A*算法的场面滑行动态规划方法

针对大型繁忙机场交通冲突频发、起飞延误等问题,在战略和战术层面分别对机场场面滑行路径规划方法展开研究。简化了机场路网结构,将滑行路径规划与进离场序列结合,建立了航空器总体滑行耗时最短,延误最少的动态优化模型。在比较了流行的机场滑行路经规划算法基础上,从战术规划的角度提出了一种新的基于A~*算法的场面滑行动态规划方法和冲突解脱策略。案例仿真结果表明该方法可以快速有效的减少航空器总体滑行时间和解决滑行冲突,实现机场场面运行效率提升和机场运营的自动化。     

基于冲突点避让机制选择的航空器滑行路径优化

针对航空器地面滑行的问题,提出了冲突点选择避让机制来优化航空器滑行路径。通过构建地面滑行路径的节点-路段模型,以航空器全部滑行到预定节点所用时间最短为目标,建立了路径滑行优化模型。通过建立可行路径集,利用启发式搜索算法,从静态路径规划、动态路径规划两阶段对滑行路线进行优化,得到航空器滑行优化路径。以某机场某一时段内航班到离港时间数据为例,对算法进行了验证,结果显示:经算法优化后,可减少时间段内各航班的最短滑行路径的冲突,缩短滑行时间,滑行道使用较分散,可降低航空器滑行中运行风险。     

侧向跑道机场滑行路径优化

为了缓解机场场面交通拥挤状况,提高侧向跑道机场场面运行效率,构建了侧向跑道机场航空器滑行路径优化模型.该模型以航空器加权滑行时间和延误等待时间最小为目标,提出了动态优化航班的优先级的优化方案.将航空器的运行规则转化为相应的数学约束条件,根据侧向跑道机场的滑行道调度问题进行算法设计,运用改进的遗传算法对模型进行求解,以航空器的优先级滑行序列和航空器滑行路径为染色体,基于MATLAB对双链染色体进行编码,并对4种滑行冲突与解脱进行分析.以成都天府国际机场为例进行算例分析,与先到先服务序列进行对比,采用优化方案的序列可以节省42 s,并与蚁群算法进行比对,验证了改进的遗传算法的有效性,可以为繁忙机场的滑行调度提供决策支持.     

机场冲突热点识别与等级划设方法研究

针对机场地面运行中航空器之间的潜在冲突区域,提出了基于场面监视雷达数据,提取机场机动区内航空器地面滑行轨迹,分析经过同一滑行道组件的任意两个航空器的滑行路径、滑行时间是否有重合,分析两机航向差绝对值和距离间隔是否满足特定约束条件的机场冲突热点识别方法;提出了基于冲突热点的日平均冲突航空器架次比进行热点的等级划设准则。开发了一套冲突机场热点识别与等级划设系统,并对我国中南某机场冲突热点位置进行识别并划设等级。其结果与专家反馈意见和实际管制运行情况一致,从而验证了热点识别方法与等级划设标准的合理性。机场冲突热点识别与等级划设工作可以有效提醒航空器驾驶员在地面滑行时特别关注"危险地带",降低或杜绝发生跑道入侵或地面冲突的几率,有效地提高机场地面运行安全水平。     

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.     

基于D*算法的场面滑行动态规划研究

研究了机场场面滑行路径动态规划问题.基于三种滑行冲突约束,建立了使航班总体滑行时间最短的动态优化模型.改进了传统的D*算法,提出了基于时间权值的冲突预测和代价修正函数.案例计算相比Dijkstra算法得到的结果减少了203s,有效减少总滑行时间,提高场面运行效率.该算法不仅可以用于滑行路径的初始规划,也适用于场面实时滑行引导的实施.     

