가우시안 혼합 모형을 사용한 순항 항공기 궤적 예측 = Trajectory prediction using Gaussian mixture model

국문 초록 (Abstract)

공항 및 공역의 수용량은 한정되어 있는 반면, 국내 및 국제 항공교통의 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 이에 따라 항공편의 지연, 관제사의 업무 부담 증가, 항공사의 비용적 손실 등 다양한 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 출발관리기법(DMAN: Departure Manager)과 같은 관제 시스템이 개발되고 있다. 출발관리기법은 항공기의 출발시간과 출발순서를 최적화하여 관제사들에게 항공기 출발 정보(이륙 시간 및 이륙 순서)를 제공해줌으로써 항공기가 공항 지역 및 공역에서 불필요하게 지연되는 것을 방지해주는 관제 시스템이자 관제사의 의사결정을 도와주는 의사결정지원도구이다. 항공기의 출발 스케줄을 최적화하여 관제사들에게 올바른 정보를 제공해주기 위해서는 보다 정확한 궤적 예측이 필요하다. 기존 항공기 궤적 예측 모형의 경우, 대부분이 항공기의 동역학(dynamics) 및 성능 데이터 기반 예측 모형으로, 궤적 예측을 수행할 때 항공기 벡터링(vectoring)과 같이 항공기가 실제로 비행할 때 발생하는 다양한 상황들을 충분히 고려하지 못한다. 기존 궤적 예측 모형들의 한계점을 보완하고 보다 정확한 궤적 예측을 수행하기 위하여 본 연구에서는 가우시안 혼합 모형을 항공기 궤적예측에 활용하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 크게 두 가지 방법으로 가우시안 혼합 모형을 활용하였는데, 첫째, 항공로 상의 주요 way point(WP)에 대한 도착 시각을 가우시안 혼합 모형을 사용하여 확률적으로 예측하는 방법을 제시하였으며, 둘째, 궤적 예측의 정확도를 향상시키고자 가우시안 혼합 모형을 사용하여 항공기의 속도를 예측하는 예측 모형을 제시하였다. 이후, 제안된 예측 모형을 실제 인천 FIR 내 항공로를 통과한 과거 항적들에 대해 적용하여 예측을 수행한 후, 예측 오차를 측정하여 예측 모형의 성능을 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 3
• 제 2 장 순항 항공기 궤적 예측 모형 4
• 2.1 가우시안 혼합 모형 4
• 2.2 도착 시각 예측 모형 개요 9
• 2.3 예측 모형 학습과정 11
• 2.3.1 항적 데이터 전처리 11
• 2.3.2 예측 모형 학습과정 13
• 2.3.3 도착시각 예측과정 14
• 제 3 장 도착 시각 예측 사례 연구 16
• 3.1 대상 공역 및 항적 데이터 16
• 3.1.1 대상 공역 16
• 3.1.2 항적 데이터 17
• 3.2 도착 시각 예측 모형 18
• 3.3 도착 시각 예측 및 결과 분석 20
• 제 4 장 속도 예측 사례 연구 29
• 4.1 항공기 속도와 항공로의 상관성 29
• 4.2 속도 예측 모형 31
• 4.3 속도 예측 32
• 제 5 장 결 론 36
• 참 고 문 헌 37
• Summary 42