基于交叉点复杂度的空域通行能力优化方法

为解决空域拥挤导致通行能力下降的问题,提出了一种考虑交叉点复杂度的通行能力优化方法。首先,分析了实际民航运行中存在的痛点和难点,以及以往有关通行能力的研究缺少交叉点建模、管制员负荷测量困难和求解时间复杂度高的缺陷;然后从高度层、交叉点和航班运行3个方面提出了空域的数学抽象方法,并根据节点的交叉数对空域的数学模型进行简化,剔除了没有交叉的导航台点,降低了空中交通网络抽象后节点矩阵稀疏的问题;分析了交叉点对于通行能力的影响主要在于流量和交叉数两个方面,以这两个方面建立了交叉点的费用函数;以延误最小为目标,以流量平衡、扇区和航路容量、流控容量和非负整数作为约束,建立了通行能力优化模型;分析并指出存在负容差的空中交通网络更容易发生延误,并根据网络延误的特性提出了一种考虑延误反向传播的迭代算法。最后,以华北地区空域为例,从不同流控等级下的延误时间、受影响的航班数和算法计算时间3方面进行仿真。结果表明：所建模型和所提算法平均能降低33.58%的延误,且通过合理地分配改航、调时和调减最大程度减少延误。     

固定航路飞行条件下的无冲突航迹规划

随着民航运输业的发展,高速增长的交通量与有限的空域资源之间的矛盾日趋严重,空域拥堵、航班延误现象频发,严重影响航班运行的安全性与效率.为实现在固定航路飞行条件下空中交通安全、高效与公平的运行,在无冲突的前提下以最小化飞行成本和最大化公平性为目标函数,建立战略阶段的多目标航迹规划模型.为了加快问题求解效率,采用基于固定航路的冲突探测方法,并提出一种结合模拟退火和局部搜索算法的混合元启发式算法求解该大规模多目标优化问题.利用实际飞行计划和空域数据验证所提算法的有效性.结果表明,与传统的模拟退火算法相比,混合元启发式算法能够有效解决多目标的无冲突航迹规模问题.     

基于航班计划的空域交通流量实时预测模型

空中交通流量预测是空中交通管理的基础,实时的空中流量预测能够有效地保证空中交通有序顺畅的运行,对保证飞行安全和解决空中交通拥挤、减少航班延误有很大的帮助。为了准确预测空域内实时的交通流量,本文首先建立了空域内单航路有N个转弯点情况下的实时流量预测模型,然后将模型推广到了空域内有任意条航路的情况,最后进行了算例仿真。仿真结果证实了文中所建模型能够很好对空域内的实时流量进行预测,模型是可行和有效的。     

终端区进场航线交叉点通行能力研究

终端区航线交叉点是空中交通运行的瓶颈,其通行能力是表征交叉点运行状态的重要指标,深入研究交叉点的通行能力,能够为进离场航线优化及航线网规划提供理论指导,并为减少航班延误提供必要的技术支持。借鉴地面道路交叉口通行能力已有研究成果,依据终端区空域结构及航空器飞行特征,创新地提出终端区进场航线交叉点通行能力定义,建立了计算模型,深入分析了航空器飞行速度、机型组合、航线夹角对通行能力的影响。以天津机场终端区为例,计算进场航线交叉点CG点的通行能力,进行了实例验证及分析。     

基于网络流的多管制扇区通行能力

管制扇区间的通行能力问题通常是基于管制员的极限工作负荷、各种动态因素或者特殊航路点、航路交叉点的通行能力达到最优的情况进行研究,缺少对多扇区网络的整体地评估与计算。为了解决该问题,根据有向图理论以扇区为节点,以连接扇区的航路航线为边建立多扇区网络模型,选取华北飞行情报区的部分扇区进行仿真。首先,通过最大流算法求解出该网络模型的最大流为76.7架/h。其次,根据网络流仿真结果计算出各条边、各个节点的流容比,通过比较分析得出限制扇区网络通行能力的繁忙航路以及繁忙扇区。最后,通过灵敏度分析计算删除不同节点后网络模型的通行能力的变化,进而为扇区通行能力的优化提供了建议和参考。     