基于速度分配的航空器绿色滑行优化

针对航班量过快增长以及机场容量限制导致的机场滑行道拥堵问题,在航空器滑行路径优化的基础上,提出一种基于遗传算法和Yen算法的速度优化方法。首先规定速度变化剖面,以滑行时间和尾气排放为目标,以最大滑行速度和加速度为决策变量,考虑机场滑行规则和滑行限制设定约束条件,建立滑行路径和速度的优化模型;然后利用Yen算法对浦东机场16架航空器的滑行路径进行预筛选,为每个航空器分配3条路径;最后利用遗传算法进行仿真求解,依据最小滑行成本得到最优的滑行路径和速度分配方案。结果表明,优化后的滑行时间降低21.82%,尾气排放降低27.17%,滑行成本降低25.77%,且未产生冲突。可见本文建立的优化模型和方法对提高场面运行效率和减少航空污染具有一定的可行性。     

交叉跑道进离场窗建立方法

针对交叉跑道相关运行模式下复飞引起的进离场冲突问题,提出规划交叉跑道冲突全域以保持进近复飞与离场航空器的飞行间隔.将交叉跑道冲突全域分解定义为前窗和后窗,依次建立直接交叉汇聚和非交叉汇聚跑道前窗、后窗的碰撞风险评估模型,并研究跑道交叉角度对侧向、纵向和垂直3个方向以及总体风险的影响程度.选取成都天府机场非交叉汇聚跑道组和美国威奇托机场直接交叉汇聚跑道组为实例进行仿真分析,结果表明天府机场冲突全域的范围为进近跑道入口前11.89 km至入口后6.44 km,威奇托机场冲突全域的范围为进近跑道入口前10.93km至入口后6.85km,将划设的交叉跑道冲突全域与规章中基于时间的尾流间隔约束相比较,可最终确定进近复飞与离场航空器的安全间隔,也可对未来国内交叉跑道构型相关运行模式下的安全间隔提供参考.     

雷暴天气下的航路改航及间隔配备研究

雷暴对航空运输影响巨大。航路发生雷暴,空管部门通常会选择航空器绕飞。为得到航空在绕飞时所花费的时间,在考虑了风等因素对航空器飞行速度的影响后,本文运用飞行受力模型、风对速度的影响、速度模型对航空器绕飞过程所需时间的计算方法做了初步研究,通过计算得到航空器改航飞行所需时间,并基于程序管制调配间隔的原则规划新的航路,为有冲突的航空器拉开间隔提供方案。     

基于态势感知的滑行路径优化算法

为提高繁忙机场场面运行效率，以优化航空器滑行路径、减少航空器滑行延误时间为目标，通过分析滑行道的运行态势，构建了机场滑行路径优化模型，并提出基于态势感知的滑行路径优化模型求解算法。算例结果表明：基于态势感知的滑行路径优化算法与传统的先到先服务优化算法相比，航空器在整个滑行过程中的总运行时间下降了5%。可见基于态势感知的滑行路径优化算法可以提升滑行道的整体运行效率。     

航空器地面滑行冲突检测模型及算法实现

为了建构具有临界互斥特性的滑行道路网模型,笔者通过分析航空器地面运行规则,归纳出三种典型的滑行冲突类型,并运用临界互斥访问的基本原理,构造两种滑行道临界组件,以此为基本元素组建机场路网模型。航空器滑行路径信息以表列方式存储,可以实现对进出滑行道组件时间及组件属性等参数的快速提取。本文提出的冲突检测算法是对临界互斥访问判定准则,特种技术应用及实现流程的一种数学描述。     

