浅谈空中交通流量管理中的多元受限地面等待策略

我国民航事业的飞速发展使得空中交通流量持续增加,空域资源紧张和空中交通拥堵的问题大大突出.该文在单机场受限时地面等待策略的理论基础上,着重研究了在实际空中流量已知的情况下多元受限地面等待策略的相关事宜,通过简化的数学模型,提出了新的空中交通流量管理办法,为解决空中交通流量的多元等待问题提供了新的思路.     

空中交通流量管理中地面等待策略问题的探讨

随着我国经济不断的迅猛发展,国民收入不断增加,人们外出公干旅游较之以往飞速增长,而选择乘坐飞机作为交通工具的人群也日益增多。因此我国各大航空公司的飞机、航线数量都突飞猛进,但由于空中交通还有很多区域并没有开放,这也客观上导致经常出现航班延误,是继除天气影响第二大航班延误的重要原因。正因为如此,为缓解航班延误问题,本文制作了一套空中交通流量管理模型。这套模型的原理是如果机场会因为天气的原因而导致航班的延误,这种情况是无法避免的。将各个机场的出发航班以及到达航班进行有效的管理,合理分配各个航班,这个模型可以有效的缓解航班延误的问题。这个系统将国内5个最重要的枢纽机场的航班流通量的数据结合起来对模型进行了仿真计算。我们可以通过模拟得知,该模型会为航班提供调整策略,也会帮助航空部门制定相应的航班计划,使策略更安全更有效,也因此能大幅度降低航班延误的可能。     

空中交通流量管理中地面等待策略问题的研究

地面等待是解决空中交通拥堵的主要方式,具有安全性和经济性高的优点。该文就空中交通流量管理地面等待策略问题进行研究。根据不同的分类标准,地面等待策略可以分为静态和动态、确定性和随机性、单机场地面等待和多机场地面等待、时间驱动和事件驱动几类;该文就单机场静态地面等待分析、多机场地面等待分析、基于事件驱动的地面等待策略及其模型的优缺点做简要分析。     

多机场网络效应在地面等待策略中的应用

在多机场地面等待策略中,对多机场延迟的网络效应进行研究.将其以约束条件的方式加入到运算模型当中,对模型进行优化,并设计启发式算法对模型进行求解.多机场地面等待的网络效应主要体现于航班延迟在多机场网络中传递,该效应在枢纽机场尤其严重.通过对延迟时间中各时间要素进行分析,并得出新的约束条件对模型进行优化.优化后应用于真实算例的求解.求解结果显示:模型更真实地反映了多机场地面等待问题的实际情况,模型的求解为航班调整提供了依据.调整后的航班总延迟时间段数目减少,而航班总运行成本降低,达到了提高运行效率的目的.     

多机场地面等待动态建模及其算法研究

随着我国民航事业的快速发展,空中交通流量迅速增长,使得空中交通拥挤问题日益严重,因此建立科学合理的空中交通管理系统变得十分迫切,而管理系统的核心-流量管理优化算法的研究就十分重要了。给出了考虑扇区容量限制的多机场地面等待问题的动态模型,并设计了一种以航班优先级别为核心的多机场地面等待启发式优化算法。详细地给出了算法的设计思想和步骤,求解时还考虑了目的机场容量的变化以及不同航班单位延迟费用的不同。最后仿真验证了其可行性。算法可求出符合各容量约束条件的满意实时解。     

空中交通地面等待问题的网络流规划模型

在将网络流方法应用于解决空中交通流量管理问题中,由于其形象直观和求解简单,因而倍受国内外学者的关注。本文针对确定容量条件下的单机场地面等待策略问题,研究了简单网络流规划方法,建立了数学模型和网络流规划模型。在简单网络模型的基础上,考虑更多的实际约束,改进成本函数,建立了修正的网络流规划模型,并对冲突航班例进行仿真,验证了规划方法的可行性。     

地面等待策略数学模型分析

地面等待是空中交通管理中普遍应用的一种方法.系统地分析了单机场和多机场地面等待策略GDP(GroundDelay Policy)经典模型.在这些模型的基础上,研究了确定容量条件下的多元受限地面等待问题,建立数学模型.通过对成都机场流量的仿真计算,验证了模型的可行性.     

多机场动态地面等待问题中起降能力的概率更新策略

Vranas等人提出了一种多机场地面等待随机动态模型,其关键输入参数是机场当天的各种起降能力以及相应场景发生的概率.但因其仅简单假设预设的几种场景之一必定发生而不适合实际起降能力与预设值均不相同的情形.本文给出了两种动态概率更新策略,解决了实际起降能力与预设值均不符时的概率更新问题,使模型的适用范围更广.     

单机场地面等待问题的几种模型

空中交通拥挤不仅造成巨大的经济损失,也是飞行安全的重要隐患。地面等待是解决空中交通拥挤问题众多策略中普遍使用的一种,因为该策略经济又安全,它是将航班的空中等待前移至起飞机场的地面等待。本文首先对空中交通流量管理进行了简单的介绍,而后讨论了地面等待策略,最后阐述了几种地面等待模型。     

航班地面等待模型研究

美国关于GHP的研究比较成熟,而目前在我们国家关于地面等待这类问题还处于刚起步阶段。本文结合笔者多年的实际工作,对此问题作一个简单的论述。     

空中交通战略和战术级流量管理模型

针对日益增长的空中交通流量,提出了适合中国空中交通的战略、战术级流量管理模型.按照功能,分别提出了航路流量管理模型和机场流量管理模型以及终端区的流量管理模型.根据空中交通中信息的实时性和多样性,分析了其中的信息流动,并在此基础上提出了新一代信息共享网络.这些模型都应用于清华大学国家CIMS工程研究中心与华北空管局合作开发的空中交通管制指挥检测系统(ATCCMS)中,并取得了很好的效果,同时也为上层管理者提供了战略性决策支持.     

