基于混杂系统理论的无冲突4D航迹预测

为增大空域容量,在战略航迹规划阶段,设定航空器爬升、下降和平飞3个飞行状态和7组高度和速度参数规划航空器4D航迹.基于不同航段的航空器动力学模型,采用混杂系统理论, 建立了不同航段之间的状态切换模型,以及同一航段内航空器质量、空速、高度和航程连续变化的航空器运行状态演化模型. 通过调整航空器到达时刻和飞行速度,规划了多航空器无冲突4D航迹.算例仿真结果表明,在满足航空器性能约束的前提下,用混杂系统递推法规划的航空器起飞4D航迹计算时间在3 s以内;这两个模型准确反映了航空器在水平剖面和垂直剖面内的飞行状态变化;本文提出的航空器无冲突航迹规划方法是有效的.      

动态航迹推测方法

应用大圆航迹和等角航迹原理,融合雷达、电报等动态数据,研究了动态航迹推测算法,以及该算法在航空器飞行轨迹预测、航空器过航路点时间预测和空中交通流量动态统计预测等方面的应用。利用广州机场的实际航班数据,将动态航迹推测算法与经验时间累加法进行了对比研究,发现动态航迹推测算法符合航空器运行规则,其误差在±0 5 min之内,能及时修正航空器的飞行轨迹,反应灵敏。结果表明动态航迹推测方法能更好地预测未来短时期内空域使用情况,是一种为空中交通战术流量管理提供准确数据的有效方法。     

基于转弯点聚类的航空器飞行轨迹分析

为满足进场航线设计适应实际运行需求,在分析实际运行航迹数据特征基础上,提出了通过转弯点聚类策略分析航空器飞行轨迹的方法.并设计基于转弯点最长公共子序列的航迹聚类模型,同时给出了改进的平均轨迹构建算法,实现了盛行交通流的识别.将该方法应用于上海浦东机场进港航班雷达轨迹分析,仿真结果表明,提出的方法可以有效地从庞杂的雷达轨迹信息中识别盛行交通流.     

离场航迹降噪优化设计的多目标智能方法

为满足新一代空管系统中离场航迹优化设计时降低噪声影响和减少飞行成本的需要,进行了离场航迹的多目标优化设计方法研究.结合飞行动力学和运动学模型,建立了符合民航飞机离场飞行阶段特征的航迹分段模型,提出了应用状态矩阵和控制矩阵准确表示航迹的数学方法.基于模糊理论建立航迹噪声影响、飞行成本和空中导航约束的满意度评价函数,提出了3种启发式搜索规则和动态领域搜索方法来改进模拟退火算法.仿真结果表明,在绕飞限制空域的前提下,降噪和减少飞行成本的目标无法同时达到最优;离场航迹多目标优化后的总体满意度比仅考虑降噪时提高了4.3%.      

ADS-B空管监视系统误差分析与研究

在空中交通管制中,利用监视设备提供的航空器飞行动态,管制员就可以为航空器配备飞行间隔,防止航空器与航空器相撞.监视设备存在的误差会对飞行间隔产生较大的影响.对比二次雷达系统,基于ADS-B的侧向间隔研究是当前的重点.文中通过分析监视系统信号处理流程,得出ADS-B监视误差主要有GPS接收机误差、数据链误差和系统延时误差组成,并阐述了各部分对于侧向间隔的影响.     

低空空域飞行冲突风险研究

为了确定低空空域内航空器飞行的安全间隔和风险概率,基于国际民航组织标准和我国民航局规定,根据航空器动力学原理,采用看见避让(see and avoid)原则,在飞行规则、能见度要求、反应时间、航空器速度以及盘旋坡度角或航空器爬升角度等约束条件下,建立了同高度对头飞行冲突和交叉飞行冲突的冲突避让轨迹数学模型,并根据HCR(human cognitive reliability)理论建立了飞行员反应失效概率模型.数值分析结果表明,低空空域航空器同高度对头相遇存在一定的违反安全间隔的风险概率,而同高度交叉相遇飞行的航空器能安全解脱冲突.     

