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%.      

航路时空资源分配的多目标优化方法

为了提高航空公司与空管方之间的协同决策程度, 降低航班延误水平, 以航路飞行的航班为研究对象, 研究了航路时空资源的多目标分配; 考虑实际运行条件下航班的唯一性约束、时间顺序约束和可行性约束的影响, 以航班在流量受限区所分配的飞行航迹和进入时隙为决策变量, 以航班总延误成本最小和航空公司延误公平损失偏差系数最小为目标函数, 构建了多目标非线性0-1整数规划模型; 基于模型特点引用了非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ), 并利用排列编码法设计了一种整数基因编码方式, 以最大限度保证基因产生可行解集; 为了验证模型与算法的有效性, 基于南中国海地区航班运行实例, 对算法搜寻最优解的性能进行了研究, 并将此算法与传统按时刻表分配(RBS)方法进行了对比。研究结果表明: 改进编码方式的NSGA-Ⅱ算法使解集种群在约50代后世代距离从600收敛至30并稳定, 具有良好的收敛性; 针对实例中的多目标优化模型共生成有6组解的帕累托解集, 结果有66.7%的概率完全支配RBS方法, 且优化结果中航班平均延误成本比RBS方法降低了8.5%, 平均公平损失偏差系数降低了70.6%。可见提出的航路时空资源多目标优化方法的执行效果显著, 可在降低总延误成本的基础上兼顾各航空公司的公平性, 是解决航路飞行航班航迹与时隙资源分配问题的一种有效方法。      

改进的协同航路分配优化模型及算法研究

为优化协同航路分配程序，利用基尼系数定义一个新的公平性能指标，构建同时兼顾效率和公平性的双目标非线性整数规划模型，采用基于航班优先级排列的染色体编码方式设计一种改进的遗传算法，融合满意解的选择过程.仿真算例结果显示，与现有算法相比，改进遗传算法得到的最终满意解使空域运行效率提高9.3%，航空公司公平性提高33.7%.结果表明，改进的遗传算法能快速获得真实帕累托前沿，且最终满意解能在空域运行效率和资源分配公平性上得到显著提升，说明本文模型及算法合理.     

多机场终端区进离场航班协同排序研究

为了缓解繁忙终端区日益严重的空域拥堵和航班延误现状,研究了多机场终端区进离场航班协同优化排序问题.通过深入分析多机场终端空域结构,以及进离场航班运行特征,综合考虑尾流间隔、移交间隔、放行间隔、多跑道不同运行模式下的运行间隔等约束限制,将多机场终端区视为一个系统,引入"外围航班流"概念,以最小化航班延误为优化目标,建立了多机场终端区进离场航班协同优化排序模型,并采用改进的模拟退火算法对所建模型求解.选取上海终端区为研究对象进行仿真验证,仿真结果表明:利用本文提出的优化方法航班总延误比先到先服务策略减少了37.85%,有效地提高了多机场终端区进离场航班的运行效率.     

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。     

基于协同航路技术的航路资源分配方法研究

为减轻扇区拥挤,科学地利用扇区时隙资源,降低航班延误损失,本文研究了航路资源分配方法,将研究重点放到航路上,并建立了以航班总延误损失最小为目标,以扇区容量为约束的简化数学模型,该模型可以让航空公司灵活、自主地为航班确立优先等级。本文选择航班实际数据进行仿真,并使用优化软件对模型进行求解,算例仿真结果表明,所提方法能够大...     

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。     

机场终端区容量利用和流量分配协同优化策略

为充分利用机场终端区系统容量,减少航班延误,协同优化进离场容量利用和流量分配策略．把进离场视为互相影响的两个过程,以机场终端区系统容量为约束,以进离场航班总延误损失最小为目标,建立了容量利用和流量分配优化模型．引入航班延误损失优先级系数作为航空公司协同决策的偏好信息．用遗传算法求解模型．算例结果表明,该策略在充分利用容量和使航班延误损失最少的同时兼顾了航空公司的利益;设计的遗传算法运行稳定．     

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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。     

航路网络系统结构稳定性研究

航路网络系统的结构稳定性直接影响空中交通流量管理实施的有效性。本文考虑空中交通流与道路交通流的共性,借鉴堵塞流理论对航路网络系统进行稳定性分析,并提出了衡量系统稳定性的指标和提高航路网络结构稳定性的措施。通过对典型的航路网络结构进行仿真计算,验证了提高稳定性措施的正确性和可行性,说明了航路稳定性研究能为空中交通流量管理提供技术和决策支持。     

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.     

