空域运行规划安全评估方法研究

考虑天气不确定因素,通过容量概率分布确定容量场景,研究相应容量场景下空域冲突风险,并通过管制员工作负荷体现人为因素影响,提出了空域运行规划安全评估方法.从风险和安全的角度,为恶劣天气下空域运行策略决策提供支持.计算结果表明,飞行安全不但与空域结构有关,还和飞机速度、交通流情况、管制员工作负荷及安全间隔有关.可见该安全评估方法能有效评估空域运行规划策略的安全性,有利于平衡风险及容量需求的最佳运行方案的制定.     

飞行受限区对扇区动态容量的影响

为了合理利用空域资源,提高空中交通运行效率与安全,对空域扇区的动态容量进行了研究。根据空域的三维结构对飞行受限区进行定义,并以飞行受限区对扇区结构的覆盖情况为基础,建立了飞行受限区对扇区动态容量影响模型。以西安02号扇区空域结构为例进行仿真分析,分析结果表明:改航点到航路距离越远,扇区动态容量越小;管制员经验越少,扇区动态容量越小;改航后的航空器间隔越大,扇区动态容量越小。     

基于连续下降运行的终端区环形进场航线设计

为了提高多机场终端区运行效率,增加其空域容量, 本文构建了基于连续下降运行模式的终端区环形进场航线结构和运行规则,并使用实际扇区结构和数据进行仿真验证。首先构建环形进场航线,由多条椭圆矩形等待航线和圆形准备航线组成;其次设计相应的进场运行规则;然后建立航空器进场顺序优化模型,使用模拟退火算法对其进行求解;并应用蒙特卡洛仿真方法计算终端区极限进场容量;最后使用实际终端区(ZSSSAP)结构数据进行实例验证。实验结果表明,环形进场航线在繁忙状态时可有效减少终端区内进场航空器瞬时峰值数量(降幅21.90%)和平均进场时间(降幅3.14%),平均进场时间可在顺序优化后进一步降低(降幅6.59%);并提高终端区进场航空器容量(增幅4.82%);在空域运行态势方面,环形进场航线模式可大幅度降低空域复杂度峰值(降幅61.29%)。     

终端区航空器飞行间隔研究

针对终端区不合理的航空器飞行间隔严重影响飞行安全和机场吞吐量的问题,提出了基于场面监视雷达历史运行数据的终端区航空器飞行间隔算法。通过分析离散的场监雷达点迹数据,可获得航空器的历史轨迹。基于航空器起飞时刻和降落时刻提出了航空器间在不同起降序列下的时间、距离间隔计算方法。研究了机场流量、航空器起降序列、跑道的使用方向变化对航空器飞行间隔的影响。实践结果表明,场面监视雷达数据可以有效地用于分析航空器间的时间和距离间隔;机场流量与终端区航空器飞行间隔负相关,航空器间的时间间隔和距离间隔正相关,飞行间隔与跑道使用方向变化无关。合理的起降次序和良好的管制习惯可有效地缩小终端区航空器飞行间隔。     

黄花机场区域导航程序在运行中的优点与面临的问题的探讨

区域导航是一种导航方式,它可以使航空器在导航信号覆盖范围之内或在机载导航设备的工作能力之内,或二者的结合,沿任意期望的航径飞行。区域导航的优点是提供了侧向间隔,避免了航空器正相对,同时更好地利用了可用空域,提高了空域容量与航空公司的经济效益。黄花机场的区域导航进离场程序从分时分段试运行到现在的全天运行,本文主要对其在运行中的优点与面临的问题进行探讨。     

基于多目标融合及改进遗传算法的终端区进场协同排序

未来我国终端区将逐年递增,根据数据显示终端区内空域资源与飞行流量的增长不成正比,终端区内流量趋于饱和。为了有效提升终端区运行的效率,确保航空器在其空域的安全飞行,降低管制员的负荷以及公司的运行成本,本文从航空器延误,管制员负荷以及各机场资源平衡三个方向建立多机场终端区航空器进场协同排序模型。首先,通过对终端区范围界定,运行主要问题的研究以及空域结构的分析了解终端区系统的相互关联因素;其次,通过对终端区进场航空器的线路、交叉点的单独分析,找到相应的共同点和影响较高的运行系统相关性因素,相关的约束以及主要的解决目标;最后利用结合模拟退火的NSGA-II算法对该模型进行求解。结果表明基于改进遗传算法对该模型求解后对比先到先服务模式以及未改进的遗传算法在效率上分别提高26.3%和53.2%。由此可见,所提出的模型能有效的提高航空器排序的效率。     

机场密集区域空域容量评估方法研究

定义了机场密集区域,明确空域容量的求取范围为对应机场终端空域.对受军航影响下的机场密集区域空域运行模式和容量变化情况进行了分析.基于排队论、移位负指数分布等概率统计模型,提出面向机场密集区域的空域容量评估模型.以中南地区湛江进近空域为例,运用AirTop仿真软件评估其容量和延误情况,并将模型计算结果与其结果相比较,证明了模型评估趋势和评估精度的有效性.     

