基于RAMS仿真的扇区动态容量评估

介绍了扇区动态容量的定义及RAMS仿真系统,在分析恶劣天气对飞行影响的基础上,用恶劣天气区域的最小外接矩形划设飞行受限区,提出基于RAMS仿真的扇区动态容量评估方法.最后选取典型扇区进行RAMS建模仿真,评估扇区在恶劣天气影响下的动态容量,仿真结果验证了评估方法的可行性.     

改进动态密度模型在扇区容量评估的应用

针对我国空域容量评估的迫切需求,明晰了扇区容量的概念与评估关键,在深入分析空域动态密度的基础上,对管制意图参量进行分析,建立起改进的动态密度评估模型,并给出基于该模型评估扇区容量的方法。最后,通过原模型与改进模型评估扇区容量结果的对比,验证了基于新模型评估扇区容量的有效性和实用性。     

基于Delauany三角形的分时段区域管制扇区划分

根据空域和流量状况划分扇区是提高空域容量、改善空域拥挤和减小管制员工作负荷的有效手段。航班数量的不断增加,使得管制员的工作负荷也随之加大,为降低管制员的工作负荷需要研究扇区动态划分。首先对高空区域管制扇区内各航路点一段时期的每天相同时段的飞行流量进行分析,以航路点建立Delauany三角形,按照各时段飞行流量的不同对Delauany三角形进行加权,随后通过聚类分析生成了加权的Voronoi图,然后采用改进的哈夫曼编码理论对扇区进行了合并给出划分方案。最后结合厦门管制扇区数据进行算例分析验证了所提出方法的可行性。     

基于改航策略的空域流量管理研究

为减少危险天气下的航班延误现象,结合地面等待以及改航策略实施空域流量管理.将受危险天气影响的扇区视为流量约束区,根据扇区受危险天气影响的情况,以最小总延误成本为目标,流量约束扇区容量、起飞机场容量、流量约束扇区进入点的安全时间间隔为约束,建立基于改航策略的空域流量管理模型,并采用遗传算法对模型求解.通过算例进行仿真,仿真结果表明,基于改航策略的空域流量管理可以有效减少航班延误时间,提高航班运行的总体经济效益.     

改航路径规划问题研究综述

军事活动等特殊事件对飞行的影响,极易触发大面积的空域拥堵、飞行冲突、航班延误等问题,诱发巨大的社会经济损失,反过来也严重影响军事训练的效益与质量.针对空域资源利用率亟待提高的现实需求,从改航路径规划影响因素、飞行受限区划设、改航路径规划模型和优化求解方法等四个方面出发,对缓解空域资源紧张的重要策略——改航路径规划进行了系统研究,探讨了改航路径规划的发展沿革、研究进展以及现有方法策略的优劣,并对集中统一协调和管理、非独立多航班改航路径规划、不确定条件下的改航路径动态规划、智能化改航路径规划等未来发展方向加以展望,为提高空域资源利用率提供系统化方法支撑.     

北京终端区扇区容量评估及优化

构建了一种基于管制员工作负荷终端区扇区优化模型。首先通过测量各时段终端区域内飞机平均数、陆空通话以及进程单填写等情况,对终端区管制员的工作负荷进行了量化,进行了基于管制员工作负荷的扇区容量评估。然后根据空域中航路点的分布,建立了Voronoi图,以蚁群算法应用到单元搜索,对空域中的Voronoi多边形进行了优化组合,并使其满足空域划分的基本原则,从而得到优化后的扇区图。最后通过北京终端区空域容量评估和扇区优化的计算结果,对该扇区优化方法进行了验证。     

区调扇区和进近扇区复杂度对比研究

随着空中交通流量的增加,空中交通管制面临着严峻挑战,表现在进近与区调扇区间管制协调的矛盾日益突出。对比国内某管制区进近扇区和区调扇区的管制复杂度能更好地协调进近扇区和区调扇区的空中交通管制工作负荷,均衡进近扇区和区调扇区的管制复杂度,达到提高扇区容量的目的。为科学合理地对比扇区管制复杂度,构建了扇区静态复杂度对比的指标及其量化方法,并设计了静态复杂度对比实验来对比进近扇区与区调扇区的静态复杂度。另采用"管制扇区空域复杂性分析系统"软件,以厦门高崎国际机场为例,根据真实雷达管制数据,通过实验,分析对比了进近扇区与区调扇区的动态复杂度。通过分析实验结果,发现进近扇区管制比区调扇区管制复杂度更大更难。为达到均衡工作负荷、提高空中交通流量、减轻管制员负荷的目的,对现有的进近扇区和区调扇区的管制方法和空域结构提出了一些合理化建议。     

基于管制员工作负荷的航路扇区容量评估技术

通过分析航路扇区中雷达管制模式下管制员工作负荷,提出了新的管制员工作负荷模型对管制员工作负荷进行量化,该模型适用于各种航路扇区;在此基础上,采用回归分析法和有效时间段法两种方法,分析了管制员工作负荷与航路扇区容量的关系,从而得出航路扇区容量值.通过对两种方法的优缺点进行比较,提出了根据扇区实际情况选择适当的分析方法;得出的航路扇区容量值,可以用于实际运行中,避免管制员工作负荷过大或过小,充分保证飞行的安全、高效.     

