改航路径规划问题研究综述

军事活动等特殊事件对飞行的影响,极易触发大面积的空域拥堵、飞行冲突、航班延误等问题,诱发巨大的社会经济损失,反过来也严重影响军事训练的效益与质量.针对空域资源利用率亟待提高的现实需求,从改航路径规划影响因素、飞行受限区划设、改航路径规划模型和优化求解方法等四个方面出发,对缓解空域资源紧张的重要策略——改航路径规划进行了系统研究,探讨了改航路径规划的发展沿革、研究进展以及现有方法策略的优劣,并对集中统一协调和管理、非独立多航班改航路径规划、不确定条件下的改航路径动态规划、智能化改航路径规划等未来发展方向加以展望,为提高空域资源利用率提供系统化方法支撑.     

基于GeoSOT网格的空域栅格化表征方法

针对利用经纬度坐标表征空域的不足,提出了基于GeoSOT网格的空域栅格化表征方法.首先,分析了空域的栅格化表征具有简洁高效、便于协调通报的相对优势,并对美军典型的网格系统进行剖析;其次,结合飞行基本规则、飞行间隔规定,设计了面向空域表征的网格参考系统的剖分方案和编码结构;最后,根据网格最少和精度对应原则给出点状、线状、区状空域的详细栅格化表征流程,并在网格平台进行空域表征场景示例应用分析,为空域表征提供了一种新的技术手段与实践思路.     

面向森林火灾的通航抢险飞行空域栅格化建模

针对以往基于经纬度的飞行空域使用及表达方法在救援任务建模精度及动态性等方面的不足,提出面向森林火灾的通航抢险飞行空域栅格化建模方法。对应森林火灾救援中的水源地等关键点、飞行航线、火场区域三类元素,将低空抢险飞行空域基本构成元素设计为点状空域、线状空域和面状空域三类。以平均海平面为基准,基于GeoSOT网格建模方法,采用正六边形网格对抢险飞行空域进行剖分,构建抢险飞行空域在水平和垂直方向的动态空域模型;设计包含网格地址、高度、使用类型等属性的空域网格编码体系,可支持建立抢险飞行空域动态管理架构。以某森林火灾抢险飞行作业场景为例,验证了所给空域栅格化建模方法的可行性。     

最优未来空域窗模型

未来空域窗射击体制是一种近年发展起来的高炮射击体制。以往对它的数学描述只考虑了一组射击误差,通过定量构造的方式,给出了一种可行的未来空域窗模型。在考虑了炮弹间的相关误差,以毁伤目标的概率为效能指标,推导出了最优未来空域窗的模型,并给出了未来空域窗可实现的毁伤目标概率上界。最后通过算例,分析了各参数变化对未来空域窗的影响。结果表明:给出的未来空域窗模型优于已有的模型。     

Dynamic Air-Route Adjustments——Model,Algorithm,and Sensitivity Analysis

Dynamic airspace management (DAM) is an important approach to extend limited air space resources by using them more efficiently and flexibly.This paper analyzes the use of the dynamic air-route adjustment (DARA) method as a core procedure in DAM systems.DARA method makes dynamic decisions on when and how to adjust the current air-route network with the minimum cost.This model differs from the air traffic flow management (ATFM) problem because it considers dynamic opening and closing of air-route segments instead of only arranging flights on a given air traffic network and it takes into account several new constraints,such as the shortest opening time constraint.The DARA problem is solved using a two-step heuristic algorithm.The sensitivities of important coefficients in the model are analyzed to determine proper values for these coefficients.The computational results based on practical data from the Beijing ATC region show that the two-step heuristic algorithm gives as good results as the CPLEX in less or equal time in most cases.     

基于监视数据修正的航空器飞行轨迹推算模型

飞行轨迹推算是空中交通流量管理的一个重要研究内容。在传统飞行轨迹推算方法基础上,针对航空器飞行路径的不确定性,构造了基于监视数据动态修正的航空器飞行轨迹推算模型。该模型综合航空器飞行性能和飞行计划、实时监视信息对航空器飞行轨迹、姿态进行推算。利用真实飞行轨迹进行验证,结果表明:本文模型推算的位置、高度信息更接近实际轨迹,并且符合实际飞行原则和空域使用规则,具有一定的参考价值和实用性。     

基于航班到达时间窗约束的空域资源分配问题

为解决拥挤空域的资源分配问题,针对航班对计划到达时间变动范围的接受程度不同,定义了航班的延误成本函数,建立了一个基于航班有限到达时间窗的0-1整数规划模型,实现空域资源的最优分配,并开发了以匈牙利算法为核心的程序用于模型求解.以某机场运行数据为例进行仿真实验,结果表明,本文模型的最优解较先到先服务策略(FCFS)的分配结果能降低航班延误成本116％,并且其分配方案能满足每个航班可接受的到达时间窗约束.     

基于双层优化模型的航路交叉角度设计

航路交叉角度是影响交叉点运行安全和效率的重要因素。针对多条航路交叉于一点的航路交叉结构,同时考虑多个高度层的运行以及航空器速度的变化,依据悲观决策原则,建立了航路交叉角度设计的双层优化模型。根据下层规划特点,证明了下层规划的最优解在速度区间的边界处取得,设计遗传算法求解上层规划。最后,根据实际运行中的航空器速度区间和航空器类型比例,设计3条航路交叉的算例验证模型方法的可行性和有效性,并分析了航路流量比例和速度区间对最优交叉角度的影响。     

自由飞条件下的冲突探测与解脱方法

该文介绍了自由飞行的概念 ,并简述了采用自由飞行的原因及其给空中交通管制员工作带来的困难。分析了如何将遗传算法用于自由飞条件下的飞行冲突探测与解脱问题 ,并介绍了基本遗传算法的原理和运算步骤。结合我国空管的有关规定 ,进行了合理的假设 ,通过一些算例将遗传算法用于冲突探测与解脱 ,计算结果表明该方法能够很好地探测并解决飞行冲突问题     

终端区进离场航线网络3D优化方法

为提高终端空域飞行航线设计的安全经济性与自动化水平,对航线网络3D优化问题进行了研究。针对独立航线的优化问题,采用蚁群算法优化水平方向安全经济性航线;根据终端空域航线垂直剖面数据,提出一种基于核密度估计的3D航线垂直剖面优化方法。分析得到进离场航线网络优化次序原则,逐步优化各航线,最终实现航线网络的总体优化。通过西安/咸阳机场终端区的算例分析,表明该优化方法在保证航线安全经济性同时,运行效率有很大提高。