混合运输机场跑道服务能力评估模型

为提高混合运输机场运行效率,综合运输与训练飞行混合运行特点,提出了混合运输机场跑道服务能力评估模型。该模型考虑了不同类型航空器的性能特点以及空中交通管制规则,将运输与训练航空器的起降过程以及训练科目的跑道占用时间分类细化。运用Anylogic软件进行仿真,以起降比例、训练科目比例和运输训练飞行比例作为关键参数,得出混合运输机场跑道服务能力变化趋势。仿真结果表明：①进离港高峰期应增加触地拉升科目,可使跑道服务能力提升约6%;②离港高峰期应减少训练飞行起飞科目,将起飞航空器比例控制在20%~50%;③进港高峰期应利用跑道使用间隔进行训练飞行起飞科目,可使跑道服务能力提升约18%。本文模型仿真结果与实际运行过程相符,可为混合运输机场未来提升跑道服务能力提供一定参考。     

具有绕滑的跑滑系统航空器滑行策略研究

为了应对空中交通流量的增加带来的挑战,很多繁忙机场建立了具有平行跑道的跑道系统来提高机场容量。绕行滑行道（End-around Taxiway,EAT）是提高具有近距平行跑道的繁忙机场运行效率的新型滑行道。本文根据具有绕行滑行道的跑滑系统的运行特点,将航空器在跑滑系统中的运行分为直接穿越、选择绕滑、等待-穿越三种滑行策略。提出具有绕行滑行道的跑滑系统滑行效率的概念,将航空器的滑行燃油最少和滑行时间最短作为协同优化目标,并结合绕行滑行道的运行规则、效率优先级作为约束条件,建立航空器地面滑行策略优化模型。从而根据该模型,选出最优的滑行策略。算例分析表明,绕行滑行道的使用可有效提高跑滑系统的滑行效率。     

机场独立运行跑道起飞容量计算模型

跑道容量的确定是多条跑道开设时机的依据.给定了独立运行跑道起飞容量的概念,分析了各种影响跑道起飞容量的因素,按典型正态分布问题建立了计算模型;根据起飞飞机的速度关系和空管规则综合考虑了跑道占用时间、飞机前后间距标准、空管规则、风速影响、起飞公共段长度等影响因素,从理论上分类建立了机场独立运行跑道起飞容量的计算模型,提出了确定容量的方法,并利用某机场的实际运行航班数据对起飞容量进行计算,计算结果验证了该模型的实用性和可行性.     

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。     

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.     

基于SSA-CNN的航空器着陆跑道占用时间预测

国内外相关研究表明,航空器着陆跑道占用时间(aircraft arrive runway occupation time, AROT)是影响机场跑道容量的重要因素,对跑道占用时间的准确预测有利于更准确地评估跑道容量。由于着陆过程的动态性和复杂性,采用注重数据特征提取的卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)对AROT进行预测,针对CNN容易陷入局部最优等缺点,采用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)对CNN相关参数进行优化。数据采用航空器快速存取记录器(quick access recorder, QAR)的记录作为数据源,涵盖机场数目为34个。根据QAR数据分析AROT影响因素,构建了SSA-CNN预测模型。对QAR数据分析表明AROT与滑行距离、落地气温、跑道入口速度、快速脱离道数量、脱离速度关联性较强,与航空器重量、风速、风向、脱离道角度等影响因素关联性较低。根据影响因素的关联性采用CNN预测模型均方误差为18.35,而优化后的SSA-CNN预测模型均方误差为17.31,预测结果可以为机场评估跑道容...     