基于波峰搜索算法的视频客流计数系统研究

视频分析在客流统计上的应用是当前研究的热点及难点,常见的视频计数实现过程主要是依靠对象分割、目标跟踪、目标识别等尚未成熟的算法,尤其要实现目标的准确跟踪仍非常困难。为避免目标跟踪算法对计数精度的影响,文章在对象分割算法的基础上统计目标像素,再采用提出基于加权步长的波峰识别搜索算法对像素统计曲线进行识别,从而实现对乘客目标计数;最后以长途大巴车视频客流计数问题为背景,结合提出的计数算法设计一套完整的视频客流计数系统。实验结果表明,文中设计的客流计数系统能够对长途大巴车乘客有秩序上(下)车的视频序列准确计数,计数精度达到90%以上,并具有超载报警和智能结算等功能。     

一种基于机载数据的民用航空器飞行阶段划分方法

为有效解决民用航空器的机载快速存取记录器(QAR)航迹数据中飞行阶段出现错误划分的情况,通过航空器气动构型和垂直运动态势变化提出了飞行阶段重新划分方法,具体分为4个步骤:数据预处理、垂直运动态势划分、飞行状态特征模型构建和飞行阶段重新划分;使用基于DBSCAN的局部遍历聚类方法对气压高度变化趋势进行聚类分析,划分垂直运...     

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机场管制区域附近的起飞和进近着陆是最容易发生重大运输飞行事故的阶段,而飞机发动机失效对其影响最为严重.本文通过对进近着陆过程中一发失效时航空器受力情况进行建模分析,并对飞机性能进行动态解算,得出轨迹变化;通过详细编程计算各类飞机中断滑跑距离,对各个机型中断起飞性能作出对比分析,并结合机场各类特情,首次将特情处置信息与塔台管制员指令相结合,提出识别方法及主动的应急策略.从而更好地协助飞行员在发动机失效情况下保证航空器运行安全,并及时采取应急救援措施,提高管制应急效率.     

民航运输航空器着陆阶段偏出跑道事件分析模型

为了克服故障树分析方法只能描述正常和故障两种状态的缺陷,利用故障树方法的逻辑分析优势,以及贝叶斯网络描述多态事件和计算概率的功能,建立了基于故障树和贝叶斯网络相融合的航空器着陆偏出跑道事件分析模型,提出了故障树与贝叶斯网络之间的转换算法求解该模型.根据1996—2010年中国民航着陆偏出跑道事件的数据,确定了着陆航空器偏出跑道的主要原因,并按重要程度进行了排序.研究结果表明:积水、反喷或减速板故障、复杂气象条件、驾驶术欠缺、前轮转弯卡阻、夜航或受灯光不利影响、对机组资源管理失效、积冰积雪是导致着陆偏出跑道的主要风险因素,其后验概率均大于0.3;应针对主要风险因素,制定针对性预防措施.      

雷暴低空风切变引起的长周期飞行振动

典型尺度的雷暴低空风切变以长周期振动频率激励飞机,使其偏离预计下滑航迹.在正弦风切变假定下,利用计算机计算和飞行模拟器模拟研究了长周期振动频率上下的正弦波风切变对飞机着陆航迹的影响.结果表明,计算机计算与飞行模拟器模拟得到的飞行航迹并不完全一致,说明用现有模拟飞行器模拟模式训练飞行员处置雷暴低空风切变是不全面的.     

基于Maklink 图和遗传算法的改航 路径规划方法研究

为了保障恶劣天气下的飞行安全,航班需要采取改航策略避开危险区.采用已 有的以改航路径最短为目标,以航段最小距离、避开危险区、转弯角度等为约束条件的规 划模型,设计了3 阶段方法研究改航路径规划.首先应用Maklink 图和Dijkstra 算法规划一 条能够避开危险区的路径,接着应用遗传算法优化路径,最后进行路径调整以满足约束 条件.算例仿真结果显示,应用本文方法得到的改航路径长度较短,转弯次数少、转弯角度 小,计算效率高.仿真结果说明,应用本文提出的方法获得的改航路径满足目标和约束要 求,验证了该方法的可行性和有效性.     

终端区飞机排序的混合人工鱼群算法

为了保障飞行安全,对终端区着陆飞机进行有效的排序,建立了以航班延误总时间最小为目标函数的规划模型,以人工鱼群算法为基础,融合了遗传算法的选择操作和模拟退火算法的依概率接受的思想,形成混合人工鱼群算法,对着陆飞机排序问题进行了仿真计算,并与先到先服务算法、模拟退火算法以及蚁群算法进行了对比研究。仿真结果表明:与先到先服务相比,使用人工鱼群算法使得单跑道、双跑道延误分别减少了9·3%和48·0%,计算时间小于3s;与蚁群算法和模拟退火算法相比,求解的延误与时间最小,因此,提出的混合算法可行。     

