基于连续下降运行的终端区环形进场航线设计

为了提高多机场终端区运行效率,增加其空域容量, 本文构建了基于连续下降运行模式的终端区环形进场航线结构和运行规则,并使用实际扇区结构和数据进行仿真验证。首先构建环形进场航线,由多条椭圆矩形等待航线和圆形准备航线组成;其次设计相应的进场运行规则;然后建立航空器进场顺序优化模型,使用模拟退火算法对其进行求解;并应用蒙特卡洛仿真方法计算终端区极限进场容量;最后使用实际终端区(ZSSSAP)结构数据进行实例验证。实验结果表明,环形进场航线在繁忙状态时可有效减少终端区内进场航空器瞬时峰值数量(降幅21.90%)和平均进场时间(降幅3.14%),平均进场时间可在顺序优化后进一步降低(降幅6.59%);并提高终端区进场航空器容量(增幅4.82%);在空域运行态势方面,环形进场航线模式可大幅度降低空域复杂度峰值(降幅61.29%)。     

基于燃油消耗的终端区进场效率评估

随着空中交通流量的增加,为缓解机场终端区拥挤及效率低下等问题提供参考指标,本文基于航空器燃油消耗的终端区进场效率指标,以弥补当前普遍使用的时间效率指标无法综合评估进场航班运行经济性、节能减排等问题。本文首先基于燃油消耗定义终端区进场航班效率指标,利用ADS-B数据提取并利用k-means聚类以天津机场为中心的40海里内的进场航班数据;接着通过飞机性能数据库(Base of Aircraft Data, BADA)油耗模型计算8月份天津机场进场航班油耗,并分析了天津滨海国际机场的进场效率,以及气象、终端区拥挤程度限制因素;最后,将燃油效率与传统进场效率作相关性检验,结果表明该指标具有合理性。     

航空器进场效率量化评价及其影响因素分析

终端区已成为制约民航发展的瓶颈区域,且中国在终端区进场效率评价方面仍停留在定性分析阶段,缺乏量化的指标。选取以机场跑道中心点为圆心,100海里为半径的圆形区域作为研究区域,结合ADS-B数据对航空器进场效率进行研究分析。以天津滨海国际机场为研究对象,筛选进场航空器的ADS-B数据,利用K-means聚类对不同进场方向的航空器加以区分,分别计算各方向进场效率,并进一步分析影响进场效率的因素。发现进场航线、进场航空器队列长度和机型对航空器进场效率有明显影响,而起飞航班数量对进场效率的影响不显著。     

基于多目标融合及改进遗传算法的终端区进场协同排序

未来中国终端区将逐年递增,根据数据显示终端区内空域资源与飞行流量的增长不成正比,终端区内流量趋于饱和。为了有效提升终端区运行的效率,确保航空器在其空域的安全飞行,降低管制员的负荷以及公司的运行成本,从航空器延误、管制员负荷以及各机场资源平衡3个方向建立多机场终端区航空器进场协同排序模型。首先,通过对终端区范围界定,运行主要问题的研究以及空域结构的分析,了解终端区系统的相互关联因素;其次,通过对终端区进场航空器的线路、交叉点的单独分析,找到相应的共同点和影响较高的运行系统相关性因素、相关的约束以及主要的解决目标;最后,利用结合模拟退火算法(simulated annealing algorithm, SAA)的非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)算法对该模型进行求解。结果表明：基于改进遗传算法对该模型求解后对比先到先服务模式以及未改进的遗传算法在效率上分别提高26.3%和53.2%。由此可见,所提出的模型能有效地提高航空器排序的效率。     

单机排序元胞传输模型在终端区排序中的应用

为缓解终端区航班延误问题,将终端区进场航空器排序过程分为航路飞行排序阶段和汇聚排序阶段,从而降低问题复杂度,结合单机排序算法与元胞传输理论,利用标准雷达引导航线,并结合实际管制经验,建立以系统运行时间最短为目标函数的元胞传输模型;根据航空器对链一体化原则,将等待着陆的航空器分组,并赋予相应的权值,针对航空器对链影响因子的不同进行排序,并结合实例计算得到系统总运行时间,起点处等待时间,最终着陆顺序等。结果分析表明,该优化模型能够反映终端区进场航班的动态特性,给出合理的航空器进场顺序,为终端区进场航班提供路径参考,满足实际的运行需求。     

基于时间-空间的进场航迹聚类分析

空中交通管制的核心任务是保证飞行安全,提高航班的运行效率。在航空器进场过程中,很多因素会导致航空器不能严格按照计划航线飞行。由于传统的航迹聚类分析没有将航空器进场飞行当作一个过程来考虑,缺乏时间信息,为了更加符合实际运行情况,本文采用时间窗、空间聚类的方法,合理地提取出了航空器在进场飞行过程中每一分钟的标准中心航迹。然后采用双调和样条插值法计算出了在整个空域内航班进场过程的航迹分布概率。实验表明,此方法快速有效,更加符合管制指挥的实际情况。     

廊桥刮碰航空器风险评估方法

廊桥刮碰航空器指航空器滑入、滑出廊桥或廊桥对接舱门时发生剐蹭、碰撞,造成航空器受损等影响正常运行的事件。提出基于前端数据的廊桥刮碰航空器风险评估方法体系,推进新技术与传统风险管理相结合,事前运用科技手段采集前端数据,在对数据进行有效处理的基础上定量评估风险,实现风险早期预警与精确管控。对提出的风险评估方法进行实例验证并提出风险防控措施,实现客观、定量地评估机场场面风险,保障机场运行安全。     

基于点融合进近的航空器进场4D航迹规划

点融合进近是一种全新的进近技术,对点融合进近中的航空器进场4D航迹规划方法进行了研究。根据点融合进近运行的特点,提出航空器航迹预测方法。以总延误时间最少和着陆次序调整最小为目标建立4D航迹规划模型;并采用遗传算法进行了求解。通过仿真计算,比较了先到先服务与此规划方法的差别。比较结果表明,4D航迹规划方法可以有效提高终端区运行效率。     

航迹点特征的时间窗分割算法的航迹聚类

现有航迹聚类算法未考虑到航空器航向变化和高度下降等因素对聚类结果的影响,同时聚类过程中缺乏时间信息,另外实测二次雷达数据中存在离群点异常数据,离群点的存在会影响最终的聚类效果,使得聚类结果不准确。提出基于航迹点特征的时间窗分割算法,将航空器进场的航向变化值以及高度下降值作为确定聚类簇大小的影响因素,对进场航空器航迹点数量进行时间窗分割。对真实的进场二次雷达数据仿真分析,从仿真结果中可以看出当影响因子a为0.4时,航迹的曲率最小,聚类效果最好,进而采用层次聚类算法对不同LOF值所对应的航迹点进行聚类,得到最后的聚类结果可以为管制员现场指挥提供技术指导。     

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。