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。     

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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。     

带偏好的交叉航路角度优化模型

为揭示交叉航路结构对空中交通影响的内部机理,有效打通航路节点运行瓶颈,研究了航路交叉角度优化问题. 首先,在分析航班飞行时间和航班油耗与航路基本相交结构角度关系的基础上,构建了交叉航路角度结构;其次,基于交叉航路交通量分布特征,建立了飞行时间和油耗偏好的交叉航路角度优化模型;最后,选取典型交叉航路进行了模型验证. 研究结果表明:航班飞行时间和油耗存在线性负相关关系;单一考虑时间优化时,航班总运行成本增加0.54%,仅考虑油耗优化时,总成本减少2.89%;无偏好优化时,航班总运行成本减少3.82%;考虑偏好时,在时间权重系数等于0.4处取得极小值,此时总运行成本降低5.26%,且空域内油耗密度、飞行冲突次数和管制员工作负荷3个指标的均值分别降低20.41%、56.12%、46.24%;优化后构型对原始空域结构的平均角度扰动为11.88%.      

交叉航路空域的时隙可用性评估方法

为了增加空域使用效率,建立了交叉航路入口放行策略模型.对多种交叉航路及放行策略组合,提出了新的空域时隙资源可用性评估方法,研究了新策略下航路长度、航路交叉角和放行偏离角对交叉航路时隙可用性的影响.仿真结果表明:当放行偏离角一定时,增加航路长度可有效提升时隙资源可用率,偏离角为10°、20°和30°时的最大时隙可用率分别为82%、90%和97%;航路长度具有边际效应,当航路长度超过阈值时,再增加航路长度不会提高时隙资源可用率;在航路长度、放行偏离角相同的条件下,增加航路交叉角可增加时隙资源可用率.     

空域和流量协同管理建模与仿真

提出了空域和流量协同管理概念,综合利用地面等待、动态航路、条件航路等多种管理手段,建立了以最小运行成本为目标的数学模型,同时在模型中引入了动态航路、条件航路的开放成本,以更好地体现流量与容量之间相互协同优化关系,最后通过实例对模型进行了验证。计算结果表明:利用空域和流量协同运行管理模型制定的优化策略后,总的航班运行成本比优化前减少了8 205美元,成本波动幅度大大减小,因此,该协同管理策略可缩短航班延误时间,降低航空公司的成本。     

基于加速遗传算法的多层次灰色评价方法的空域安全分析

随着我国航空业的迅猛发展,空域结构及其使用方式日趋复杂化,出现了多种多样的安全问题,所以,对空域安全评估方法的研究显得尤为重要。本文从空域系统角度出发,参考Reason模型的主要思想,建立了影响空域安全评估的指标体系,然后,采用加速遗传算法的多层次灰色评价法（AGA-GAHP）对空域安全系统进行分析,使用加速遗传算法的层次分析法计算指标权重,逐级计算灰数,确定所属灰类,得出西北某空域的安全评估结果。实际计算表明,该方法可行。     

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。     

空域分类技术研究

空域是国家重要资源,是航空器的活动区域。对空域进行科学统筹管理,实现空域使用的效益最大化极为重要。空域分类是空域管理的重要组成,国际民航组织规定空中交通服务空域必须按要求进行分类和命名。本文通过研究国内外空域分类现状,对比分析中美两国空域分类和运行情况,总结了我国空域分类和规划的不足之处;在学习和借鉴航空业发达国家空域分类成功经验的基础上,概括了我国空域分类应考虑的主要因素,并参照国际民航组织和欧美等国的空域分类标准提出适合我国航空业发展的空域分类调整建议。     

