基于熵组合权重的终端管制运行质量评价

终端区处在进离场航线交汇处,易导致空中交通拥堵.为了客观准确地评价终端区管制运行质量,针对空中交通服务的特点,建立空中交通管制服务质量评估指标体系.对其中指标进行标准化处理,得到规范化判断矩阵.通过最小相对信息熵原理对主客观权重进行组合.使用灰色关联度和逼近理想解的随终端区管制服务质量进行评价,评价结果能够有效地反映管制服务的服务质量,从定量分析的角度为空管服务质量管理提供了参考依据.     

空中交通短期流量管理的动态网络流模型

针对优化调度空中交通短期流量的迫切需求,研究空中交通管制区的网络结构和确定容量条件下空中交通流的动态行为,给出了空中交通短期流量管理的多品种动态网络流模型的数学描述(ST-TFMP);并就管制区内现有飞机的疏散问题对原模型进行了改进.利用北京管制区某日高峰飞行时段的到达流量实际数据,在不同场景下对模型进行了仿真验证,结果表明空中交通短期流量管理的动态网络流模型有着较好的计算性能.     

基于增维细胞传输模型的区域管制空域容量评估

经过多年深耕挖潜,目前国内机场容量的瓶颈已逐渐转移至终端区之外的区域管制空域。细胞传输模型(CTM)适用于中观交通流仿真,可描述较为宏观的问题。本文基于区域航路网络拓扑结构,将区域管制空域(简称“区域”)的交通流分为通过流与进入流,采用CTM建立区域增维模型,以区域容量作为目标函数构建MILP模型,利用遗传算法求解,通过TAAM仿真验证模型的准确性。     

基于对称非负矩阵分解的终端区扇区划分方法

为了合理利用终端区空域有限资源,以满足各扇区间管制员负荷均衡为目标,提出了基于对称非负矩阵分解的终端区扇区划分。首先,通过建立终端区网络加权图和量化管制负荷,构建终端区扇区划分模型。其次,为保证相邻性和低方差对扇区单元层次聚类形成“snake”扇区序列,计算扇区单元之间的相似度值,生成相似度矩阵并进行归一化处理,利用对称非负矩阵正交分解对相似度矩阵进行求解,根据求解出的矩阵判断扇区单元所属区域,实现聚类划分。最后,选取现实终端区空域进行仿真验证,证明了对称非负矩阵分解划分方法的有效性。     

空中高速路匝口流量控制

空中高速路系统有助于缓解日益严重的空中交通拥挤问题.从空中高速路及其匝口的基本概念入手,基于元胞传输理论建立了空中高速路匝口流量控制模型,通过对模型进行仿真求解,建立匝口元胞连接图,得到系统最短时间、系统清空时间、最优匝口流量分布等,结果表明:该模型既能够满足空中高速路匝口流量控制建模的需要,又能反映空中高速路系统中交通流的动态特性.     

基于K-means的空中交通流模式识别

空域系统容量与空中交通态势密切相关。对空中交通态势的精确把握可有效降低当前大流量情况下的空域系统压力、提高管制员有效决策水平。提出了一种基于K-means聚类方法的空中交通流识别方法,有助于清晰把握空中交通整体态势。首先分析了空中交通流特性,然后根据雷达数据统计了主要航段在15 min内飞机架次,聚类识别为多种交通流模式,最后通过计算时段内所有飞机在扇区的总飞行时间,验证了该方法的有效性。     

终端区空中交通管制运行品质评价因子研究

终端区空中交通管制运行品质包含多个因素,每个因素都会对其运行品质造成一定的影响,也就是说每个因素之间的关系是相互联系关系,如果对其中的一个因素进行改进都会影响到其它因素,因此,为了能保证终端区空中交通管制运行的最优化,需要对每一个影响运行品质的因素进行综合性评价.本文基于因子分析的方法对评价因子进行了相关研究.以南京终端区为例,采用专家调查法选取六项指标作为重点研究对象,采集终端区空中交通管制运行繁忙时段作为样本,进行品质评价因子的研究.研究结果表明,流量,安全、效率是终端区空中交通管制运行品质最为重要的评价因子.通过管制专家展开模糊性综合评价,所得结果证明因子分析结果和实际情况相符合.经研究结果得出定量分析是综合改善终端区管制运行品质的重要决策导向和检验依据.     

