Recently, there are active discussions around the world surrounding the Urban Air Mobility (UAM) as a new alternative to solving urban traffic. For the successful implementation of the UAM, there needs to be a focus on the development of not only aircraft that is capable of vertical take-off and landing but also the establishment of infrastructure and systems such as air space, management strategies, etc. In particular, for the safe and efficient operation of the UAM, approach control surrounding the vertiport is very important. This study suggests an airspace blueprint for the successful operation of the vertiport and developed a relevant air traffic control model compatible with the proposed airspace. In accordance with this model, an airspace concept has been proposed to reflect the characteristics of vertical take-off and landing aircraft, as well as an algorithm for identifying the optimal airspace design. Furthermore, genetic algorithms were utilized in order to optimize the scheduling of the three scheduling strategies, and a suitable scheduling strategy for the UAM was proposed by comparing the simulation results. To develop an optimal control model, three approach control models were presented, and the simulation results of each model were compared in terms of punctuality and airspace safety. In terms of punctuality, the SBA model, which can freely adjust the landing order of arriving aircraft, showed the best results. Whereas in terms of airspace safety, the BQA model, which minimizes movement and moves along a given path, showed the best results. Furthermore, a new model created based on the BQA that allows a more free adjustment of the landing order called the BBQA model has been introduced. This model showed that it can secure remarkable airspace safety while improving punctuality. The vertiport airspace blueprint concept and approach control model being proposed in this study are expected to play an important role in future studies in the area of air traffic management in the UAM.
최근 도심에서의 교통 문제를 해결하기 위한 새로운 대안으로 도심형 항공 모빌리 (UAM) 도입에 대한 논의가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. UAM의 성공적인 시행을 위해서는 수직 이착륙 항공기의 개발 뿐만 아니라 공역설계, 운영 방안 수립과 같은 인프라, 제도 수립 등이 함께 선행되어야 한다. 특히 UAM의 안전하고 효율적인 도심 운영을 위해서는 버티포트 주변에서 이루어지는 접근관제가 매우 중요하다. 본 연구에서는 버티포트 운영을 위한 공역 설계 방안을 제안하였으며, 제안된 공역에 적합한 항공 교통 관제 모델을 개발하였다. 이를 위해 수직 이착륙 항공기의 특성을 반영한 버티포트 주변 공역에 대한 컨셉을 제시하였으며, 최적의 공역 디자인을 탐색하는 알고리즘을 제안하였다. 또한 3가지 스케쥴링 전략에 대해 유전자 알고리즘을 이용하여 스케쥴링 최적화를 수행하였으며, 시뮬레이션 결과를 비교 분석하여 UAM에 적합한 스케쥴링 전략을 제안하였다. 최적의 관제 모델을 개발하기 위해 3가지 접근 관제 모델을 제시하였으며, 각 모델별 시뮬레이션 결과를 정시성과 공역 안전성 측면에서 비교하였다. 정시성 측면에서 도착 항공기들의 착륙 순서를 자유롭게 조정할 수 있는 SBA 모델이 가장 우수한 결과를 보였지만, 공역 안전성 측면에서는 이동을 최소화하고 주어진 경로에 따라 이동하는 BQA 모델이 가장 좋은 결과를 보였다. 나아가 BQA 모델을 기반으로 착륙 순서를 보다 자유롭게 조정할 수 있는 새로운 BBQA 모델을 제시하였으며, BQA 모델과 같이 우수한 공역 안전성을 확보하면서도 정시성을 향상시키는 결과를 보였다. 본 연구에서 제안한 vertiport 공역 설계 컨셉 및 접근 관제 모델은 향후 UAM의 항공 교통 관리 연구에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