RES脉内特征的差分进化粒子群投影寻踪评价模型

针对雷达辐射源信号脉内特征综合评估存在标准单一、缺乏客观性等问题,提出了基于群体智能的雷达辐射源信号脉内特征综合评估模型.首先,通过投影寻踪算法将雷达辐射源信号脉内特征的综合评估问题转化为有条件限制的多元非线性目标函数的优化问题;其次,通过改进的粒子群优化算法与差分进化算法的结合得到新的智能算法;最后,利用该算法实现多元非线性目标函数的优化求解.仿真结果表明:该群体智能算法对Rosenbrock测试函数的最优适应度值最小,对Rastrigrin函数和Girewank测试函数的最优适应度值为0,说明该算法的计算精度优于其他算法.同时适应度值的方差比标准粒子群算法和差分进化算法小,说明该算法的收敛性和鲁棒性较好.通过与加速遗传算法对评估问题目标函数5次优化结果的比较,本算法的计算结果没有波动,说明基于群体智能的RES脉内特征综合评估模型能够更客观、更有效地实现对RES脉内特征的综合评估.      

航路交叉点处碰撞风险模型

为研究航路交叉点附近两飞机之间标称距离随时间变化导致的碰撞风险,引入到达时间间隔变量,建立了航路交叉点处碰撞风险模型,提出了一种航路交叉点处标称距离随时间变化的碰撞风险估计方法. 算例结果表明:当航路含有一个交叉点时碰撞风险数增加了1.14710-7;碰撞风险随航迹夹角的增加先逐渐减小,然后逐渐增加, 3种不同速度组合的碰撞风险均在航迹夹角区间(70,75)内达到极小值.利用该模型能够计算航路因含有交叉点而增加的碰撞风险,并能分析航迹夹角对碰撞风险的影响.      

铁路客运站旅客最高聚集人数计算模型

考虑了旅客出行习惯和列车晚点,建立了铁路客运站旅客最高聚集人数计算模型.在模型中,在出行时,乘坐6:00～9:00出发列车的旅客一般在列车出发前5～60 min到达客运站,乘坐21:00以后出发列车的旅客一般在19:00～21:00达到客运站;在晚点调整时等级越高的列车具有越高的优先权,晚点时间与运行时间成正比.计算结...     

直线型公交停靠站通行能力计算方法

为了提高公交停靠站通行能力计算方法的精确性,针对目前城市的公交运行现状,使用时空分布图分析了公交车在直线式停靠站的服务过程,在此基础上,综合考虑停靠站排队概率和停靠时间分布,推导了公交停靠站通行能力计算模型.对杭州市公交车停靠时间的分布函数进行了拟合,对数正态分布的拟合程度最优, 2个交通时段的K-S检验值分别为0.083 9和0.050 6.用MATLAB编程得到不同分布参数下的通行能力结果表明:随着停靠时间对数平均值μ的增加,不同泊位数停靠站的通行能力减少了44.4%~47.3%;通过VISSIM仿真得到了停靠站的通行能力,模型计算值与仿真结果的平均误差为6.5%.      

航班飞行各阶段污染物排放量估算方法

分析了国际民航组织标准排放量模型,推导了各阶段飞行时间、推力、燃油流量等参数的计算公式,以替代ICAO标准排放量模型的飞行时间与燃油流量。考虑了大气环境与飞行参数的影响,给出了各种污染物的排放指数修正模型,以计算各个飞行阶段的排放参数。以B737-800飞机执飞"西安—烟台"航线为例,在空中交通仿真平台上运用Delphi编程计算了航班飞行各阶段的污染物排放量,分析了污染物排放量的变化情况。计算结果表明:CO2与NOx的排放主要集中在航路飞行阶段,CO与HC的排放主要集中在机场滑行阶段,4种污染物排放量从大到小的顺序依次为CO2、NOx、CO与HC,计算结果与相同条件下ICAO参考值相差绝对值不超过1%。     

基于贝叶斯估计的短时空域扇区交通流量预测

为准确把握空域扇区流量分布态势及未来变化趋势,提出了一种基于贝叶斯估计的短时空域扇区交通流量预测方法.首先,通过解析空域系统内航空器原始雷达数据,提取各扇区历史运行信息,建立了多扇区聚合交通流模型;其次,采用贝叶斯估计理论对模型参数进行最优估计和动态更新,预测了空域扇区交通流量的未来演变趋势及其不确定范围;最后,选取国内5个典型繁忙扇区为例,以5 min为时间段,以未来1 h为预测范围,对所提预测方法进行了验证.研究结果表明:85%以上时段交通流量预测结果的绝对误差在3架以内,平均绝对误差均在2架次以内,预测结果的稳定性较好,可充分反映各空域扇区之间短时交通流的动态性和不确定性,符合空中交通的实际情况.      

