管制员工作负荷及扇区容量评估问题研究

本文从理论和实际应用两个方面比较深入的研究了管制员工作负荷的评估和基于管制员工作负荷的容量评估问题，论文首先介绍了管制员工作负荷的定义，提出了管制员工作负荷的分类方法，并以此为基础建立了管制员工作负荷评估的理论模型，提出了评估工作负荷的具体方法和过程，然后研究探讨了基于管制员工作负荷的容量评估方法，最后以广州地区的实际空域为背景，使用建立的模型和评估方法评估了某扇区的管制员工作负荷和相应扇区的客量，验证了所提管制工作负荷评估和容量评估方法的正确性。     

������������»��ڹ���Ա�������ɵ�������������

空中交通容量评估是有效实施空中交通流量管理策略的基本依据和关键技术,对保障飞行安全和航班延误起着至关重要的作用。随着空域流量的增加,管制员工作负荷日益增大,已成为限制空域容量的主要因素之一。本文从理论和实际应用两个方面研究了基于管制员工作负荷的容量评估问题。文章首先给出管制员工作负荷的定义,讨论了管制员工作负荷产生的原因,并以此为基础建立了基于航路流量统计的管制员工作负荷模型;然后通过新的模型研究了扇区容量评估方法;最后以兰州区域的实际扇区为背景,使用建立的模型,采用回归分析方法,分别计算了在成熟管制员和新手情况下兰州区域的扇区容量。计算结果符合实际运行情况,验证了所提模型和方法的可行性。     

基于加权Voronoi图的扇区优化研究

管制员的工作负荷是制约空域容量的主要因素.扇区优化的目的则是在符合一定约束条件下平衡管制员的工作负荷,增加容量.文中提出了基于加权Voronoi图的扇区划设方法,确定了管制员工作负荷统计的方法.针对模拟退火算法收敛速度较慢,遗传算法存在早熟收敛的缺陷,使用生长算法与蚁群算法相结合的方法对数学模型进行求解,进而优化Voronoi多边形,最终得到最优扇区边界.仿真结果验证了所提出的扇区优化方法的合理性.     

管制扇区优化划分的方法及计算机实现技术

扇区划分是空中交通管理的一项重要工作，它直接影响空域的容量和安全性。分析、确定了管制空域结构拓扑描述的数学模型、管制员的管制工作负荷统计方法、工作负荷计算的数学模型等扇区优化设计工作的理论基础，建立扇区划分的数学方法，并编制了基于管制员工作负荷的扇区优化应用软件，实际算例的计算结果验证了扇区优化数学理论基础和应用软件的正确性。     

依据管制员工作负荷的扇区优化方法

为了保证飞行的安全性,提高空域容量,在提出了管制员工作负荷的统计方法和建立空域拓扑结构数学模型的基础上,以各扇区工作负荷均衡为优化原则,利用模拟退火随机优化算法对扇区最优化问题进行求解,并使优化的新解满足空域划分的优先搜索、扇区连续性和扇区数最少原则。对厦门管制区的扇区最优划分实例分析表明,3个扇区之间最大工作负荷之差为4．1s,小于规定的终止条件17．5S,验证了扇区优化方法是可行的。     

一种基于交通流模式的扇区运行容量计算方法

扇区容量是空中交通运行管理的基础性参数,目前主要通过管制员工作负荷来评估,由于主观性强、时效性差,只能应用于战略流量管理中.本文尝试从实际雷达数据出发,建立一种新的扇区运行容量计算方法.首先,通过分析雷达数据及交通流特性,将扇区交通流按一定原则划分成5 种标准模式,然后利用DTW算法对选取测试序列进行模式匹配,最后统计该模式下扇区最大流量,并定义其为扇区的容量值,从而求出扇区的运行容量.该方法克服了从分析管制员工作负荷入手的主观容量评估面临的障碍,有望成为支持新一代空管系统基于性能运行的关键技术.     

考虑航段复杂度的机场终端区进场程序设计与评估

机场附近的进近空域通常是限制机场航班量增长的瓶颈。随着进近空域内日益增长的空中交通,管制员与飞行员的通信和工作负荷持续增加,航班延误频发。为了进一步提升机场进近空域容量,先进的技术和方法不断被应用于空中交通管理中。近年来,在世界各主要繁忙机场逐步推广点融合系统（Point Merge System）,旨在通过新的进场程序实现进场航班高效排序和连续下降运行,解决进场交通流汇聚问题并优化排序间隔管理。然而,目前很少关于如何结合机场附近空域结构设计点融合系统的研究。本文以南京禄口国际机场为例,提出了航段复杂度评估方法,评估了当前空域的航段复杂度,识别空域运行瓶颈,选取融合点位于HFE和OF方向进场轨迹的交汇点,交通流开始汇聚整合的定位点作为程序融合点,并以此为基础设计了点融合系统。通过计算机仿真和雷达模拟机仿真,并对其不同运行方式下的航班延误和机场流量进行对比,验证了点融合系统的有效性和先进性。本文的研究为其他机场设计并实施点融合系统可提供参考。     

基于变精度粗集的动态扇区数规划

为确定规划扇区数目,提高扇区规划方案的灵活性,提出了基于变精度粗集的动态扇区数规划方法．该方法根据空域航班飞行数据,用可变精度粗糙集理论,获取不同航班数量条件下规划扇区数目的规则,约束条件为根据管制员工作负荷确定的扇区容量和相邻时段扇区规划数量的连续性．实例分析结果表明,用该方法使空域扇区数量随不同时段交通流量的变化,实现了扇区数量动态规划．     

确定性空域容量约束下的区域流量管理优化模型

为解决区域内空中交通拥挤问题,以最小化总权重延误和最小化区域外权重延误为优化目标,通过决策偏好参数关联两个优化目标,在确定性扇区容量约束的基础上,增加了流量尾随间隔限制约束和扇区最大允许延误时间约束,构建了满足区域性流量管理实际运行约束条件的基于时间计量的流量管理整数规划模型.选取中南区域的实际空域和航班计划数据,采用CPLEX优化软件求解模型.结果表明:目标函数中的决策偏好参数能调节两个优化目标;新增的约束条件能满足实际运行需求和保证策略的可实施性,即在实施生成的策略时不产生额外的管制员工作负荷.     

