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Luftfartsverket (LFV)

航空交通管理の未来を共創
LFVはAIドリブンの自律型航空交通管制を探求しています
上空から見た空港と飛行機

2017年、テスラ社が航空エンジニアのRobin Hughes氏を追い抜きました。革新的な企業が自動運転車をテストしていることを知っていたHughes氏は、「カオス的環境で自立走行式運転車が実現可能なら、制御された環境でも自律型航空交通管制が実現できるだろうか?」と考えました。飽くなき好奇心を抱いたHughes氏は、その答えを見つけようと試みました。

割り当てられた空域の交通の流れを安全に促進するため、航空管制官はレーダーを使って航空機の位置をモニターし、無線でパイロットと交信します。衝突を防ぐため、管制官は各航空機が周囲に最小限の空き空間を確保するよう、分離規則を実施しています。航空管制官はミスの許されないストレスの多い仕事です。航空需要が着実に増加するにつれ、管制官はより多くのフライトを処理しなければならなくなりました。航空業界は長年にわたり、管制官の負担を軽減し、関連コストを削減するため、航空交通管理の効率化を追求してきました。

スウェーデンの航空ナビゲーション・サービス・プロバイダーであるLuftfartsverket(LFV)社のエンジニアリング責任者であったHughes氏の頭の中には、クイズ番組『Jeopardy! 』で IBM Watson コンピューターがトップクラスの出場者を打ち負かすのを見た記憶とともに、このようなことが思っていました。「IBM が AIを使用してそれを実現できるなら、きっと私の助けになってくれるだろう。」と。数カ月後、デジタル・トランスフォーメーションのフレームワークであるIBM Garage™チームがLFVのオフィスで技術的な発見とアーキテクチャのワークショップを行いました。 これらのワークショップを通じて、共同チームは自律航空交通管制の概念が実際に可能であることを検証しました。

キャパシティーの増加

 

ソリューションは、航空交通管制シミュレーションにおける分離を約200%に維持します 通常キャパシティー

パワーの増加

 

アプリはわずか1秒でほぼ実行できます。 800 代替の競合解決策

IBM Garageは、プロジェクトのセットアップ、プロジェクトの実行、IBMに存在するスキルセットへのアクセスを得る上で直接的かつ効率的なルートでした。 Robin Hughes エンジニアリング責任者 Luftfartsverket
3Dチェス盤としての空域

LFVのエンジニアが資金調達とデータ収集に取り組む一方で、デンマークのコペンハーゲンにあるIBM Garageのエキスパートが、 IBM Researchチームと IBM Streamsアナリティクス・プラットフォームの開発者を引き抜きました。拡大したLFVとIBMチームは、IBM Enterprise Design Thinking Workshop™で協力しました。IBM Garage Methodologyは、ユーザー中心の設計に重点を置いているため、LFVには2人の航空管制官がおり、航空機の制限、燃料積載量、パイロットの協力などの要素についての洞察を提供しました。

確固としたビジョンと技術的な計画を得たチームは、スウェーデン運輸省が出資するAI主導の自律型航空管制ソリューション、アドバンスト・オートプランナー(AAP)の開発に着手する準備を整えました。しかし、新型コロナウイルス感染症が発生し、北欧諸国はロックダウンに陥りました。破壊はアジャイルなIBM Garage™方法論のDNAを受け継いでいるため、プロジェクトは軌道に乗りました。ヨーロッパとアメリカにまたがるチームメンバーは、アジャイル・スタンドアップ、プレイバック、テクニカル・ステータス・コールを定期的に行い、最初のAAP最小実行可能製品(MVP)の開発を成功に導きました。

航空基準では、飛行中の各航空機の周囲に常に5海里の距離が必要です。AAPを構築する際、LFVとIBM Garageチームは6海里を必要とするバッファーを組み込みました。飛行機がこれよりも近づくと「分離の喪失」と呼ばれ、時間が経つと衝突が発生する可能性があります。AAPは特定の空域セクターを監督するため、2つの段階で運用されます。まず、格子ベースの3D空間探査技術がリアルタイムで航空機の位置を継続的に追跡し、予測します。アプリが飛行機で分離が失われると判断した場合、飛行機の方向、速度、高度をわずかに変更するという 800近くの考えられるシナリオを1秒間に実行できます。AAPは、シナリオの軌道がセクターの空域全体にどのような影響を与えるかを3Dチェス盤のように調べ、将来の紛争を回避する安全な行動を特定します。

2番目に、このソリューションはルール・ベースのアプローチを使用して、フェーズ1で特定されたアクションをランク付けし、最適なオプションをパイロットに送信します。パイロットは指示を実行することも、それが不可能であることを伝えることもできます。たとえば、航空機の高度を1,000フィート上げるという指示があり、パイロットがそれが不可能であると判断した場合、アプリは針路を東に5度調整するなどの代替指示を提供します。AAPはまた、航空機が安全に元の飛行計画を再開できるタイミングを追跡します。