起飞飞机后侧穿越方式下的滑行效率分析

为提高机场场面运行效率,以前侧跑道穿越方式为比较对象,对后侧穿越方式下的滑行效率进行分析。基于前后侧两种不同跑道穿越方式的机理,结合图论思想,将航空器的地面滑行速度、安全间隔及滑行道使用规则等作为约束条件,以总的地面滑行时间最短为目标函数,分别构建前侧穿越和后侧穿越两种不同穿越方式下的数学模型;根据前后侧穿越方式下的航空器地面滑行特点,设计面向前后侧穿越下航空器滑行路径的遗传算法对模型进行求解;选用重庆江北国际机场为例,统计目前在该机场运行的主要机型,从起飞滑跑距离、抗侧风能力及尾喷影响距离对其性能进行分析,计算江北机场某一天高峰小时内37架航班的地面滑行时间,比较两种穿越模式下的滑行效率。计算结果表明:单位小时内,前侧穿越结合后侧穿越模式比单独使用前侧穿越模式时的总地面滑行时间节省约9min,结合使用前侧穿越和后侧穿越的模式可以在前侧穿越延误较大的情况下提高场面滑行效率。     

基于AVL Cruise的阿波斯拖拉机动力学仿真研究

为了寻找农用机械整车动力学特征分析的高效、可靠手段,消除整机性能试验研究的诸多弊端,本文采用了当前在道路车辆动力学分析中常用的仿真技术手段,即通过使用AVL公司旗下的一款整车性能分析软件Cruise搭建阿波斯拖拉机的整车模型,对拖拉机的动力性能和经济性能进行了仿真计算,并进行了试验验证。 在道路行驶条件下,对拖拉机的动力性能(最高车速、最大加速度、滑行距离)进行了计算分析;在农田工作条件下,对拖拉机特定工况下的燃油经济性进行了仿真计算。将各种条件下的仿真计算结果与实车试验进行了对比验证。得出以下结论：道路行驶条件下,采用H5档,试验测试得到的最高车速为40km/h,对应的仿真计算结果为40.54km/h,相对误差为1.35%;采用H5档位,0-40km/h加速时间的仿真结果为5.7s,对应的实测时间为5.5s,相对误差为3.6%;H5档的最大加速度的计算值为2.26m/s₂ ,道路试验所测得的H5档最大加速度为2.22 m/s₂;道路滑行以20km/h的初速度滑行距离,仿真计算的结果为54m,对应的实测距离为53m;农田工作条件下,耕地深度22.5cm时,0-6km/h加速试验的实际测量距离和时间为8.2m和6.7s,对应的仿真计算结果为8m和6.5s;以L2档位,8km/h工作时测得的实际油耗为17.2L/h,对应的仿真计算油耗为17L/h。通过试验的验证,搭建的阿波斯拖拉机的仿真计算模型是合理的,计算精度符合要求,能够作为拖拉机整机开发的重要辅助手段。     

带滑行道冲突告警功能的机场管制员培训系统的设计与实现

针对民用机场同时具有离场飞行、进场飞行和滑行道滑行等复杂运行环境,机场管制员需要具有相应的处理能力,为此设计并实现了一套机场管制员培训系统。系统的最大特点是包含了滑行道冲突检测模块。当管制员向航空器发布滑行路径指令后,该模块将检测各架航空器之间潜在的计划滑行路径冲突并向管制员告警。采用该系统培训之后,机场管制员发布的滑行指令的有效性和安全性将显著提高,使民用机场的运行更加高效和顺畅。     

基于航班离场成本的离场航空器滑行策略优化

针对大型枢纽机场日益严重的场面拥堵及由此导致的航班延误问题,推出率控制策略可利用机位等待代替滑行道及跑道口等待,控制场面离场航班的滑行数量,缓解场面拥挤.基于推出率控制策略同时结合场面滑行路径优化,提出了基于航班离场成本的离场航空器滑行策略.首先,构建了基于推出率控制策略的航班离场成本计算模型;然后,提出离场航空器滑行策略优化方法;最后,以航班离场成本最小为目标,采用遗传算法开展算例仿真,并选取三种策略进行对比分析.结果表明:基于航班离场成本的滑行策略不仅能减少离场航班的总滑行时间,提高场面运行效率,还能减少燃油消耗和气体排放量,具有一定的环保性.