低空空域飞行冲突避让算法

为了预防航空器在低空空域飞行中发生相撞，根据空中交通管理规则的飞行间隔规定，采用速度矢量三角分析法，分析了避免冲突的基本条件，确定了航空器B与航空器A的速度矢量关系，提出了调整速度和改变航向两种解决方法，推导出速度和航向改变量的计算公式。通过系统演算和DRS-98型雷达管制模拟机的验证表明，在任何情况下都能够使用改航法避让飞行冲突，航空器之间的距离和航向差越大，航向的改变量就越小；当航空器之间的距离大于6倍的飞行间隔时，应当使用调速法避让飞行冲突，这样航空器可以继续保持原定的飞行航线。     

一种基于ADS-B的雷达误差实时融合校正算法

针对我国中西部地区雷达未实现多重覆盖,大部分飞机未配备广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast, ADS-B)机载设备,监视精度不高的问题,结合雷达误差模型理论,提出了基于ADS-B数据的雷达误差实时校正算法.该算法对同一时刻获得的多组ADS-B数据与雷达数据的差值进行数据融合,得到该时刻雷达误差的最优估计值,并对雷达进行误差校正.算例仿真结果表明:经该算法校正后,雷达测量的距离与真实距离之间的均方根误差约为50 m,测量的角度与真实角度之间的均方根误差约为0.04°,且校正后的航迹和真实飞行航迹基本重合.      

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.     

固定航路最优飞行冲突解脱模型

针对在固定航路条件下多个航空器之间的冲突解脱问题,提出了改变航向的飞行策略,比较了自由飞行条件下和固定航路飞行条件下的最优飞行冲突解脱模型。以航空器性能和航路空间为约束条件,以冲突解脱时间为目标函数,运用最优化控制理论和微分方程,计算了不同初始条件下的总冲突解脱时间。计算结果表明:当航空器的解脱终点从(80,0)变为(65,0)时,总冲突解脱时间减小了32s;当航空器的解脱速度从833km.h-1降低为759km.h-1时,总冲突解脱时间增大了12s;当航空器的初始位置由(20,0)增大为(29,0)时,总冲突解脱时间仅增大了2s。航空器的解脱终点和解脱速度对冲突解脱时间影响较大,而航空器的初始位置对冲突解脱时间影响较小。     

着陆阶段航空器航迹检测与风险识别方法

进近着陆是整个飞行过程中最易发生危险的阶段.目前着陆阶段的风险识别 只能依靠塔台管制员的目视观察.在飞行员技术不熟练、起降频繁的通用航空飞行训练 中,目视观察很难准确掌握情况,也因此蕴含了巨大的安全风险.利用视频监视航空器着 陆行为,同时提出了一种适合复杂背景下小目标分割算法,从视频中提取航空器着陆航 迹;并以此为基础进一步识别降落过程中的运行风险.通过对多组不同角度的视频监视数 据验证,该算法可在复杂背景下实现航空器着陆航迹的跟踪、落地时刻的判断及危险滑 行航迹的准确识别,对于保障飞行安全具有重要的现实意义.     

基于飞行跟驰模型的纵向安全间隔计算方法

为了精确计算飞机飞行的纵向安全间隔,分析了纵向间隔的影响因素,利用管制员和飞行员的反应时间统一度量人为因素对纵向安全间隔的影响,根据反应时间建立了飞机飞行跟驰模型。通过量化反应时间对纵向安全间隔的影响,提出了考虑反应时间的安全间隔计算方法。仿真计算结果表明:在航路飞行阶段,相近飞机的纵向间隔小于3·0km为纵向危险接近,为了保证跟驰飞行安全,纵向间隔最小应为3·6km。可见模型和方法是可行的,能够为飞行间隔标准的制定提供理论依据。     