余儀なくされたAI開発の再考

驚くべきことに、パンデミックはプロジェクトの重要な側面にプラスの影響を与えました。LFVはスウェーデンの民間航空交通と軍事航空交通の両方を制御しているため、そのデータは非常に安全であり、オフサイトからはアクセスできません。ロックダウン中、拡張チームはオンサイトでAAPソリューションのAIモデルの構築に必要なデータにアクセスすることを許可されなくなりました。AI開発の再考を余儀なくされたこのグループは、NLR(オランダ国立航空航空宇宙研究所)の航空交通管制研究シミュレーター(NARSIM)との統合に基づいてAIモデルを構築することを決定しました。

データ・サイエンティストは、IBM Streams分析プラットフォーム上でカスタム・アルゴリズムを使用して決定論的AIモデルを構築し、NARSIMシミュレーターと IBM Cloud上で実行されるIBM Streams の間の接続を開始しました。データ・サイエンティストは、決められた空域全体の交通をシミュレートし、その出力に基づいてアルゴリズムを改良し、AIモデルを反復し続けました。IBM Db2 データベースは、IBM Streamsアプリケーションのデータを格納し、 IBM Cloudant データベースは、航空管制官とパイロットのためのAAPソリューションの指示を格納します。

標準容量の200%で成功

LFVとIBMは、わずか4か月で最初のAAP MVPを共同作成し、Hughes氏に感銘を与えました。「約17週間でこれをやったと言っても、誰も信じてくれない。 つまり、私たちの開発期間は通常2年から5年というところです。」

完了した作業の深さ、広さ、ペースは、LFVとIBMチームのメンバーの献身とIBM Garageアプローチの有効性の証拠です。Hughes氏は、「IBM Garageは、プロジェクトを立ち上げ、プロジェクトを実行し、IBMに存在するスキルセットにアクセスするための直接的かつ効率的なルートでした。」と述べています。彼は、次のステップに進む前に、アプリケーションの最もリスクの高いコンポーネントを構築、テスト、検証できるこの方法論の能力に特にワクワクしていました。

安全性は、常に航空業界の優先事項です。 したがって、自律的な航空交通管制などの革新的なコンセプトの開発をシミュレーターで見るのは刺激的ですが、現実世界への実装には時間がかかり、段階的に進化することになります。AAPの今後の反復では、気象条件と飛行禁止区域を考慮し、非決定的なAIおよび機械学習機能を組み込む予定です。LFVはスウェーデン空域からヨーロッパの他の地域への拡大も計画しており、ヨーロッパの作業グループは積極的に関与しようとしています。AAPは、通常の容量の約200%で正常なシミュレーションを実行し続けます。

このソリューションは、航空管制官の負担を一部軽減し、空域全体の効率を向上させるために順調に進んでいます。今から数十年後には、自動化された航空交通管理が標準になるかもしれません。かつてそれがどれほどストレスフルだったか、そして一人のエンジニアの飽くなき好奇心がどのように業界を変えたかに驚くでしょう。

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Luftfartsverketのロゴ
Luftfartsverketについて

スウェーデンのNorrköpingに本社を置くLFV (リンクはibm.comの外にあります)は、スウェーデンの民間および軍用航空に航空管制と関連サービスを提供しています。通常時(コロナ前)、LFVの航空管制官はスウェーデンの空域内で毎日約2,000機の航空機を管理しています。LFVの従業員数は1,100人で、年間売上高は31億スウェーデンクローネにのぼります。

製品・サービス IBM Cloud IBM Cloudant IBM Db2 IBM Garage IBM Research IBM Streams
次のステップ

この記事で紹介されているIBMソリューションの詳細については、IBMの担当者またはIBM ビジネス・パートナーにお問い合わせください。

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2022年4月、アメリカ合衆国で制作。

IBM、IBMロゴ、ibm.com、Cloudant、Db2、Enterprise Design Thinking、IBM Cloud、IBM Garage、IBM Research、および IBM Watson は、International Business Machines Corp. の商標であり、世界中の多くの管轄区域で登録されています。その他の製品名およびサービス名はIBMまたは他社の商標である可能性があります。IBMの商標の最新リストは、Web ibm.com/trademarkで入手できます。

本書は最初の発行日時点における最新情報を記載しており、IBMにより予告なしに変更される場合があります。IBMが事業を展開している国であっても、特定の製品を利用できない場合があります。

記載されている性能データとお客様事例は、例として示す目的でのみ提供されています。実際の結果は特定の構成や稼働条件によって異なります。本資料の情報は「現状のまま」で提供されるものとし、明示または暗示を問わず、商品性、特定目的への適合性、および非侵害の保証または条件を含むいかなる保証もしないものとします。IBM製品は、IBM所定の契約書の条項に基づき保証されます。