飞行受限区对扇区动态容量的影响

为了合理利用空域资源,提高空中交通运行效率与安全,对空域扇区的动态容量进行了研究。根据空域的三维结构对飞行受限区进行定义,并以飞行受限区对扇区结构的覆盖情况为基础,建立了飞行受限区对扇区动态容量影响模型。以西安02号扇区空域结构为例进行仿真分析,分析结果表明:改航点到航路距离越远,扇区动态容量越小;管制员经验越少,扇区动态容量越小;改航后的航空器间隔越大,扇区动态容量越小。     

一种航路扇区交通需求评估模型

空中交通拥堵逐渐从终端区向高空航路网络蔓延,准确预测航路扇区交通需求概率性变化成为科学实施拥堵管理的重要前提,而国外已有方法较难适用我国空管实际数据条件.为解决该问题,以航路扇区为对象,基于大量航空器经过扇区数量的历史数据,建立多元交通需求的核密度估计模型,进而探讨航路扇区概率性交通需求预测的问题.结合中南地区AR05扇区历史运行数据,获得了各时间段交通需求值及其概率分布,发现所得概率性交通需求预测结果较之传统确定性交通需求预测方法更准确,适合为我国高空航路拥堵管理研究提供需求预测依据.     

基于飞行计划集中处理的预战术航路飞行流量预测

为准确把握航路点流量变化趋势和缓解空中交通压力,提出了一种基于飞行计划集中处理的流量预测方法。首先,在预战术飞行流量管理阶段,通过飞行计划集中处理可得到的航空器飞行计划信息,根据各航班在起飞前提交的领航计划电报和全飞行剖面混杂模型来预测航空器的航迹;然后,通过预测出航空器过关键航路点的过点时间,并结合空域结构数据来获得主要航路点的流量预测值;最后,通过算例仿真的结果可以发现所提出的航路飞行流量预测方法能够很好的对关键航路点进行预测,并且方法是切实可行和有效的。     

小区开放对道路通行的影响

建设开放型的小区是以优化路网结构,真正提高道路的通行能力,改善拥堵的交通状况为目的。考虑小区的交叉口数量、节点通行能力、道路网络密度三个因素对周边道路车辆通行能力的影响。通过对小区封闭与开放后的车流量、交叉口数量、节点通行能力、道路网密度等不同因素进行单因素分析,确定指标体系。运用SPSS主成分分析法、双层规划模型、图论等方法对小区开放前后进行研究,分析各因素的权重,得出小区开放提高周边道路通行能力的结论,并结合实际给相关部门提出合理建议。     

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。     

基于CPS的空中交通系统架构及能力涌现方法

针对现行集中式空中交通系统架构下空域管理、空中交通服务、流量管理、交通管制功能割裂,融合不顺的问题,提出了基于CPS的空中交通系统架构,引入了航空器群的运行概念,介绍了系统能力涌现的机制。该架构中每架航空器作为智能个体,在新型网络支撑下实现节点间交互与反馈、激励与响应,进行局部寻优,实现系统整体行为涌现,空中交通系统按能使用、按需服务。提出了系统涉及的自主4D航迹生成、规则提取、下一代网络等需要解决的关键技术,给出了若干能力涌现度量参数,并且针对信息流量、时间开销这2个测度参数进行了具体分析,验证了所提出空中交通系统运行架构的合理性及有效性。     

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.     

飞行计划集中处理的流量瓶颈点的识别与优化

为建设全国级的空中交通流量管理系统提供智力支持,将飞行计划集中处理这一手段,运用于预战术飞行流量管理阶段的流量管理方法和技术的研究之中,提供了一条新的研究思路.首先,利用过点时间预测算法计算过点时间,并根据过点时间统计出关键航路点的流量预测值;接下来,通过航路点容量模型识别航路上飞行流量大于容量的航路点,即流量瓶颈点;...     