基于灰色重力模型的终端区空域流量分布预测

针对终端区空域航路飞机流量分布,给出灰色-重力模型组合预测方法.利用灰色GM(1,1)建模预测终端区内机场及管制移交点航班架次,在此基础上,采用双约束重力模型将航班架次分配至各条进、离场航路,得到空域飞机流量分布.以上海终端区空域为例,对该方法进行了实证分析研究.     

进港航班排序与最小方差控制

为实现民航空中交通管制自动化,详细分析了由空域、航路、飞机、空管组成的具有连续时间和离散事件动态系统组合的混合系统特性,将系统动态性能的分析综合转化为离散事件动态系统事件发生排序和随机动态系统分析综合.采用极大代数方法对进港航班进行排序,用最小方差控制方法使进港航班时间间隔趋于一致.仿真结果表明:离散事件动态系统理论与传统控制理论的有机结合取得了空中交通管制自动控制好的效果,是解决该类系统分析设计的新思路,为进一步将控制理论用于空中交通管制的研究提出了新途径.     

基于航迹分类的终端区交通流非线性特征

终端区空中交通系统是复杂的非线性系统，本文基于航迹分类与交通流混沌理论研究终端区交通流的非线性特征，为终端区交通流控制及预测提供科学依据。首先对获取的广播式自动相关监视(Automatic dependent surveillance-broadcast, ADS-B)航迹数据进行异常识别与处理。然后基于K-近邻算法(K-nearest neighbor, K-NN)与跑道方向设计终端区航迹分类方法，实现终端区航空器航迹的精确分类。根据分类结果构建交通流量的时间序列，结合相空间重构和最大Lyapunov指数分析终端区交通流的混沌特性。最后，选用北京首都机场终端区ADS-B航迹数据进行实例验证，结果表明本文方法可以实现航迹的精准分类，准确识别和分析多跑道机场终端区交通流的非线性特征，在验证时段内36R、36L跑道及整个终端区交通流均表现出混沌特性。     

基于UAT数据链的ADS-B系统加密研究

自动广播相关监视(ADS-B)作为下一代监视技术,已经在世界范围内引起了广泛的重视。它不仅能够为空中交通管制人员提供空中监视服务,从而支持当前的交通管制程序;还能够通过座舱显示系统为飞行人员提供飞机周围的飞行动态情况,从而有效地保障了飞行安全。本文的目标是在ADS-B提供监视功能的基础上,进一步提升基于UAT数据链的ADS-B系统的安全性能。     

基于航班计划的空域交通流量实时预测模型

空中交通流量预测是空中交通管理的基础,实时的空中流量预测能够有效地保证空中交通有序顺畅的运行,对保证飞行安全和解决空中交通拥挤、减少航班延误有很大的帮助。为了准确预测空域内实时的交通流量,本文首先建立了空域内单航路有N个转弯点情况下的实时流量预测模型,然后将模型推广到了空域内有任意条航路的情况,最后进行了算例仿真。仿真结果证实了文中所建模型能够很好对空域内的实时流量进行预测,模型是可行和有效的。     

基于CPS的空中交通系统架构及能力涌现方法

针对现行集中式空中交通系统架构下空域管理、空中交通服务、流量管理、交通管制功能割裂,融合不顺的问题,提出了基于CPS的空中交通系统架构,引入了航空器群的运行概念,介绍了系统能力涌现的机制。该架构中每架航空器作为智能个体,在新型网络支撑下实现节点间交互与反馈、激励与响应,进行局部寻优,实现系统整体行为涌现,空中交通系统按能使用、按需服务。提出了系统涉及的自主4D航迹生成、规则提取、下一代网络等需要解决的关键技术,给出了若干能力涌现度量参数,并且针对信息流量、时间开销这2个测度参数进行了具体分析,验证了所提出空中交通系统运行架构的合理性及有效性。     

塔台管制电子进程单告警机制研究

针对现阶段塔台管制模拟系统缺少智能评价及反馈功能的现状,提出了基于电子进程单操作触发的风险提示告警机制。通过结合空管规则提炼出管制过程中的关键节点,研究告警机制的智能判断流程,建立了其静态和动态模型,修改并扩充了相应的数据库内容。实践结果表明,该机制有助于及时反馈管制过程中的错误和遗漏,进一步完善了塔台模拟机的系统功能。     

考虑跑滑结构的机场跑道容量评估模型

跑道容量是衡量机场服务水平的重要指标.民航中小型机场跑道滑行道结构简单,航空器起降占用跑道时间较长,是影响机场容量的主要因素.本文细化航空器起降滑行、滑跑时间,引入管制规则,构造了考虑跑滑结构的机场容量评估模型.采用Visual C++编程进行数值模拟仿真,结果表明,该模型能量化实际滑跑距离、滑行道位置、起降比例等关键因素对机场容量、跑道占用时间的影响.以赣州机场为例,该模型容量评估结果符合实际飞行原则和管制规则,能为提高机场吞吐量提供技术支持,具有一定的参考价值和实用性.     