基于多因素融合建模下无人机航行环境评估方法

当前无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)任务路径的研究已日益广泛。现实环境中执飞空域将由多机种多机型共同参与,针对无人机间,以及与载人运输机间的航行环境分析及空域密度评估,还处于研究初级阶段。为正确分析大型无人机在复杂区域内执行任务对航行环境的影响,综合考虑尺寸与性能数据、空域结构、空中交通服务和飞行技术安全等因素,首次建立多种因素融合下的无人机航行环境评估模型,并获取量化评估结果。计算结果表明:通过分析模型计算得出航空器间最小距离,可为制定航路航线间隔,判断空域密度等问题提供数据参考。为未来低空空域开放,实现载人运输机和无人机安全、协同飞行创造条件。     

空域调整方案安全风险评估方法研究

为了确保空域调整后空域结构的安全性,需要预判设计的空域调整方案是否在合理的安全风险以内.提出四种空域调整方案安全风险评估方法,专家评估法、计算机仿真法、雷达模拟机验证法和运行监控评估法.通过对比得出不同方法的优缺点,为合理选择评估方法提供依据.与此同时,提出上述方法可以用于雷暴天气下,航空器绕飞雷暴时的改航航路规划的安全风险评估.     

基于时间-空间的进场航迹聚类分析

空中交通管制的核心任务是保证飞行安全,提高航班的运行效率。在航空器进场过程中,很多因素会导致航空器不能严格按照计划航线飞行。由于传统的航迹聚类分析没有将航空器进场飞行当作一个过程来考虑,缺乏时间信息,为了更加符合实际运行情况,本文采用时间窗、空间聚类的方法,合理地提取出了航空器在进场飞行过程中每一分钟的标准中心航迹。然后采用双调和样条插值法计算出了在整个空域内航班进场过程的航迹分布概率。实验表明,此方法快速有效,更加符合管制指挥的实际情况。     

基于贝叶斯网络的电动垂直起降航空器运行风险研究

为迎接电动垂直起降航空器的到来,降低平均无故障时间,对电动垂直起降航空器的一般运行场景和系统构成做出了分析,并从人为因素、设备因素、环境因素和其他因素中提取了可能的失效诱因;构建了失控坠地和空中碰撞的贝叶斯网络,并依据所建网络和通过不同专家得到的概率值计算控制失效情况下失控坠地和中间事件发生概率,然后进行反向推断,推演事故发生主要诱因。结果表明,电动垂直起降航空器正常运行发生事故的概率为9.648×〖10〗^(-7),其中,控制失效、飞控系统断电/故障是事故主要诱因,计算结果可为电动垂直起降航空器安全运行防控提供依据。     

民用无人机交通管理体系架构及关键技术

民用无人机交通管理是无人机运行管理的核心。目前无人机交通管理的研究大都处于针对单一运行场景的策略制定和相关支撑技术方案的探讨和论证阶段,没有系统揭示无人机交通管理体系全貌和技术发展趋势。在分析国外民用无人机交通管理现状的基础上,设计了面向全谱系运行场景的民用无人机交通管理体系架构,涵盖典型运行场景、管理策略、运行生态。为支持无人机交通管理体系的实施,围绕无人机空域精细化管理、无人机运行安全与间隔管理、无人机交通引导与控制、无人机智能化设施规划与应用提出了11项关键技术,并分析了技术发展现状,总结了技术发展方向。研究结果表明：民用无人机交通管理应采用面向场景基于风险的分级分类管理策略,适应无人机运行生态的可持续发展需要;交通管理关键技术研究需考虑多场景、多类型、多阶段、交互性、大规模、高自主等因素,以安全、高效融入国家空域系统。     

基于复杂网络理论的飞行冲突关键点识别

针对目前空域内航空器防相撞风险骤增,飞行安全态势不容乐观的现状,现有的飞行冲突探测方法难以把握如此复杂的空中冲突态势,不利于航空管制员对空域的飞行安全态势情况进行准确掌控。提出一种基于复杂网络理论的飞行冲突关键点识别方法。首先基于航空器机载防相撞系统（ACAS）保护区模型构建飞行冲突态势网络模型,在此基础上,采用复杂网络理论中的节点度中心性、接近中心性以及PageRank指标结合AHP方法对空域飞行冲突态势网络中所有节点的冲突等级进行评估,找出威胁等级较高的关键航空器及关键位置。仿真结果表明,通过建立飞行冲突态势网络可以合理划分空域内的安全态势等级,同时根据复杂网络节点重要度评价指标能够对存在严重冲突安全威胁的航空器进行有效识别,协助航空管制员全面掌握空域内飞行安全态势。     