考虑航段相关性的航路拥挤态势多模型 融合动态预测方法

研究航路交通拥挤状态动态实时预测问题,可为缓解航路交通拥挤,优化拥挤管控 策略提供科学的依据.首先,采用神经网络理论建立考虑航段相关性的交通流参数预测模型, 预测航段流量和航段密度参数;然后,运用多模型融合预测算法提高预测精度,基于模糊C均 值聚类算法和航段历史及预测交通流参数预测航段交通拥挤态势;最后,采用雷达实测航迹 数据验证模型的有效性.研究结果表明,本文建立的预测模型同时考虑了时间和空间因素,对 航路拥挤状态预测准确率达到82.29%,预测方法符合实际且对航路交通态势的预测具有应用 价值;同时考虑航段相关性影响和采用多模型融合预测算法能够明显提高预测精度.     

空域扇区概率交通需求预测模型

为预测空域扇区在未来一定时段内的交通需求及其变化规律,基于简化的空域运行网络结构,从不确定性角度分析了航空器飞行时间对空域扇区交通需求预测的影响,针对航空器进入、离开扇区和在扇区内飞行过程的随机性,给出了相应概率分布函数.在此基础上,建立了空域扇区概率交通需求预测模型,设计了启发式算法.对实际航班数据的仿真结果表明:本文模型和算法预测时段10:00~11:00扇区发生拥挤,比传统的确定性方法预测的拥挤时段减少了30 min,避免了在时段9:30~10:00采取不必要的流量管理措施,降低了该时段管制员的工作负荷.     

基于降低温室效应的飞行高度层分配优化

为减小扇区空中交通飞行对环境的影响,使用高度层分配优化方法开展了基于降低温室效应的航空器绿色轨迹优化研究.首先针对扇区航空器运行的特点,结合区域扇区飞行冲突解脱方法,综合考虑扇区空中交通排放的CO₂和产生的凝结尾对全球地表温度变化的影响;其次,以最小化全球地表温度变化为目标,建立区域扇区飞行调配模型,选用高度改变冲突调配策略,并采用带精英保留策略的遗传算法求解模型;最后,使用某市02号高空管制区的实际运行数据进行了实例验证.研究结果表明:该模型能够显著降低扇区航空器运行造成的全球地表温度增加;在25、50 a和100 a时间水平下全球地表温度增加值分别降低了98.74%、97.69%、97.11%;飞行高度层分配优化能大幅度降低温室效应.      

高等级公路沥青路面预防性养护时机确定的研究

选取路面使用状况评价的综合指标路面使用性能指数PQI作为预防性养护决策的决策指标,通过对路面使用性能指标进行监测,可以确立路段使用性能衰变曲线,利用建立的路面使用状况模型预测路面性能衰变状况,计算预防性养护措施的时间区间内不同时间采取预防性养护措施时的衰变曲线,进而得到路面使用性能指标效益面积的改变值。为最大时所对应的时间,即为采取预防性养护措施的最佳时间。     

铁路货运“特需班列”客户满意度评价

在分析铁路"特需班列"运输服务特点,班列开行情况的基础上,借鉴LSQ模型与SERVQUAL模型的评价指标,结合客户选择运输方式的考虑因素,建立以时间、经济、保障和差异性服务为一级指标的满意度评价指标体系。运用AHP-模糊综合评价法,确定各级指标权重,结合隶属度的相关计算,最终得到"特需班列"的满意度评价值,针对满意度评价值对"特需班列"提出改进优化的建议。     

基于对偶分解算法的空中交通流量管理研究

从国家空域系统角度出发,考虑因突发扰动导致部分空域容量受限的情况,以国家空域系统内所有航空器总延误最小为目标函数,建立一种基于多物流网络的空中交通流量管理模型,并采用对偶分解算法对模型求解.通过实例仿真验证此方法的实用性和有效性.