革の一部となる飛行順序と経路の同時最適化を行い効率的な空港利用に寄与する計算アルゴリズム開発を目的として実施した。研究の特徴は二点あり、時空間座標系の導入とホモトピー法による最適化計算である。ます一点目の飛行順序の最適化には干渉する複数機を空間的回避か時間的回避を用いることが必要であるが、空間座標と時間を同時に扱う時空間座標系を用いて表現することで両回避方法を同一条件とみなすことで対応した。さらに空間座標系を用いることで、制御時間が異なる複数機の同時最適化が可能となった。一般の計算手法では、制御時間が異なる問題が扱えないが、航空交通管理では、空港到着後は制御対象とならないので、制御時間が異なる問題を扱う必要がある。従って、この座標系は航空交通管理の問題に有利である。第二点目の特徴は、設定した境界条件を連続的に変化させるホモトピー法を用いることで、人間の判断を必要としない順序の最適化を試みた。例えば2機の順序最適化の場合は、到着順序を指定せずに2機の時間間隔のみを指定する境界条件を与えた。そして、初期の仮定解は2機が同時に到着する解を与え、最適化計算を行うことで、2機を終端で分離する解を得る手法を試みた。これらの研究成果をまとめ、2019年12月に豪州で開催されたAsia Pacific International Symposium on Aerospace Technologyにて発表を行った。さらに干渉する機体の順序が入れ替わる初期条件近傍での計算の安定性に関して改善を行った。不安定要因はアルゴリズム内に逆行列を求める部分があり、この行列が特異となるために発散することに起因している。これに対して、行列に微小量の対角要素を加えて発散を防ぎ、加えた微小量による誤差を連続変形で収束させることで、常に解が得られるアルゴリズムを開発した。
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