[논문]효율적인 항공교통흐름을 위한 항로 연산 알고리즘 연구

김용균; 조윤현; 윤진원; 박동화; 최상방; 박효달

효율적인 항공교통흐름을 위한 항로 연산 알고리즘 연구
A Study On Route Calculation Algorithm For Effective Air Traffic Flow Management 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.14 no.2 = no.41, 2010년, pp.161 - 169

김용균 (인하대학교 전자공학과) , 조윤현 (인하대학교 전자공학과) , 윤진원 (인하대학교 전자공학과) , 박동화 (인하대학교 전자공학과) , 최상방 (인하대학교 전자공학과) , 박효달 (인하대학교 전자공학과)

초록
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최근 항공교통량의 증가에 따라 보다 효율적인 항공교통흐름제어가 요구되고 있다. 이에 본 논문에서는 효율적인 항공관제를 위하여 항공기의 흐름을 유연하게 하기 위한 알고리즘 기법을 연구하였다. 항공교통 환경은 일반 교통 환경과는 다르게 항공기 기종에 따른 수평 및 수직 분리 간격이 존재한다. 빈센티 공식을 이용하여 항로의 거리를 산출하고 다익스트라 알고리즘을 이용하여 항로의 거리에 교통량을 적용하여 가중치를 생성하고 이를 이용하여 항공기가 연료 및 시간의 낭비를 최소화하는 항로를 선택하도록 하였다. 성능평가 결과 기존의 항로 연산 알고리즘의 단순한 최단항로 산출과는 달리 제안된 알고리즘은 교통량 파악을 통한 최적항로를 선택함으로써 효율적으로 항공교통관제를 할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

According to the recent increase in air traffic more efficient air traffic control is required. This paper proposes the algorithm for efficient air traffic flow management. Aeronautical traffic environment is different from the common traffic environment since it needs vertical and horizontal separation deviation. In this paper used vincenty's fomula, we calculated distance of route for produced weight that was applied air traffic volume in distance of route using dijkstra algorithm. Then we let aircraft selects a course that minimize to wasting of fuel and time. As a simulation result, so unlilke simply shortest course calculation of existing course calculation algorithm, we confirmed that proposed algorithm in this paper can do air traffic control more efficiently by selecting optimized route.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 안전하고 효율적인 항공교통관제를 위하여 비행계획에 따른 항공기의 경로 및 거리, 시간을 고려하여 항공교통 흐름을 원활하게 할수 있는 경로 연산 알고리즘을 구현하였다. 제안된 알고리즘은 WGS-84를 기반으로 한 빈센티 공식(vincenty fomula)를 이용하여 거리 연산 및 포인트간 가중치를 계산하였으며, 다익스트라 알고리즘(dijkstra Algorithm)을 이용하여 최적경로를 산출하였다.
본 논문은 비행계획 기반의 효율적인 항공교통관제를 위한 최단거리 산출 알고리즘을 구현하였다. 기존의 항로간의 거리에 대한 가중치를 고려하여 이에 대한 최단 경로를 탐색하는 알고리즘과는 달리 거리 및 항공교통량에 대한 가중치를 고려하여 이에 대한 최적 경로를 탐색함으로써 연료 및 스케쥴링의 관점에서 매우 효율적으로 항공교통관제가 이루어지도록 하였다.

가설 설정

WGS-84는 World Geodetic System 1984의 약어로서 WGS 좌표체계는 지도, 챠트, 측지 등 군사용으로 GPS 시스템을 이용하면서 만든 미국 국방성에서 개발한 지구 중심좌표계이다. 1986년 이후 사용되는 것으로 WGS72 좌표를 보완, 대체한 좌표체계이며, 지구를 편평한 회전타원체(ellipsoid)라고 가정하고, 지구의 질량중심(지심)을 원점으로 한 좌표계로 Z축은 WGS-84 타원체의 회전축이다.