终端区场景下空中交通流建模与控制分析

针对繁忙终端区以及主干航路的运行状态日趋容量极限,现有的空中交通管理系统仍采取传统依赖管制经验的空中交通管制模式,空中交通网络拥堵问题日渐严重。本文构建空中交通流系统模型,旨在从系统工程的角度进行定性和定量的分析,在有限的空域资源约束下进行有效空中交通流量管理。首先,对终端区空域栅格化处理,考虑控制过程中进离场飞行程序,在TAAM(Total Airspace and Airport Modeller)软件中建立初始模型并进行仿真,获取各二维面元(Surface Element, SEL)交通流参数信息,在仿真数据的基础上确定各SEL交通流的平均速度,对终端区二维控制体模型(2D Menon Model, MM2D)进行改进。其次,结合现代控制理论,以空域状态方程和系统矩阵对交通流进行表征,并对该系统进行能控性和稳定性分析。结果表明：改进的终端区MM2D模型能控性矩阵满秩,系统矩阵特征值为0.04、0.194、0.517和0.529均小于1,证明空中交通流系统可控且渐近稳定,通过对控制量组合给予调配,可得到完全能控下最小控制量组合,交通流控制率可缩减45.7%,对实际管制过程中交通流控制方向与数量具有一定的现实意义。     

校园网流量监测系统的研究与实现

为了便于网络管理、并为网络升级和故障分析提供可靠的依据,基于实时监测网络流量情况构造一个网络流量监测软件系统。该系统采用关系数据库对流量数据进行存储;并利用Jbuilder 2005设计出便捷的用户操作管理界面,实现处理保存流量数据的校园网流量监测。通过在某大学校园网上的示范应用表明,该软件不仅提供图形化的用户接口、将收集的历史数据和实时数据在其中以图形的方式直观地显示出来,还能为用户提供可视化的监控操作与管理、方便用户使用。这种方法简便易行、性能指标较好地满足网络流量实时监测的需求。     

空中交通控制的冲突探测算法

针对快速增长的空中交通流量和空中飞行安全的要求,给出了一种综合改进的冲突探测算法,该算法综合了确定型冲突探测方法和概率型冲突探测方法在工程应用中的优点,考虑了空管规则和简单的过滤算法,引入了持续探测方法。综合改进的冲突探测算法对即将发生冲突的飞机对提前做出预测和报警,减轻管制员工作负担,从而避免冲突的发生,确保飞行安全。最后,结合中国某国际机场的实际数据,利用该算法对实际空域进行实时冲突探测,取得较好的效果。     

空中交通进近排序及优化调度

针对空中交通进近管制地区日益繁忙的交通流量,设计了一种进近排序及优化调度方案。目前的空中交通调度依赖于管制员的经验判断。随着交通流量的增加,管制员的工作负荷越来越重,这就进一步威胁交通安全。管制员通常以牺牲容量为代价来保障安全,结果造成大量的交通延误。该文设计的进近管制排序和优化调度方案能够在充分保证安全运营的情况下最优地使用机场和空域的容量。同时为管制员提供方便直观的决策支持工具,可以进一步减轻管制员的工作负荷。该方案已应用于清华大学国家CIMS中心与华北空管局合作开发的空中交通管制指挥检测系统(ATCCMS)中,得到了管制员的一致好评。     

空中交通复杂度测度分析及航班监测预警研究

应用复杂理论分析方法,研究了空中交通流复杂度,提出了空中交通复杂性测度的计算方法以及交通流稳健度评价体系,并对空中交通系统复杂度影响较大的航班提出预警。讨论了基于复杂性测度理论的空中交通复杂度度量分析和监测预警,研究表明所提供的方法能够从复杂,不确定的数据中计算出系统复杂度的变化,通过稳健性技术指标,能够辨别与系统稳健性相关的状态参数,指出对系统稳健度造成较大影响的航班。这些研究工作表明,提出的复杂性方法能够对空中交通复杂度进行测度分析和对航班进行监测预警。     

空中交通流量预测的人工神经网络和回归组合方法

为了寻找合适的空中交通流量预测方法,在综合回归预测方法和人工神经网络预测方法优点的基础上,提出采用组合预测方法的思想,并基于多元线性回归模型确定组合方法的权重系数。以北京管制区大王庄导航台流量预测为实例,分析结果表明:组合预测方法对实际流量有好的拟合度,能提高人工神经网络的泛化能力,并减小预测的误差,即总体上不仅优于传统的回归预测方法,也优于单独的人工神经网络预测方法。组合方法为空中交通流量的预测提供了一种可靠而有效的新途径。     

交通流理论发展分析

交通流理论是一门发展中的学科,对传统交通流理论研究内容作了归纳总结,认为其模型的限制条件比较苛刻,因而影响了实际应用效果。随着现代科学技术方法的日趋完善,新的研究方法逐渐被应用于现代交通流理论中,其在应用中更重视模型和方法对真实交通流的拟合效果。通过全面的分析和综述,最后预测了交通流理论的发展方向,认为应该以系统科学的新方法去推动交通流理论的新发展。