基于雷达的多机冲突检测与调配

为防止空中飞机危险接近,保障飞行安全,提高管制员对飞行冲突的预见性和调配飞行冲突的能力,建立了基于雷达的坐标系,提出了预测多机飞行冲突的水平检测和预测冲突时间段的方法.研究表明：在水平投影面上,如果飞机Ai的保护区与飞机Aj的阴影交叉,将发生水平冲突;如果同时发生垂直冲突,那么飞机Ai和Aj将发生飞行冲突,需要在雷达监控下,通过改变航向、速度和飞行高度以避免飞行冲突.但若水平冲突和垂直冲突的时间段不交叉,则飞机Ai和Aj没有冲突,可以保持现有（平飞、下降或上升）状态飞行.仿真分析结果表明了检测和调配方法的正确性.     

机场净空区范围确定方法

为了解决城乡建设和机场净空保护之间的矛盾,分析了气象条件、导航设备、起落航线和飞行技术对机场净空区范围的影响.应用飞行航线理论知识,综合考虑各种影响因素,对机场净空区的组成和范围进行了修改:增加升降带的规定,修改端净空区扩散率为15%,端净空区宽度由2 km增大为3 km,将二与三、四级机场的净空区范围分别减小到50%和60%.结果表明现行的机场净空规定既能保证飞行安全,又为城乡建设发展提供了更大的空间,是可行的.     

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航班的合理降落排序是减少航班延误,提高服务质量的重要手段之一.空管人员在进行决策时,其评价标准往往不是单一的和同向的.本文将跑道上的飞机降落排序建模成单机多目标调度问题,重点讨论了此类问题的帕累托优化求解.建立的整数规划模型能够在航班降落过程中,对航班加权延误数量和所有延误航班的最长晚点时间两目标值进行协调并根据现场实际情况灵活地进行取舍.利用共享信息素机制的多目标蚁群算法对模型进行求解.最后的算例结果显示,与传统的启发式方法相比较,本文的方法不仅能够求得更好的结果,还能为空管人员提供一个相对直观的调度策略选择方案.     

Recognition Algorithm and Risk Assessment of Airport Hotspots

The hotspot recognition algorithm is proposed based on a potential collision in order to study the aircraft taxi conflicts in large airports. The spatial and temporal distribution characteristics of hotspots are analyzed based on the risk assessment model of hotspot constructed in this paper. Firstly, approaches for monitoring of the aerodrome movement were compared. The hotspot recognition algorithm taken into account of whether aircrafts' taxi track has spatial and temporal overlap based on the aerodrome surveillance radar(ASR) data was presented, by identifying the hotspots through analyzing whether the aircrafts' time of entering and exiting the same taxiway is overlap or not, and the heading difference and distance of the two aircrafts satisfy the specified threshold constraint condition. Then, the ASR data were divided into several parts, and then airport hotspots were recognized and the spatial and temporal distribution characteristics were analyzed. The risk assessment model of airport safety hotspots was constructed which is taken into account of the conflict probability and its severity consequence. Finally, based on the risk grade assessment criteria and hotspots' risk value, the risk grade ranking of hotspot in one airport of China was evaluated and designated. According to the result, the spatial and temporal distribution characteristics of airport hotspots were varied with the variation of airport traffic flow and operational mode of runway, which shows that the hotspots have the characteristics of dynamic periodicity and diurnal variation. And the risk assessment results were consistent with experts' opinions and actual operation condition, which verified the rationality of the hotspot recognition algorithm, risk assessment model as well as the risk grade ranking criteria.     

复杂低空混合飞行态势安全特性研究

为揭示复杂低空混合飞行态势中蕴含的安全特性,本文从复杂低空环境特点、航空器个体异质行为特征出发,构建了低空飞行行为模型;运用Agent技术,NetLogo平台构建了复杂低空混合飞行态势仿真环境,仿真分析了飞行量、平均速度、飞行冲突等特性参数之间的相互关系及其影响规律.研究结果表明：飞行冲突随飞行量增加呈先缓慢增加,后急剧增加的趋势,随平均速度急速递增趋势,当飞行量达到80架次、平均速度约300km/h时,低空飞行态势安全性和效率均较高;通航活动的混合比例和冲突探测距离对复杂低空飞行态势安全性具有明显影响,当混合比为3:2:4:1,冲突探测距离为4km时,可显著提高飞行态势的安全性和稳定性.