제안 방법

그림 12의 (a)와 같이 연산 결과를 얻을 수 있으며, AGAVO에서 IGRAS까지의 경로 중 가중치가 가장 적은 경로를 선택을 하고, 해당 경로의 세부 경로를 출력하였다. 그림 12의 (b)는 (a)에서의 세부 경로를 ICAO 표준 챠트를 이용하여 선으로 나타낸 결과이다.
본 논문은 비행계획 기반의 효율적인 항공교통관제를 위한 최단거리 산출 알고리즘을 구현하였다. 기존의 항로간의 거리에 대한 가중치를 고려하여 이에 대한 최단 경로를 탐색하는 알고리즘과는 달리 거리 및 항공교통량에 대한 가중치를 고려하여 이에 대한 최적 경로를 탐색함으로써 연료 및 스케쥴링의 관점에서 매우 효율적으로 항공교통관제가 이루어지도록 하였다.
두 번째는 국내선에 대한 경로 연산을 수행하였다. 대구공항을 출발하여, 김포공항 까지의 경로 연산을 한 결과이다.
마지막으로 세 번째는 대한민국 공역을 통과하는 항공기에 대한 경로 연산을 수행하였다. 중국과 한국의 관제구역이 교차하는 AGAVO에서 일본의 관제구역과 교차하는 IGRAS까지의 경로 연산 결과이다.
항로 연산 프로그램의 성능 평가를 위해 3가지의 시나리오를 구성하였다. 첫 번째, 국내로 들어와서 국내 공항에 도착하는 경우, 두 번째, 국내 출발 국내 도착, 그리고 세 번째로 국내를 경유하는 항공기에 대해 평가를 하였다.
첫 번째는 국외에서 들어오는 항공기에 대한 경로 연산을 수행하였다. 중국과 한국의 관제구역이 만나는 AGAVO지점에서 PSN(부산)까지의 경로 연산을 하였다.
그림 11의 (a)와 같이 연산 결과를 얻을 수 있으며, TGU에서 SEL까지의 가중치 중 가장 적은 가중치를 선택을 하고, 해당 경로의 세부 경로를 출력하였다. 총 4가지의 경로 중 가중치를 고려하여 가중치가 적은 경로를 선택하고, 그 경로에 대한 세부경로를 출력하였다. 그림 11의 (b)는 (a)에서의 세부 경로를 ICAO 표준 챠트를 이용하여 선으로 나타낸 결과이다.
그림 10의 (a)와 같이 연산 결과를 얻을 수 있으며, AGAVO에서 PSN까지의 가중치 중 가장 적은 가중치를 선택을 하고, 해당 경로의 세부 경로를 출력하였다. 총 7가지의 경로 중 가중치를 고려하여 가중 가중치가 적은 경로를 선택하고, 그 경로에 대한 세부경로를 출력하였다. 그림 10의 (b)는 (a)에서의 세부 경로를 ICAO 표준 챠트를 이용하여 선으로 나타낸 결과이다.
항로 연산 프로그램의 성능 평가를 위해 3가지의 시나리오를 구성하였다. 첫 번째, 국내로 들어와서 국내 공항에 도착하는 경우, 두 번째, 국내 출발 국내 도착, 그리고 세 번째로 국내를 경유하는 항공기에 대해 평가를 하였다.

대상 데이터

첫 번째는 국외에서 들어오는 항공기에 대한 경로 연산을 수행하였다. 중국과 한국의 관제구역이 만나는 AGAVO지점에서 PSN(부산)까지의 경로 연산을 하였다.

이론/모형

따라서 본 논문에서는 안전하고 효율적인 항공교통관제를 위하여 비행계획에 따른 항공기의 경로 및 거리, 시간을 고려하여 항공교통 흐름을 원활하게 할수 있는 경로 연산 알고리즘을 구현하였다. 제안된 알고리즘은 WGS-84를 기반으로 한 빈센티 공식(vincenty fomula)를 이용하여 거리 연산 및 포인트간 가중치를 계산하였으며, 다익스트라 알고리즘(dijkstra Algorithm)을 이용하여 최적경로를 산출하였다.
주어진 두 지점의 좌표에 대해 빈센티의 역해석 기법(inverse method)을 이용하여 거리를 계산한다.

후속연구

본 연구는 증가하는 항공교통량에 대해 효율적인 항공교통흐름을 위한 알고리즘 연구 및 항공기 궤도 모델링의 기초 자료로 활용 될 수 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	항공교통관제는 어떤 활동인가?	항공교통관제는 항공기 운항지역에서 항공기 간의 충돌과 항공기와 장애물 간의 충돌을 사전에 방지함과 동시에 항공기들의 운항 효율을 촉진시키고 항공 교통의 질서를 유지하기 위해 항공기를 관제하는 활동이다. 항공교통관제는 항공기의 비행 준비 단계에서 목적지 도착까지 안전하고 효율적이며 보다 경제적인 운항을 위해 필수적이다.
	항공교통관제를 위한 경로 연산은 어떻게 해야하는가?	항공교통관제를 위한 경로 연산은 기본적으로 비행계획에 따라 각 웨이포인트(waypoint)를 추출하여, 포인트간의 거리를 계산을 하여야 한다.
	다익스트라 알고리즘은 무엇을 바탕으로 하는가?	다익스트라 알고리즘은 어떤 간선도 음수 값을 갖지 않는 방향 그래프에서 주어진 출발점과 도착점 사이의 최단 경로 문제를 푸는 알고리즘으로 자동차 네비게이션, 네트워크 라우팅 알고리즘으로 가장 일반적으로 사용된다. 이 알고리즘은 간선 경감(edge relaxation)이라고 불리는 기본 연산을 바탕으로 한다. 해당지점에서 연결된 간선을 선택하면서 분기해 나가므로 복잡도 및 수행과정이 간단한 알고리즘이다.

참고문헌 (6)

RTCA, Inc, "VHF Air-Ground Communications System Improvements Alternatives Study and Selection of Proposals for Future Action," RTCA/DO-255, 1994.
RTCA, Inc, "Signal-in-space Minimum Aviation System Performance Standards(MASPS) for Advanced VHF Digital Data Communications Including Compatibility with Digital Voice Techniques," RTCA/DO-224, 1994.
ICAO "Aeronautical Telecommunications," ICAO Annex10, 1997.
Hojong Baik, Hanif D. Sherali, and Antonio A. Trani "Time-Dependent Network Assignment Strategy for Taxiway Routing at Airports," Transportation Research Record 1788, pp. 70-75, 2002.
RTCA, Inc, "RTCA Task Force 3 on Free Flight Implementation", 1995
Geodetic calculations, "www.ga.gov.au/nmd/geodesy/datums/calc.jsp", 2003

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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