基于蚁群算法的动态路径选择优化方法

为了确保城市路网交通流平稳运行和各路段交通流量合理分配,提出了一种基 于伪随机状态转移规则的动态路径选择优化方法.该方法首先计算路段上流量和路阻,利 用伪随机状态转移规则和路径、路段信息素更新规则,模拟了出行者在路网节点的择路 行为,实现了路径选择过程中静态先验知识、动态交通状态及路径选择随机性的综合.算 例结果表明,该方法能够体现不同 OD 需求下路径选择的叠加效果和时延效果,相对于 平衡分配法可获得更好的路网交通均衡性,对于时变路况环境下的路径诱导系统也具有 一定的应用价值.     

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交通信号控制和动态交通诱导是城市交通管理的两个主要手段，两者智能协作能提高城市交通管理效率.本文分析了交通信号控制与动态诱导系统的关联特点，利用多智能体技术和融合技术对其智能协作进行研究，提出城市交通信号控制与交通诱导系统智能协作的结构框架，以交通信号控制执行级智能体为例，介绍分析智能体内在结构和作用机制，并研究了城市交通控制与交通诱导的系统协作模型，实现城市交通控制与诱导系统智能协作和全局优化     

大规模动态交通网络路径选择模型分析

从多方面分析了路段理想动态用户最优路径选择问题的变分不等式模型及求解算法的若干不适应性，论证了该模型并没有真正解决大规模化的问题。     

基于GIS和灰色模糊决策理论的自适应路线智能优选系统

为满足驾驶员路线选择的个性喜好和保障道路畅通,在分析影响驾驶员路线优选因素的基础上,提出了路线优选指标体系,引入灰色模糊决策理论,建立了基于GIS的智能路线优选系统,采用动态数据更新的Web信息共享方法,保证了路线优选的适时性。实例应用结果表明:系统具有直观、形象的交通图形显示功能,使驾驶员能够根据自己偏好与地图提示,准确地找到最优路线,提高了自适应路线优选的效率与可信度。     

路径信息诱导的双层规划模型

为了缓解交通拥堵与提高路网运行效率,建立了路径诱导信息的双层规划模型。上层模型描述信息发布者通过交通诱导信息发布手段优化路网层面的性能函数,下层模型采用效用函数描述驾驶员最优路径选择行为,其决策变量为交通信息类型,从而将交通信息对于驾驶员路径选择行为的影响引入模型中。利用极点搜索算法对一个简单路网的双层规划模型进行算例分析,得出了各种交通信息条件下上层目标函数值。虽然计算结果存在8%~13%的波动范围,但交通拥堵时发布的拥堵消散信息是最优方案,定性信息带来的总体效益要好于指示信息,因此,该模型可行。     

基于路段风险度的城市危险品运输路径优化选择

以减少运输路径沿线发生事故的风险及减少事故发生后对城市交通的影响为目的,利用交通流理论研究城市危险品运输路径的选择问题.首先利用传统风险管理理论对路段发生事故的风险及发生事故后的交通损失进行分析,提出了路段风险度的定义;利用Dial算法对路段的损失幅度进行计算,从而得到各路段的风险度,建立了风险度最小的危险品运输路径选择模型;然后利用传统标号算法设计了该模型的求解方法;最后通过算例分析了路段交通量与其风险度的关系,得出路段的交通量与路段风险度之间的关系.     

动态交通系统最优控制的路径选择模型

在分析各种影响动态交通系统最优控制约束的基础上,依据相关原理,采用数学建模的方法建立了态交通系统最优控制模型,最后给出该模型的主要算法.智能交通运输系统的核心部分为动态交通流分配模型与算法,其基础则为动态交通系统最优控制模型,因此建立用于诱导路径选择的动态交通系统最优控制模型将有助于改善城市日益恶化的交通环境,提升人们的生活质量,同时也为城市规划与管理以及各种交通政策的制定提供理论依据.     

考虑诱导一致性的交通流协同管理模型研究

交通信号控制与路径诱导在时间、空间两个方面共同影响着交通流模式的演变,诱导信息生成与信号控制策略间有强烈的耦合关系,研究两者间的关联关系并使之协同能够提高路网使用效率,改善交通流运行状况.文中从工程应用的角度出发,强调诱导信息的生成必须满足诱导一致性.在此基础上,提出了运行交通流诱导系统的逻辑流程,建立了考虑诱导一致性的VM S诱导系统与线控系统协同模型.