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。     

基于复杂性的多扇区移交策略优化

现有多扇区移交间隔管理研究往往忽视扇区复杂性，可能出现扇区局部复杂性不均衡等问题，对空域造成一定安全隐患。本文充分考虑多个管制扇区复杂程度，提出一种新的管制移交间隔优化方法。首先，基于扇区之间复杂性的相互影响关系，建立大型区域管制中心多扇区网络模型。其次，提出航空器进入多扇区边界时刻调整，航空器进入各个扇区时刻调整以及航空器高度层重新配备等3种策略，建立以多扇区复杂性的均值、均衡程度和航空器总延误为目标的移交策略优化模型，并采用多目标遗传算法进行求解。最后，基于北京区域管制中心(ZBAAAR)的实际运行数据进行仿真分析。结果表明：3种策略可使复杂性均值分别降低2.2%,2.8%,6.0%，可使复杂性均衡程度分别提高1.76%,1.83%,1.38%，基于航空器进入时刻控制的两种策略导致航班平均延误时间分别为-295 s和-214 s，验证了模型及算法的有效性。     

空中高速路交通流的跟驰现象及流量模型

为研究下一代航空运输系统空中高速路的流量模型,针对连接远程、繁忙航线城市对的空中高速路具有航路单向、无交叉、有性能限制、高密度运行的特点,以下一代航空运输系统的运行规则为基础,基于跟驰理论,对单层航路建立了空中高速路交通流微观跟驰模型.通过对空中交通流量密度关系的分析,扩展出空中交通流的宏观流量模型,该模型可用于航路流量优化、安全分析和航路容量评估等.计算结果表明:由微观跟驰模型得出,运行于空中高速路上的航空器间隔越小、速度越快、后机反应强度越小,后机相对于前机的跟驰反应就越强烈;由宏观航路流量模型得出,飞机流中航空器间隔越小、起始速度越大,流量变化就越明显.      

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。     

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.     

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。     

扇区空中交通风险态势网络建模与演化特征

为了准确感知空域内空中交通运行态势，提升飞行运行效能，研究了扇区空中交通风险态势的网络建模方法和演化特征，基于实测数据验证了方法的可行性与有效性；在扇区内以活跃航空器为网络节点，依据航空器位置偏差下的冲突关系构建连边，建立空中交通风险态势网络，利用连通分量的概念定义并识别网络内的航空器集群；基于航空器集群特征构建状态向量，进一步划分空中交通风险态势模式；以分类后的态势等级时序为基础，针对各模式的样本进行持续时间分析及建模，讨论了单一态势模式的生存特性与多模式间转移行为的偏好水平；为了验证方法的有效性，以广州管制AR05号扇区的实际数据为样本展开分析。研究结果表明：低风险至高风险模式的生存特性差异明显，平均生存周期分别为82.49、118.11、75.77、90.51 s,中等风险模式是估计生命周期最长且生存率最高的模式；在模式迁移的过程中，集群数目与规模相对简单的风险模式主要表现为前向可达性较高，而回迁及跃迁概率低于0.05;复杂程度较高的风险模式则表现出了较为明显的回迁行为，且概率会随着时间步长的增加(30、60、90、120 s)逐渐趋于稳定。可见，建立的空中交通风险态势网络模型能...     

面向冲突避免的航空器场面滑行引导方法

为避免大型高密度机场航空器之间可能发生的冲突,提出了一种基于混杂系统结构的滑行引导方案.建立了航空器滑行连续动力学模型和航空器在滑行道直线段、交叉口运行的离散事件动态系统模型,通过场面运行观测器建立了连续状态到离散状态的映射.采用禁止状态线性不等式约束和禁止状态逻辑互斥约束,描述场面运行模型应遵循的控制规范,并给出满足控制规范的离散控制器设计方法.最后建立了运行模型中可控变迁的使能状态到场面冲突控制策略的映射.通过助航灯光沙盘控制系统的验证表明,该滑行引导方法能及时对可能冲突的航空器采取恰当的控制策略,并实时生成航空器滑行操纵指令,能有效避免航空器滑行冲突.     

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.     

平行跑道运行模式对终端区交通流特性的影响研究

为提升终端区空中交通运行效率,研究平行跑道运行模式对终端区交通流特性的影响.根据终端区空域结构特点、跑道运行规则,建立了终端区进场动态排序策略、进离场协调策略和航空器跟驰行为模型;选取国内某终端区标准进离场程序SID-STAR和双平行跑道构型,基于NetLogo仿真平台实现了终端区交通流运行仿真,对比分析了独立运行、相关运行和隔离运行典型跑道运行模式下终端区交通流特性参数的变化规律.结果表明:独立运行模式下终端区交通流运行效率较高但流量波动性较大,隔离运行模式下运行效率最低但最稳定;独立运行模式下终端区交通流的拥堵消散最快且延误最小,相关运行模式次之,隔离运行模式下终端区交通流的拥堵消散最慢且延误最大.     

