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。     

空中交通网络流系统拥堵程度评估

为解决日益严重的空中交通拥挤和拥堵问题,提出从空中交通流的角度出发,区分界定空中交通拥挤和拥堵,并建立拥堵程度评估模型来评估空中交通网络的拥堵程度。空中交通拥堵发生时可将系统划分为非延误部分和延误部分,建立拥挤程度评估模型评估空中交通网络的拥挤程度,建立延误程度评估模型评估空中交通网络延误程度,对两个部分分别赋予不同权重建立空中交通网络拥堵程度模型。最后采用某大型机场发生的某次空中交通拥堵作为算例数据,结果证明了模型是可行的。     

SMS中基于冲突探测的滑行道轨迹预测算法研究

本文研究了机场场面管理系统中的重要环节——滑行道轨迹预测算法.首先研究了滑行道路段基于冲突探测的滑行花销问题,建立了滑行道动态花销模型;然后基于冲突探测和场面资源的动态花销提出了场面交通事件触发的A*轨迹预测算法以及全局Floyd轨迹预测算法.对这两种算法进行仿真的结果表明,基于事件触发的A*算法在场面交通不太拥挤的条件下适用,全局Floyd算法适合场面交通拥挤的情况;最后,通过比较和分析,提出了将两者结合的思想.算法具有很强的可扩展性,能够为机场流量管理提供科学的指导.     

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。     

大面积航班延误下空中交通网络流系统的拥堵识别

近些年来,大面积航班延误问题已经成为空中交通流量管理部门的难题之一。为了从宏观上描述发生大面积航班延误时的交通状态,提出了空中交通网络流系统的拥堵定义,并对其拥堵程度进行识别和划分。首先从空中交通网络流系统的要素航线和机场的航班运行角度出发,建立了拥堵识别指标体系。其次,根据历史统计数据和熵值法计算权值,并基于模糊综合评价法建立了拥堵程度识别模型。最后,结合实例验证,表明该模型能真实的反映空中交通网络流系统的拥堵状况。     

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.     

高密度机场空中交通运行特性分析

为准确把握高密度机场空中交通运行规律,有效支撑航空运输建模、仿真、分析与实验等工作,亟需对其交通运行涉及的诸多特性进行科学分析。采用总量分析、概率统计、假设检验、包络分析、相关分析、聚类分析等理论方法,对高密度机场的交通计数分布特性、交通运行时间特性、进离场互适应特性、交通运行相关性、场面交通拥堵特性等进行了系统和全面地分析。上海浦东国际机场实例研究表明,单位时间内跑道/停机位的进场流和离场流计数服从泊松分布,滑行延误时间和无阻碍滑行时间分别服从对数正态分布和正态分布,进离场交通流之间存在明显的耦合作用关系,场面滑行时间与离场累计流量、进场累计流量、起飞队列长度、降落队列长度之间存在显著的线性相关关系。在此基础上,对机场场面拥堵等级及各关键指标临界值进行了分类识别与计算分析。所提方法对任意机场系统均具有普适性,可为机场运行管理和空中交通管理提供理论依据和建模参考。     

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。     

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.     

基于排队网络模型的机场航班延误预测

机场航班量不断增长,必然会带来机场高峰时段延误水平的增加。因此机场延误水平的科学预测对确保机场运行效率具有重要意义。论文首先根据航空器运行特性建立机场排队网络模型;然后利用Lempel-Ziv算法计算不同时间尺度的航班时间序列复杂度,确定刻画航班延误的小时间尺度,由此确定排队网络模型参数,并用实例进行验证;最后运用AirTop仿真软件以全天平均延误、高峰小时平均延误作为关键指标,仿真得出机场延误水平变化趋势。通过将仿真数据与计算结果进行对比分析发现,机场排队网络模型能够较好的反应真实情况下的机场延误水平;而选用小时间尺度15 min进行机场排队网络模型参数计算,结果更贴近真实机场延误水平。     

基于优先级的航班到达调度算法

随着空中交通流量的迅猛增长,终端区空中交通拥堵以及由此导致的航班延误现象日益突出,甚至危及航空安全,航运效益也随之受到巨大的损失。作为终端区流量管理的核心,航班到达调度旨在为终端区待着陆的航班安排合理的着陆顺序和降落时刻,在确保安全的前提下提高进港航班运行效率。基于优先级思想,文章提出了PBSA和PBSA-CPS两种航班到达调度算法,并引入约束位置交换概念,以提高调度结果对于管制员的可操作特性。最后以首都机场为例进行了仿真,并与现行的先到先服务算法FCFS进行了对比。仿真结果表明,通过对航班赋予相应的优先级,有助于优化调配到达航班队列的降落时隙分配结果,提高终端区运行效率,减少延误损失。     

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.     

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。     

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。