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。     

进场航空器跑道占用时间预测

摘 要：为了准确预估跑道占用时间（runway occupancy time, ROT），提出了一种将灰狼优化算法和随机森林算法结合的预测模型。首先基于ADS-B轨迹，根据纽瓦克自由国际机场的实际运行情况，提取出进场航空器的跑道占用时间；其次分析跑道出口选择、跑道出口角度、气象条件、跑道入口端速度、跑道出口端的速度、机型、航空公司对跑道占用时间的影响；最后利用灰狼算法实现随机森林参数优化，基于优化后的随机森林模型完成对进场航空器跑道占用时间的预测。实验结果表明，相比实验和文献中的其它方法，该方法对跑道占用时间的预测更为准确，预测值与实际误差值在10 s内的占93.6%。研究结果可用于大型机场实际运行航班跑道占用时间预测。     

基于视频处理的机场跑道入侵检测模型的设计与实现

跑道入侵是威胁民用航空安全的重要因素,有效的跑道入侵监测告警技术能够提高机场道面区域的安全。借鉴计算机图像处理方法,利用运动物体检测算法检测出视频图像上的运动物体,并引入航空器轮廓特征匹配,校验运动物体是否符合航空器轮廓特征,使检测结果更适用于机场区域。模型还分析了实时视频图像坐标和机场道面俯视坐标的对应关系,构建了坐标间投影模型,将运动物体位置投影至机场道面俯视图中。为了验证模型有效性,利用虚拟塔台视景技术对进行仿真实验。仿真结果表明:模型能够根据实时视频图像检测出道面运动物体,并能提供相应的俯视机场道面图和跑道、滑行道上运动物体位置,并给出跑道入侵告警,可为机场塔台管制人员提供辅助决策依据。     

单跑道着陆容量改进模型

跑道容量是航空运输的瓶颈,尾流间隔、进近速度、公共进近航段、机型比率构成跑道容量的关键参数。考虑到实际管制程序实施的可行性,将飞机跑道脱离时间作为跑道着陆容量研究的关键参数。分别对飞机实际间隔和对跑道占用时间进行正态分布分析,根据可接受的安全水平下,加上缓冲余度,对雷达管制下单跑道着陆容量模型进行调整完善。     

基于ADAMS的机场道面平整度评价方法

现有机场道面平整度评价标准没有按照飞机在跑道和滑行道滑行速度的不同加以区分,针对这一问题,在确定飞机在滑行道和A、B两级机场跑道代表速度的基础上,以3 m波长作为机场道面最不利波长、0.40[WTBX]g[WTBZ]作为不舒适的评价标准,利用机械系统动力学分析软件ADAMS对飞机作用下的道面动态响应进行分析,得到不同道面平整度的最大凹陷允许标准。分析结果表明:滑行道道面平整度的最大凹陷允许标准为57 mm,A级机场道面平整度的最大凹陷允许标准为12 mm,B级机场场道面平整度的最大凹陷允许标准为19 mm；道面最大凹陷允许标准与飞机滑跑速度密切相关,而不依赖于机场等级。     

基于ADAMS的机场道面平整度评价方法

现有机场道面平整度评价标准没有按照飞机在跑道和滑行道滑行速度的不同加以区分,针对这一问题,在确定飞机在滑行道和A、B两级机场跑道代表速度的基础上,以3m波长作为机场道面最不利波长、0.40g作为不舒适的评价标准,利用机械系统动力学分析软件ADAMS对飞机作用下的道面动态响应进行分析,得到不同道面平整度的最大凹陷允许标准。分析结果表明:滑行道道面平整度的最大凹陷允许标准为57mm,A级机场道面平整度的最大凹陷允许标准为12mm,B级机场场道面平整度的最大凹陷允许标准为19mm;道面最大凹陷允许标准与飞机滑跑速度密切相关,而不依赖于机场等级。     

基于跑滑系统约束的航空器滑行跟踪算法

为解决大型机场场面易冲突的问题,研究了将基于跑滑系统和管制约束的变结构多模型算法应用于机场场面目标的跟踪.本文首先建立了复杂跑滑结构下的数学建模方法、跑滑结构约束下跟踪状态修正方法和基于管制指令约束的航空器与跑滑系统的自适应匹配方法.与传统场面目标跟踪不同,本文利用跑滑系统和管制指令约束的最大后验概率估计来激活和终止模型集,进而解决机场场面航空器跟踪过程中模型集切换和路段匹配问题.基于上述方法,本文通过结合最大后验概率估计提出了一种新的交互式多模型算法,改善了场面目标的跟踪性能.仿真结果表明:与交互式多模型算法和变结构交互式多模型算法相比,本文所提出的方法能有效地跟踪机场场面目标,显著提高了跟踪精度.     

