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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Evaluating Future Air Traffic Management Targeting Tokyo International Airport via Human-in-the-loop Simulation

Research Project

Project/Area Number 20H04237
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

伊藤 恵理  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70462893)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 土屋 武司  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50358462)
立川 智章  東京理科大学, 工学部情報工学科, 准教授 (90633959)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords航空交通管理 / 航空管制 / 空港運用 / ヒューマンインザシミュレーション / マンマシンインターフェイス / 数理モデル
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、昨年度に構築した、羽田空港に到着する航空交通が輻輳するT25セクターを対象にしたヒューマンインザループシミュレーション実験環境のブラッシュアップと、周辺空域への拡張を行い、初期的な実験を実施した。
東京航空交通管制部の運用室を見学し、現場の管制運用のヒアリング調査を実施した。調査結果に基づき、提案する管制支援システムの実装を予定するT25セクターの航空交通に影響をおよぼす隣接のT46、T45、T14、T09セクター等の管制運用を模擬できるヒューマンインザループシミュレーション実験環境を構築した。具体的には、T25セクターを担当するレーダー管制卓、T25セクターに隣接するT46、T45、T14の管制運用を模擬するためのゴースト管制卓、パイロット卓、シミュレーション司令卓を結ぶネットワーク環境を構築した。そして、トラフィック量の少ない14:00台の航空交通シナリオを作成し、気象庁が提供する実データを分析して代表的な気象条件をシミュレータに設定し、管制経験者による初期実験を実施した。
さらに、管制支援を行う到着・出発管理の統合運用システムを研究開発し、その実装をヒューマンインザループシミュレーション実験環境に模擬した。提案した管制運用システムは、航空機の到着時刻を機械学習モデルを用いて予測し、時変待ち行列モデル、多目的最適化計算、非線形整数計画法を応用して、航空機の到着交通のより上流から速度制御(減速)・到着順づけ・滑走路割り振りを組み合わせた指示を、T25セクターの管制卓に表示するものである。管制官がパイロットに音声通信できるよう、管制支援システムのアルゴリズムだけでなく表示画面を設計し、ヒューマンインザループシミュレーション実験環境に実装した。このように、データサイエンス・数理モデル・シミュレーション実験を組み合わせた体系的な手法に基づくシステム設計を提案した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナ禍で移動が制限されたため、当初の予定通りに対面での共同作業は実現できなかったが、ユーロコントロールイノベーションハブ(実験研究所)や研究協力機関等とオンラインで適切に連携することで、予定通りに研究を進捗させることができた。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、これまでに構築した、羽田空港に到着する航空交通が輻輳するT25(知多)セクターを対象にしたヒューマンインザループシミュレーション実験環境を利用し、提案する管制支援システムの評価実験を実施する。
ヒューマンインザループシミュレーション実験環境には、T25セクターを担当するレーダー管制卓、T25セクターに隣接するT46、T45、T14の管制運用を模擬するためのゴースト管制卓、パイロット卓、シミュレーション司令卓を結ぶネットワーク環境を構築し、気象条件、空域運用、航
空交通パターン等を加味する複数のシミュレーションシナリオを準備する。そして、それぞれのシナリオに対して、将来の航空交通と、管制支援を行う到着・出発管理の統合運用システムの実装を模擬する。
具体的には、航空機の到着時刻を機械学習モデルを用いて予測し、時変待ち行列モデル、多目的最適化計算、非線形整数計画法を応用して導いた、航空機の到着交通のより上流から速度制御(減速)・到着順づけ・滑走路割り振りを組み合わせた指示を、管制官がパイロットに音声通信
で実現できるよう表示画面を管制卓に表し、管制経験者によるシミュレーション評価実験を実施する。そして、本研究で提案した、データサイエンス・数理モデル・シミュレーション実験を組み合わせた体系的なシステム設計に対し、シミュレーション実験による被験者の評価を反映し、運用を含めた管制支援を実現する。
本研究で得られたシステム設計やヒューマンインザループシミュレーション実験結果を、学術論文等にまとめるだけでなく、管制機関や航空交通管理システムを開発するメーカーにも提供し、提案システムの社会実装に貢献する。