基于扩展摩尔邻域的自由飞行冲突风险研究

为解决三维空间中,自由飞行条件下航空器间的飞行冲突风险判定问题,提出了基于扩展摩尔邻域的飞行冲突风险判定方法.首先分析平面摩尔近邻模型的特点,将其扩展至三维离散空间;然后建立水平、垂直飞行冲突风险可能性表格,提出计算三维飞行冲突风险的方法;最后分别用水平、垂直飞行冲突风险分开和同时计算的方法对同一仿真数据进行计算.结果表明:采用扩展的三维不同层摩尔邻域可以实现空域内航空器的飞行冲突风险的快速计算;水平、垂直飞行冲突风险同时计算的方式可以更快速地解决问题;同时,空间基础单元的间隔选择也会极大影响模型的运算效率.     

一个鲁棒性冲突解脱轨迹规划模型

针对固定航路飞行条件下高密度运行空域多航空器实时冲突解脱轨迹规划问题,为了获取高空风场数值及增强航空器冲突解脱轨迹的鲁棒性,根据航空器的运行状态构建了高空风场线性和非线性滤波模型.采用模型预测控制理论,通过将预测模型的校正过程转化为高空风场数值的滤波过程,在给各航空器设定解脱优先权重及考虑两类解脱变量物理约束条件的前提下,从航空器的动态协同特性出发,构造能够反映控制输入量优劣的指标函数,提出一种能够适应空域环境变化的冲突解脱航迹在线滚动规划方案.算例分析表明,所提出的在线解脱轨迹规划方案可行有效.     

基于VOR导航的平行航路侧向碰撞率计算模型

为了有效确定平行航路安全间隔与评估碰撞风险,分析了侧向碰撞影响因素,利用Reich模型和概率论理论,建立了非洋区VOR导航下平行航路的侧向碰撞率计算模型。对Reich模型进行了改进,以圆柱体碰撞模板代替传统的长方体碰撞模板,推导出平行航路侧向碰撞率的计算公式,利用事件的概率运算法则,给出VOR导航下航路飞行时两机侧向重叠概率的计算模型。计算结果表明:给定航路侧向碰撞率小于规定值,所设定的平行航路间隔在给定的飞行环境下是安全的,符合客观实际,因此计算模型可行。     

管型航路中航空器自主运行模式

为了提升管型航路内航空器运行效率，降低飞行延误和冲突，首先选取了定速、超越和自由3种典型自主运行模式，并分析了其特点；其后，建立了管型航路中航空器自主运行仿真模型，并采用蒙特卡洛仿真与机器学习相结合的方法，分析了自主运行模式中关键变量的相关性；最后，以北京首都机场—广州白云机场高空航路为实例，建立了各衡量指标回归模型，并对3种模式典型指标进行了敏感性分析. 研究结果表明:自由模式中的吞吐量和总延误时间指标相对较好，但冲突率相对较高，冲突率最小值为0.036 1；超越模式中各项指标相对折衷，其航路资源的利用率不如自由模式，吞吐量约为自由模式的61.89%；定速模式中的航空器缺乏调整速度和间隔的调整能力，受航空器的初始间隔影响较为明显.      

ADS-B历史飞行轨迹数据清洗方法

为有效解决广播式自动相关监视(ADS-B)历史飞行轨迹数据受地面站分布广度、地形阻挡、电磁干扰等影响而出现的各种字段数据异常情况, 建立了ADS-B数据清洗方法, 并将其分为确定清洗对象、字段去重、异常点清理和时间戳修正这4个步骤; 根据已有样本ADS-B历史数据各字段建立了航迹模型并进行有效性分析, 将时间戳、经度、纬度、气压高度和地速等字段定义为特征字段, 并作为清洗对象; 对ADS-B航迹点序列的时间戳、经度和纬度进行去重, 删除数据重复的相邻航迹点; 为提高清洗效率, 使用有噪声的密度聚类(DBSCAN)方法找出特征字段中的离群点, 并进行异常检测与修正; 为使航迹点状态变化符合质点运动学规律, 使用ADS-B航迹点的经度、纬度、气压高度和地速等字段数据修正时间戳, 并存入已扩展的修正后时间戳字段。研究结果表明: 516个样本航班中有97.58%的异常航迹点被有效识别并清理, 清洗后的航迹点状态更具有渐变性特征; 修正前后的总飞行历时存在10~600 s的差异; 时间戳修正效果主要依赖于地速的准确度, 在实际工程中可根据样本航迹的数据特点有选择地使用时间戳修正值; 建立的ADS-B数据清洗方法可为民用航空工程项目中的飞行轨迹分析、评估与计算等方面提供前期数据处理平台。      