高原机场飞机减载使用分析

高原气候环境特殊,空气稀薄,飞机在高原机场运行时,起降性能受气温气压影响显著,飞机载重受到限制.基于高原机场飞机起飞着陆性能的分析,提出飞机减载的判定准则和分析方法,分别研究了轮胎速度、跑道长度、刹车能量和道面承载能力等因素对飞机起降质量的限制.根据运动学理论分析起飞离地、着陆接地平衡状态,得到离地速度与起飞质量、接地速度与着陆质量的关系,计算轮胎速度限制的最大起飞着陆质量;分析高原机场跑道长度计算理论,利用解析积分法计算跑道长度限制的飞机最大起飞着陆质量;将刹车能量对飞机起飞着陆质量的限制转化为决断速度对飞机起飞着陆质量的限制,通过决断速度计算飞机的最大起飞质量;采用ACN-PCN(aircraft classification number-pavement classification number)评价法,确定飞机的最大起飞着陆质量.以某高原机场为例计算某型飞机的最大起飞质量和最大着陆质量,给出了具体的减载方案.研究表明,对于正常起飞和正常着陆,轮胎速度对最大起飞质量和最大着陆质量影响最敏感;对于一发失效,刹车能量对最大起飞质量影响最敏感.     

近距平行跑道机场绕行滑行道使用策略研究

为了给近距平行跑道机场制定和优化航空器场面运行策略提供理论依据,提升跑道运行安全水平和效率、减少机场运行场面冲突、降低安全隐患。本文分析并建立基于进、离港航班平均地面滑行时间最小为目标的绕滑使用决策模型,并以某机场两条近距平行跑道绕滑运行为例,采用数值计算和AirTOp运行仿真软件两种方式验证了该模型的可行性。算例结果表明,由该模型确定的绕滑使用策略,可以同时降低机场进、离港航班的延误水平,提高地面滑行效率。并且,通过对该机场航班运行数据的进一步研究发现,起飞跑道交通密度与绕滑使用率之间存在较为明显的正相关关系,进而提出针对该机场在高峰小时运行架次和起降比变化情况下的绕滑运行策略。     

兼顾军用飞机使用的跑道快滑位置优化模型

为提高机场运行效率,降低跑道占用时间,在兼顾军用飞机使用的基础上,对民用机场快滑最优位置进行了系统研究。通过分析军用飞机与民用飞机的着陆过程,研究飞机着陆过程中的影响因素及其分布规律,采用蒙特卡洛方法进行仿真,计算各机型着陆转出的最佳位置。通过构建以最小加权无效占用跑道时间为目标函数的快滑转出位置模型,基于动态规划思想,设计了模型求解程序。最后以腾冲机场为例进行实例分析。结果表明：快滑位置应设置在1650 m处。相比只考虑民用机型使用,无论是从加权无效占用跑道时间还是从使用该出口的民用飞机来看,两者都变化不大,但使用该出口的军用飞机可提高70%。本文研究为未来军用飞机使用民用机场奠定基础,为民用机场预留军事功能提供技术支撑。     

机场跑道宽度可靠性设计方法研究

 为适应现代航空器的发展,更加合理地设计机场跑道平面尺寸,对跑道宽度设计问题进行系统研究。依据飞机着陆过程侧向偏移量的计算公式,将可靠性理论引入到跑道宽度的设计中,弥补了以往仅依靠飞行要求和经验来确定跑道宽度的不足。对某地多年气象资料统计分析和飞机着陆轮迹横向分布规律实测分析,结果表明：跑道侧风去除部分静风后服从极值I 分布,着陆轮迹服从正态分布。基于蒙特卡洛法,通过matlab 软件分别计算不同失效概率所需的跑道宽度,并对现有跑道宽度进行了可靠性评价。计算结果表明,跑道宽度对空气相对密度变化不敏感,现有跑道宽度的理论失效概率与实际失效概率比较接近,具有较大实际意义。