空中交通流监控警告参数的设置和使用

介绍了交通流监控警告参数的设置和使用流程;并设计了监控警告参数控制的动态反应逻辑。设计监控警告参数控制的动态反应逻辑很好的解决了单纯使用航空器数量不能准确反映管制员工作负荷的问题;通过设计的矫正器矫正监控警告参数,将数字表达的交通复杂度和管制员主观感受联系起来:管制员感受到的交通复杂度高,监控警告参数下调;管制员感受到的交通复杂度低,监控警告参数上调。实例表明,矫正器设计基本合理,可用于对复杂度动态反应的监控警告参数(MAP)控制中。     

考虑空域高度限制的航空器飞行轨迹推算模型

飞行轨迹推算是空中交通流量管理的一个重要研究内容.本文在传统飞行轨迹推算方法基础上,针对管制空域内飞行高度受限等现实情况,构造了考虑空域高度限制的航空器飞行轨迹推算模型.该模型综合航空器飞行性能和飞行计划,对飞行轨迹进行初步推算,再分析飞越空域的高度限制,更新航空器飞行姿态,对初步结果进行修正,最后根据实时监视信息,再次修正推算结果.利用真实飞行计划进行实验,实验结果表明,本文模型能模拟出航空器阶梯爬升和提前下降状态,更接近实际飞行过程.与真实轨迹相比,本文模型推算出的高度、时间标准差比原算法减少62.77%和68.06%,并且符合实际飞行原则和空域使用规则,具有一定的参考价值和实用性.     

基于复杂网络的空中交通流分形特征分析

为准确把握空中交通流量变化规律,掌握空中交通系统内在特性,需要对空中交通流时间序列进行基于复杂网络的分形特征分析。收集空中交通流量数据,利用可视图方法构建复杂网络模型,分析网络拓扑结构,验证了该网络度分布服从幂律分布,拟合直线斜率为-2.086,证明了网络是无标度网络,具有单分形特征。验证了覆盖整个网络所有节点所需要的最少盒子数目与盒子直径成幂律关系,拟合直线斜率为-0.212 1,相关系数为-0.872 2,再次证明了网络具有单分形特征。通过验证网络广义分形维数关于参数的图像为非线性,拟合直线斜率分别为-1.942、-1.936、-1.78,相关系数均在0.8以上,拟合效果较好,证明了网络具有多重分形特性。通过计算重整化前后网络的幂指数相似,证明了网络具有自相似性。结果表明,应用复杂网络的理论分析空中交通流时间序列是可行有效的,为进一步深入应用研究奠定了基础。     

A-SMGCS航空器滑行时间延迟的滑行路由实时更新算法

在先进场面活动引导和控制系统(advanced surface movement guidance and control systems,A-SMGCS)中,针对航空器滑行时间延迟而导致场面运行效率和安全水平的降低,提出一种集成场面态势监测的滑行路由实时更新算法。该算法采用局部路由更新方式,首先采用时间窗约束Petri网建立航班滑行时间延迟时的场面局部模型;其次,定义模型中库所对应时间窗的合并运算规则;并据此展开局部模型约简,进而得到约简模型中航班滑行冲突判定条件;再次,以最小化航班在冲突区域的滑行成本为目标,实现了相关航班局部滑行路由优化同时保证了对原路由扰动最小;最后,通过算例验证了所提滑行路由实时更新方法的有效性。     

航空器离场管制关键环节识别及风险传播研究

航空器离场风险识别是民航安全生产的重要环节，但目前研究多面向航空器运动过程和静态危险源，忽略了管制业务影响和风险动态传播机理．针对此问题，本文提出了基于复杂网络的离场管制关键点识别及风险传播模型．首先，抽象管制信息交互和业务逻辑，构建复杂网络并量化各节点重要度，然后考虑安全管控延迟效应，定义风险产生、传播及恢复规则，形成离场管制风险动态传播模型．实验结果表明：本文模型能再现风险传播机理和规律，机组等10个节点为风险传播关键环节，机组对风险扩散作用最强，传播成功率峰值为0.519，塔台管制员和地面管制员为危险源时能激发其他节点进行风险控制，针对关键节点实施安全管理能有效抑制风险传播．