10 kV交流XLPE电缆改为直流运行的热电耦合仿真

为了研究电缆在不同敷设方式和直流拓扑结构时的直流运行参数,以10?kV交流配电网中广泛使用的三芯交联聚乙烯(cross-linked?polyethylene,XLPE)电缆为例,通过有限元仿真软件建立电缆温度场、流场和电场耦合仿真模型,对直埋敷设、排管敷设和沟槽敷设下电缆分别以双极式、单极式、三线双极式(three-...     

太阳能-污水热泵沼液增温系统运行模式

针对现有热泵沼液增温系统投资高、运行困难的缺陷,设计了一套太阳能-污水热泵沼液增温系统（solar and untreated sewage source heat pump system,SUSSHPS）.该系统设定3种系统运行模式,分别为全年中温增温模式、全年高温增温模式和夏季高温增温、冬季中温增温模式,并从系统运行能耗、环保性、经济性与产气量最大化角度对各增温模式进行理论计算,同时,构建太阳能-污水热泵沼液增温系统运行模式综合评价体系,运用改进熵值法对评价指标进行综合赋权．研究结果表明,全年中温增温模式、全年高温增温模式和夏季高温增温-冬季中温增温模式的综合评价值分别为0.293 0、0.327 5和0.379 5,夏季高温增温-冬季中温增温模式是三者中最优的运行模式.      

区外旅客的"路径-方式"综合分担模型

针对区外旅客的出行特点和各运输方式的适应性，对传统区外交通方式的划分和路径分配模型进行了分析．从区外旅客出行的效应出发，提出了区外旅客分担率的“路径-方式”综合处理方法，建立了区外旅客的“路径-方式”综合分担模型．分析和标定了模型的相关参数及各运输方式的时间、费用评价值．该模型的适用条件是：OD对间各种运输方式的时耗差与市内各点至城市进出口的时耗差相差不太大（约1—3倍）且小汽车已普及并成为主要交通出行工具．最后，用沪杭地区的实例验证了模型的可行性．     

考虑执行器故障的电动汽车空调鲁棒控制

为了保证空调系统在部分故障的条件下,依然满足系统性能要求正常工作,通过对电动汽车空调系统分析,依据空调执行过程的故障模型,建立考虑执行器故障的空调不确定系统,利用状态观测器对系统状态进行了观测.采用线性矩阵不等式LMI（linear matrix inequalities）,设计了能够对空调执行器故障进行补偿的H_∞状态反馈鲁棒控制器,并证明了该控制器的稳定性.仿真实验表明,在有故障和无故障模式下的观测误差最大分别为0.1%和0.6%,满足系统的观测需求;与未考虑执行器故障的电动汽车空调H_∞控制器相比,在10 Hz以下频段,考虑执行器故障的H_∞控制方式可有效地抑制系统输入端所带来的干扰.      

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国内外综合交通信息平台的发展可以大致归纳为三类模式：政府行为型、政府建设-企业运营型、政府引导-企业运作型。本文以北京市交通综合信息平台及相关信息服务系统为实例，在分析其发展情况的基础上，深入研究了综合交通信息平台政府行为型发展模式的建设机制、运营机制、服务机制、可持续发展机制以及优缺点、适用性。     

向家坝水电站施工大桥船模通航指数模拟分析

金沙江向家坝大桥的通航条件较为复杂,为了研究论证向家坝大桥的通航条件及布置优化措施,确保船舶顺利过坝,进行金沙江向家坝大桥通航船模试验研究。根据船模实验最高安全限值的要求,通过对试验成果的分析,提出最佳航线、驾驭方式和航行难点,并最终给出推荐方案以及建议。     

基于博弈分析的支线航空合作动因

针对支线航空因运输规模小、运营成本高导致独立运营盈利水平低的问题,运用BERTRAND博弈模型,从市场博弈的角度分析了支线航线与干线进行合作对其运营效果的影响.将支线航线分为枢纽辐射型和点对点型2种类型,根据支线至最终目的地仅有通过枢纽中转的航班和中转与直达航班并存这两种支线运营的市场情况,分别建立了支线、干线合作与不合作情况的市场结构模型,对比分析了各种市场结构达到均衡时的共同利润.研究结果表明,在2种市场情况下,支线与干线合作市场结构的共同利润均高于不合作时的共同利润,并通过算例分析进行了验证.