空中立交桥搭建前后效益分析研究

空中立交桥的搭建能有效减少飞行冲突数量、降低管制员工作负荷,但会损失其它航路的容量.随着空中立交桥越搭越多,目前航路网的运行效率不升反降,如何对搭建的空中立交桥效益进行评价已成为当前关注的热点问题.基于投入产出思想提出风险收益、容流收益概念,从航路容量、碰撞风险等特征参数出发,针对航路交叉点构建空中立交桥的效益评估模型.最后,根据航路交叉点实际运行数据,以武汉立交桥及宜宾立交桥为例计算出搭建立交桥的总效益D EB.通过与民航相关管理部门的专家经验相对比,验证模型的合理性,得出在航班流量大、运行复杂度高的繁忙交叉点更适宜搭建空中立交桥的结论.     

基于交通特征的空域建模方法及扇区仿真分析

空中交通是一个复杂系统,其复杂性体现在空域结构、航空器、管制员和管制设备等多个方面。本文提出一种基于空中交通特征的空域凸胞模型,它可以更准确、全面地描述空中交通情况。首先,作者基于空域复杂性量化空中交通特征,之后将复杂网络的概念应用于空中交通系统中,并采用基于加权复杂网络特征的K-Means聚类算法建立空域凸胞模型,最后,将该模型应用于北京管制区,从扇区管制的安全性和管制员工作负荷的均衡性两方面提出扇区安全概率、平均飞机数等指标,分别基于交通高峰期的数据和全天的交通数据验证扇区划分方法的优点和有效性。     

3D Sector Optimum Partition of Airspace

Introduction Airspace management authority usually partitionsan airspace into several sectors, in each of which acontroller s position is set for the sake of air trafficmanagement and coordination. As air traffic flowrises, the number of aircrafts in each…     

Integrated Evaluation of Air Traffic Controller Workload Based on Matter-Element Analysis

A model for evaluating the controller workload was presented based on matter-element analysis, particularly from a man-machine-environment system engineering perspective. On the basis of a questionnaire survey, 18 kinds of indexes which influence the controller workload were determined. By establishing the classical field and node field of the controller workload, the correlation function of the controller workload grade was obtained; then the correlation degree and estimated grade of controller workload were given. A case study verifies the feasibility of the proposed evaluation method.     

基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模

针对航空器自主运行模式的空中交通运行态势评估问题，本文重构了基于分布式空中交通管理系统的空中交通复杂性评价方法，并仿真验证了该方法在航空器冲突探测和自主航迹规划中的应用。首先，基于自由航路空域和航空器自主运行模式定义了空中交通复杂性，在通过三维空域栅格模型量化航空器时空位置的基础上，构建复杂度计算模型以反映航空器位置、航向、 航速对空域各栅格的实时复杂性影响；其次，基于实际管制扇区(ZSSSAR01)及高度层，分别模拟自由航路与固定航路运行模式，对比两者空中交通复杂度时空分布差异；并结合自由航路运行模式，在空中交通复杂性与航空器冲突指标(冲突率、冲突比例)相关性分析的基础上，研究空域复杂度阈值确定方法；最后，初步探究基于空域复杂度阈值进行航空器自主航迹调整的方法，评估其运行效果。仿真实验结果表明：自由航路运行模式相对固定航路运行模式可显著降低空域最大复杂度值(平均降幅119%)；模型计算得到，空中交通复杂度与空域中航空器冲突指标有强相关性 (相关系数大于0.90)；基于复杂度和复杂度阈值的航迹调整策略具备一定可行性。     

基于非线性规划的空域扇区结构优化设计

在统计、分析管制员工作负荷和使用管制员工作负荷模型的基础上,提出一个受不同扇区规划数目约束的扇区结构划分的数学模型。作者采取多变量有约束非线性整数规划法简化了算法流程,并给出了算法解法步骤;在MATLAB平台上,通过编辑算法程序,实现了非线性算法运算功能,完成了扇区结构优化的计算机实现。通过对广州终端区空域进行扇区结构优化设计,根据数据对比得出扇区结构优化后各扇区工作负荷与工作负荷平均值的相对误差由原来的1104s／h降低到134．4s／h,验证了扇区结构优化数学模型的可行性和非线性算法的有效性。     

模型驱动的智能教学系统分层规划的研究

智能教学系统是计算机技术、人工智能的一个重要研究应用领域.以建构主义学习理论为指导,建立能根据学生的实际情况选取教学内容、教学模式,对学生实施个别化教学的智能教学系统是21世纪人类社会数字化教育发展的重要方向.笔者在以建构主义学习理论为指导,通过对知识、课程整体结构的分析,提出了一种新型的便于学生进行知识建构的知识模型和课程结构模型,并以此模型驱动教学规划的设计,从而实现学生的动态知识建构,以及领域无关的智能教学平台建设.这种方法在多模式智能教学系统中取得了令人满意的效果.