基于CNS性能的平行航路侧向碰撞风险模型

为了解决雷达管制环境下平行航路间距的安全性问题,分析了管制员对飞机侧向偏航的干预过程,在分析研究传统碰撞风险模型的基础上,综合考虑通信导航监视(communication, navigation and surveillance, CNS)性能及管制员干预,分别建立了包含和不包含人的认知可靠性的平行航路侧向碰撞风险评估模型.通过算例分析了管制干预、通信、导航、监视性能对最小航路间距的影响.结果表明:与通信和监视性能相比,CNS性能中的导航性能对碰撞风险的影响相对较大;为缩减航路间距,建议采用RNAV 2导航规范;提高人的认知可靠性可有效减小平行航路的间距.      

民航飞行品质监控及预警管理探索

目前 ,中国各大航空公司开展了飞行品质监控、对监控数据的分析 ,为保证飞行安全 ,加快新飞行员的培养提供了有效的科学手段。然而 ,飞行品质监控的预警管理功能亟待加强。通过调查分析中国民航飞行品质监控的管理模式和管理措施 ,提出了利用民航飞行品质监控进行民航灾害预警管理的新思路 ,探讨了民航飞行品质监控的预测方法。计算结果表明 ,可采用指数平滑法预测超限事件的发生趋势 ,及时发现民航事故的早期征兆 ,为民航灾害预警管理提供对策依据     

繁忙机场机坪空间构型对航班离港滑行时间的影响

航班离港始于停机坪推出，经由滑行道滑行并止于跑道离地，因此机坪空间及其与跑滑系统构成的相对位置关系对航班离港滑行具有较大影响，滑行时间的预测精度对ACDM机制下航班推出时刻优化和跑滑系统效率提升具有重要作用。首先提出机位组概念表征机坪空间构型，据此设计场面实时动态航班流量、机位组无阻碍滑行时间和机位组空间影响指数等新特征变量，然后基于分类回归树构建预测模型，验证新特征引入对离港滑行时间的预测效果。以首都机场实际运行数据为例，预测结果表明：在保持较高拟合优度的同时，新引入的表征机坪构型及其与跑滑系统相对位置关系的特征变量提高了离港滑行时间预测模型精度，预测与实际误差值在 3 min和5 min内的航班数量分别提高了4.88%和6.46%，每高峰小时可为首都机场减少约2~3个起飞时隙的浪费；新特征变量对离港滑行时间预测精度的整体贡献较大，且场面整体流量特征变量的贡献超过单一跑道流量，进港航班相关特征变量的贡献超过离港航班。     

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。     

平面式快速路出入口最小间距研究

平面式快速路是快速路的一种重要形式,其出入口最小间距影响因素复杂,科学确定其值对提高快速路的安全和效率具有重要意义。在分析已有快速路出入口最小间距计算方法的基础上,结合平面式快速路出入口特征,对四类出入口组合的出入口间距组成要素进行了深入分析,得到了平面式快速路出入口最小间距的计算方法。该计算方法以快速路主线车道数、主线流量、出入口流量、辅道流量为输入条件,计算满足一定服务水平下的出入口最小间距值。结果表明,该方法能综合反映各类影响因素,可针对具体条件得到更为科学的平面式快速路出入口最小间距值。