改航策略中雷暴飞行受限区划设方法

为了科学合理地划设雷暴产生的飞行受限区,为航班改航策略提供支撑,提出了最小外接矩形、最小面积椭圆和最小外接圆方法来划设受限区,并采用精确度、偏差度、冗余度和复杂度等4指标对划设方法进行评估。算例分析说明,采用最小外接矩形法对带状、条状、人字形和片状云团飞行受限区的划设效果较好,采用最小面积椭圆法对块状云团飞行受限区的划设效果较好。     

考虑空域功能性的终端区内三维扇区划设方法研究

为缓解终端区内管制扇区划设不合理的问题,本文结合空域功能性研究了终端区内三维扇区划设问题。首先,在满足传统扇区约束条件的前提下,以降低所有扇区管制负荷之和与均匀各扇区管制负荷为目标。接着,结合垂直高度的层次聚类与水平方向的泰森多边形划分,将终端区划分为若干个三维空域单元并根据不同的飞行性质赋予各空域单元不同的功能属性。根据优化目标,考虑功能性的相近程度,采用NSGA-II算法将各三维空域单元组合形成扇区。最后,以上海终端区为实例进行验证。结果表明,相比于现行扇区划设方案,优化后的扇区划设方案能够有效地降低扇区的管制负荷之和,同时均匀各扇区的管制负荷。     

基于粒子群优化算法的扇区组合优化

航空运输业的不断发展给终端区容量带来了巨大的挑战。为了降低管制员的工作负荷,增加终端区的容量,对终端区的扇区优化进行研究,建立了终端区空域拓扑结构模型,利用Voronoi图进行终端区单元划分,并计算各航路点的工作负荷,建立扇区优化的数学模型,利用一种排列组合算法进行单元组合,将各单元的目标函数值作为优化函数,并结合粒子群优化算法求得最优解。最后,以成都终端区扇区优化为例进行了验证,证明了粒子群优化算法的有效性,可以很好地应用在以航路点为划分单元的扇区组合优化中。     

面向森林火灾的通航抢险飞行空域栅格化建模

针对以往基于经纬度的飞行空域使用及表达方法在救援任务建模精度及动态性等方面的不足,提出面向森林火灾的通航抢险飞行空域栅格化建模方法。对应森林火灾救援中的水源地等关键点、飞行航线、火场区域三类元素,将低空抢险飞行空域基本构成元素设计为点状空域、线状空域和面状空域三类。以平均海平面为基准,基于GeoSOT网格建模方法,采用正六边形网格对抢险飞行空域进行剖分,构建抢险飞行空域在水平和垂直方向的动态空域模型;设计包含网格地址、高度、使用类型等属性的空域网格编码体系,可支持建立抢险飞行空域动态管理架构。以某森林火灾抢险飞行作业场景为例,验证了所给空域栅格化建模方法的可行性。     

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。     

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%)。     

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.     

航空器动态改航的自动化处理技术比较

随着空中交通流量的不断增长,航空器面临的改航飞行也就日益增加,这就使空中交通管制员面临的飞行态势变得日益复杂。面向4D轨迹的航空器动态改航技术可以实时地为管制员提供优化的改航方案,可以作为管制指挥的参考依据,从而减轻管制工作负荷,提高管制效率和空域流量,具有广阔的应用前景。本文主要选取了一些具有代表性的航空器动态改航算法,对比分析了它们的优缺点和适用范围,从而为使用这些算法提供一定的参考。     

中国空域国内航班飞行拓扑分析

基于中国空域航班飞行拓扑研究航空自组网将有利于满足未来航班对空中管制、信息共享等方面的需求,但现有研究未根据中国空域的具体情况对航班飞行拓扑进行分析.本文通过搜集真实的中国空域国内航班数据,把中国空域划分为东西部以及飞行情报区,同时借助NS2仿真,直观地分析比较中国空域一天以及每小时航班飞行拓扑.结果表明中国空域国内航班分布有很大差异,而航班数量与人口和第三产值呈现出较高的线性相关性.     

基于GeoSOT网格的空域栅格化表征方法

针对利用经纬度坐标表征空域的不足,提出了基于GeoSOT网格的空域栅格化表征方法.首先,分析了空域的栅格化表征具有简洁高效、便于协调通报的相对优势,并对美军典型的网格系统进行剖析;其次,结合飞行基本规则、飞行间隔规定,设计了面向空域表征的网格参考系统的剖分方案和编码结构;最后,根据网格最少和精度对应原则给出点状、线状、区状空域的详细栅格化表征流程,并在网格平台进行空域表征场景示例应用分析,为空域表征提供了一种新的技术手段与实践思路.     

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。     

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.