| 研究課題/領域番号 |
17K14746
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 |
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研究代表者 |
虎谷 大地 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 電子航法研究所, 研究員 (10780976)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 航空交通管理 / 最適制御 / 混合システム最適化 / 航空管制 / 軌道最適化 / 干渉回避 / 混合整数計画法 / 合流最適化 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，空港に到着・出発する航空機の合流を最適化するアルゴリズムの開発を目的としている．ここで合流の最適化とは，各航空機が滑走路上で保たなければならない間隔を保ちつつ，各航空機の軌道，及び到着・出発の順序を同時に最適化することを指す．航空機の軌道が連続システムである一方，順序は離散システムであるため，航空機の合流最適化問題は一種の混合システム最適化問題となる．混合システム最適化問題は一般的な解法が確立されておらず，本研究は混合システム最適化問題を解くという点において，学術的に挑戦的な研究であるといえる．
平成30年度は合流最適化アルゴリズムの実装と，簡単なシミュレーションを用いて最適化アルゴリズムの最適性の検証を行った．具体的には，合流最適化アルゴリズムにより順序と軌道が同時に最適化された合流軌道の全軌道の評価値と，順序を指定して軌道のみを最適化した場合の全軌道の評価値を比較し，合流最適化アルゴリズムにより求められた解の方が評価値を小さくすることができていることを確認した．
また並行して，開発した合流最適化アルゴリズムを現実的な条件で評価するための，シミュレーション環境の構築を行った．今年度実施したシミュレーションでは，航空機のモデルを簡単な2次元移動体とし，計算条件も仮想的なものを用いていた．開発したアルゴリズムが現実の問題に適用可能かを検証するため，現実的な航空機モデルと実際の管制運用上の拘束条件を考慮した軌道最適化プログラムを構築した．次年度ではこの軌道最適化プログラムを用いて合流最適化アルゴリズムを評価することで，本研究で開発した最適化アルゴリズムが現実的な問題に対しても有効であるかを評価する．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の研究計画においては，提案する合流最適化アルゴリズムを2つの要素に分けて，平成29年度と平成30年度にそれぞれ開発する計画であったが，平成29年度の実施状況報告書に記した通り，最終的に解くべき問題の性質上，合流最適化アルゴリズムを分割して開発することは効率的な方法ではなかったため，平成29年度は主に理論的な検討を行い，平成30年度に合流最適化アルゴリズムの実装と評価を行った．研究実績の概要で述べた通り，平成30年度には合流最適化アルゴリズムの実装と，簡単なシミュレーションを用いた合流最適化アルゴリズムの検証を行い，開発したアルゴリズムが最適な到着・出発機の合流軌道を得ることができていることを確認した．この時点で，平成30年度までの当初の研究計画を達成することができているが，本年度はさらに，現実的な航空機モデルや管制運用を考慮したシミュレーション環境の構築にも着手した．この項目は当初の研究計画では令和元年度実施予定の内容であるため，本研究課題の研究進捗は「当初の計画以上に進展している」であると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
現在までの進捗状況で述べた通り，本研究課題は現状，順序に進展している．そのため，令和元年度は当初の研究計画通り，開発した合流最適化アルゴリズムが実際の問題に対しても有効かどうかを，現実的な航空機モデルと運用環境を模擬したシミュレーションを用いて評価していく．また本研究課題は令和元年度が最終年度であるため，研究成果のまとめとして，学会発表や投稿論文の執筆に重点をおいて進めていく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成29年度に研究計画の変更があり次年度使用額が大きく発生したため，平成30年度においてもその影響で次年度使用額が発生している．ただし，平成29年度に次年度使用額が発生した分，平成30年度は追加で得られた成果を学会で発表し，順調に使用している状況である．次年度においても，学会発表等を増やすことで使用する計画である．
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