  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Universitat der Bundeswehrnchen(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Universitat der Bundeswehrnchen
  • [Journal Article] Effectiveness of Aircraft Inter-Arrival Control in Upstream Traffic Flow via a Combined Tandem Fluid Queue Model and Integer Programming Approach2023

    • Author(s)
      Higasa Koki、Sekine Katsuhiro、Itoh Eri
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 11 Pages: 15252~15270

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2023.3241951

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 多目的最適化と決定木を用いたエンルート交通流における速度制御戦略の抽出2022

    • Author(s)
      関根 將弘、立川 智章、藤井 孝藏、伊藤 恵理
    • Journal Title

      進化計算学会論文誌

      Volume: 13 Pages: 10~22

    • DOI

      10.11394/tjpnsec.13.10

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analyzing Stochastic Features in Airport Surface Traffic Flow Using Cellular Automaton: Tokyo International Airport2022

    • Author(s)
      Kawagoe Yoshiaki、Chino Ryohei、Tsuzuki Satori、Itoh Eri、Okabe Tomonaga
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 95344~95355

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2022.3204819

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Controlling Aircraft Inter-Arrival Time to Reduce Arrival Traffic Delay via a Queue-Based Integer Programming Approach2022

    • Author(s)
      Higasa Koki、Itoh Eri
    • Journal Title

      Aerospace

      Volume: 9 Pages: 663~663

    • DOI

      10.3390/aerospace9110663

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Developing a Departure Queue Model Towards Integrated Arrival and Departure Runway Operation2022

    • Author(s)
      Eri Itoh, Daiki Iwata, Michael Schultz
    • Organizer
      ICAS 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Applying Machine Learning For Taxi-time Prediction at Tokyo International Airport2022

    • Author(s)
      Furuto Kato, Eri Itoh
    • Organizer
      ICAS 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Machine Learning Methods Ensuring Both Performance and Interpretability of Estimating Aircraft Arrival Times2022

    • Author(s)
      Nobuharu Morikawa, Eri Itoh
    • Organizer
      ICAS 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Assessment and Control of Arrival Flow and Waiting Time Applying Gt/GI/St+GI Time-varying Queuing Model2022

    • Author(s)
      Koki Higasa, Eri Ito
    • Organizer
      ICAS 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Air Traffic Simulation Across FIR in Japan Using Cellular Automaton2022

    • Author(s)
      Katsuhiro Sekine, Tomoaki Tatsukawa, Kozo Fujii, Eri Itoh
    • Organizer
      ICAS 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Preliminary Study of Multi-objective Air Traffic Optimization for Devising Speed Control Strategy by Using Rule-based Simulator2022

    • Author(s)
      Katsuhiro Sekine, Tomoaki Tatsukawa, Kozo Fujii, Eri Itoh
    • Organizer
      AIAA Aviation Forum
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 機械学習による航空機の飛行時間予測2022

    • Author(s)
      西田拓矢,伊藤恵理
    • Organizer
      第60回飛行機シンポジウム
  • [Presentation] 滑走路における出発・到着航空機の統合運用のための待ち行列モデルの開発2022

    • Author(s)
      岩田大輝, 伊藤恵理
    • Organizer
      第60回飛行機シンポジウム
  • [Presentation] 成田国際空港の航空交通にかかる現状分析2022

    • Author(s)
      長谷川倫幹,関根將弘,伊藤恵理
    • Organizer
      第60回飛行機シンポジウム
  • [Book] 航空交通管理システム概論2023

    • Author(s)
      伊藤 恵理
    • Total Pages
      228
    • Publisher
      コロナ社
    • ISBN
      978-4-339-02932-1
  • [Remarks] 伊藤恵理 - 安全な空のために

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=xcqXHfff1ZU&t=1s

  • [Remarks] Meet Eri Itoh - Safer Skies Above

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=xcqXHfff1ZU&t=1s

URL: 

Published: 2023-12-25  

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