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。     

基于调速的飞行冲突探测与解脱方法

随着中国民航的快速发展,空域资源的紧缺和空中交通拥堵现象越来越严重,由此带来的飞行冲突也越来越多.首先,提出了一种基于调速的飞行冲突探测与解脱方法并且通过非线性规划的方法优化调速机动阶段的燃油消耗.其次,通过飞行冲突探测和解脱方法确定飞机可以进行调速的速度区间,通过优化调速机动阶段燃油消耗,得到可调速的速度区间中的最省油的速度.最后,将速度剖面实时分配给相关的航空器,使航空器之间的间隔大于给定的最小安全间隔.通过仿真分析,提出的飞行冲突探测与解脱方法能够快速解决飞行冲突,非线性规划优化燃油消耗的方法能够带来较大的燃油消耗的节省.     

基于复杂网络理论的飞行冲突关键点识别

针对目前空域内航空器防相撞风险骤增,飞行安全态势不容乐观的现状,现有的飞行冲突探测方法难以把握如此复杂的空中冲突态势,不利于航空管制员对空域的飞行安全态势情况进行准确掌控。提出一种基于复杂网络理论的飞行冲突关键点识别方法。首先基于航空器机载防相撞系统（ACAS）保护区模型构建飞行冲突态势网络模型,在此基础上,采用复杂网络理论中的节点度中心性、接近中心性以及PageRank指标结合AHP方法对空域飞行冲突态势网络中所有节点的冲突等级进行评估,找出威胁等级较高的关键航空器及关键位置。仿真结果表明,通过建立飞行冲突态势网络可以合理划分空域内的安全态势等级,同时根据复杂网络节点重要度评价指标能够对存在严重冲突安全威胁的航空器进行有效识别,协助航空管制员全面掌握空域内飞行安全态势。     

民航监视系统

民航监视系统是对飞行器在空域内的飞行活动进行监视的所有设备的总称,民航监视技术是保障飞行安全、提高运行效率的重要手段。该文主要通过分析各种民航监视技术,了解民航监视技术的主要作用,然后以机载航电设备的分析介绍为主线,指出各种方式空域监视离不开机载航电设备的支撑;其中重点阐述了飞机导航完好性对空域监视性能的影响及提高监视可信度的方法;最后结合空中交通管理系统的最新运行理念,探讨了空域监视技术的典型应用,指出了空域监视技术的未来发展趋势。     

基于北斗导航的通航航迹引导与管理系统研究

提出基于北斗导航的通航飞行航迹引导系统设计方案,方案设计使用北斗作为导航源、系统建立自己的导航数据库系统、并生成通航飞行计划航路航迹、使用北斗系统进行定位引导、根据我国空域要求制定偏航边界告警门限等方法构成一个可运用的导航监管系统.对实现北斗在我国航空运行中的实际应用,提高通航目视条件下的飞行安全具有极大意义.     

航路间隔标准对飞行安全影响的概率模型

我国的空域资源的有限性,空中交通流量的大幅增长使得飞行冲突愈加严重,不仅造成了航班延误,也使得航线上的飞机之间的碰撞危险冲突大大增加,为今后的空难事故埋下了隐患。本文的工作就是针对航路间隔结构建立合适的碰撞风险概率模型,对间隔标准进行安全评估。     

流量拥堵空域内一种基于Q-Learning算法的改航路径规划

目前,空中流量激增导致空域资源紧张的问题越发凸显,为了缓解这一现状,将基于流量管理层面对航空器进行改航路径的研究。首先采用栅格化的方式对空域环境进行离散化处理,根据航路点流量的拥挤程度把空域划分为三种不同类型的栅格区域。其次通过改进强化学习中马尔科夫决策过程的奖励函数对其进行建模,并基于 策略运用Q-Learning算法对该模型进行迭代求解,对相应的参数取值进行探究比较以提高结果的可适用性。最后经过仿真运行,计算出不同参数赋值下的最优路径及相应的性能指标。研究结果表明：应用该模型和算法可以针对某一时段内的流量拥堵空域搜索出合适的改航路径,使飞机避开流量拥挤的航路点,缩短空中延误时间,有效改善空域拥堵的现况。