基于多标度层次分析法的无人机避让策略构建

针对未来同一片空域内由于多种航空器共同执行任务而可能出现的飞行安全问题,通过研究各种可能出现碰撞的情景,构建了大型无人机在混合空域中最优避让方案评价指标体系,通过分析不同标度法的优缺点,提出一种多标度层次分析法的混合空域策略。首先,以大型无人机为研究对象建立混合空域模型,将混合空域中出现与本机发生冲突可能性的各种飞鸟或航空器进行分类,并考虑碰撞风险等级及目标执行任务等级因素。其次,采用多标度层次分析法求得不同情况下各类避让目标的权值,经过一致性判定;进一步引入隶属度函数,通过分析已获得的权值,对最终结果进行进一步的权重修正。最后,对大型无人机在空域中飞行可能遇到的空域环境进行分析,以验证无人机避让决策方案是否行之有效。结果表明,确定的基于多标度层次分析法可以满足无人机在面对复杂空域环境时避让策略方案的确立,并且具有动态效果,满足无人机实时构建和调整避让策略需要。研究结果可为实现大型无人机在混合空域中的安全飞行提供新的思路。     

终端区进场航线交叉点通行能力研究

终端区航线交叉点是空中交通运行的瓶颈,其通行能力是表征交叉点运行状态的重要指标,深入研究交叉点的通行能力,能够为进离场航线优化及航线网规划提供理论指导,并为减少航班延误提供必要的技术支持。借鉴地面道路交叉口通行能力已有研究成果,依据终端区空域结构及航空器飞行特征,创新地提出终端区进场航线交叉点通行能力定义,建立了计算模型,深入分析了航空器飞行速度、机型组合、航线夹角对通行能力的影响。以天津机场终端区为例,计算进场航线交叉点CG点的通行能力,进行了实例验证及分析。     

协作通信物理层安全策略性能分析

协作通信与物理层信息安全是现代无线通信领域中的两个具备研究价值的方面。结合了两者的特点,研究了基于协作通信的物理层安全模型,对其中的放大转发策略和协作拥塞策略进行了最优安全容量分析,并针对目前相关研究内容并未涉及详细的性能场景分析的情况,对放大转发策略与协作拥塞策略进行了多个不同场景下的安全容量性能对比并进行了相应的理论分析。仿真研究表明,放大转发策略比协作拥塞策略更加稳定,更不易受场景变化的影响,此外,增加中继的天线数量所带来的性能提升也等效于增加中继数量。     

管道航路激活费用问题优化研究

管道航路能够提高现有空域容量、增加空域的使用效率。但开启和运行该航路比常规航路需要更高的成本。本文根据交通流量需求情况,在航班等待费用和航路运行费用下寻找最合适的激活时刻。建立了最小费用下的管道航路激活问题的数学优化模型,给出了相应算法及步骤,并进行了Matlab仿真计算。仿真结果表明了模型和算法的有效性。     

管制空域复杂网络模型构建及抗毁性分析

为分析现有管制空域的结构特性与面对多种真实情况下的抗毁性,从空中交通管制的角度出发,以管制空域的最小单位扇区为基础,构建复杂网络模型,并以介数、紧密中心性等拓扑特性参数计算方法筛选关键扇区,以聚类系数、度、度分布等参数来反映空域内部的连接情况。通过4种能反映不同真实情况的攻击策略对模型进行抗毁性测试。最终结果显示：扇区网络在维持扇区连接结构上表现出较好的抗毁性,而在维持网络运行效率和保障航空器通行能力上抗毁性不佳。     

新郑大桥改建新桥横向刚度分析

针对新郑大桥改建后提速列车通过时，墩顶横向振幅超过《铁路桥梁检定规范》规定的通常值，建立列车一桥梁系统振动计算模型，运用列车脱轨能量随机分析理论，对该桥上列车走行安全性进行计算分析；在列车不脱轨的条件下，对桥上列车正常运行的平稳性进行研究；对墩顶横向振幅超《铁路桥梁检定规范》规定的通常值与行车安全的关系进行分析。研究结果表明：在车速不超过80km／h时，列车可以安全运行，平稳性也基本满足要求；将墩顶横向振幅通常值当成行车安全限值是不合理的。     

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.