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。     

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.      

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...     

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.     

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.     

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。     

三维空间大气紊流场生成与扩展方法

为了提高飞机穿越大气紊流场时的实时飞行仿真逼真度,提出了三维空间大气紊流场的生成与扩展方法。采用Von Karman模型,在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅立叶逆变换得到三维空间大气紊流场。基于傅立叶变换的复共轭对称特性,生成实的紊流场。在飞行仿真过程中,对预先生成的无因次紊流场进行有因次化,保证紊流场尺度和强度随飞行高度动态变化。运用基于对称扩展的紊流场扩展方法,保证生成的局部空间紊流场有效扩展为大范围连续紊流场。仿真结果表明:生成的三维紊流场在对称扩展前、后均符合Von Karman模型,且与基于紊流场相关函数矩阵的生成方法相比,新算法计算速度快,存储空间需求少,更适于实时飞行仿真。     

飞行冲突解脱与恢复几何模型及管制策略

已知两航空器的三维位置、速度及本机预计到达目标点时间,得出了满足几何最优和机动次数最少、解决飞行冲突并同时保证预计到达目标时间不变条件的多种冲突解脱与恢复模型.仿真计算验证了所得模型的有效性.该模型适用于机载设备及空中交通管制自动化系统.在此模型上经大量仿真,综合出了切保护区边界这极限情况并适合空中交通管制员调配的冲突解脱与恢复管制策略表.空中交通管制员只需考虑一定的安全裕量,这些策略即可应用于在实际管制中.     

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.      

飞行冲突智能调配系统开发

将飞行冲突调配分割成同高度判定、最小水平间隔判定和航向规避3个规模较小的子问题，构造了飞行冲突智能调配系统的拓扑结构及调配流程．引入广义指派的组合最优化算法和人工神经网络控制技术，用VB．net和Matlab进行系统开发．模拟运行表明，该系统可为管理者提供用于防止冲突的智能化方案，包括短、中、长期的计划，以提高飞行管理效率和飞行的安全性．     

采用内点约束的最优冲突解脱方法

在自由飞行中,为了保证任何两架飞机之间的距离不能小于给定的安全间隔,采用内点约束条件和最优控制中的庞特里亚金极小值原理,研究了自由飞行中飞机的控制向量受约束时的平面冲突解脱问题,考虑了只改变速度大小和只改变速度方向的解脱策略。不同的策略具有不同的控制变量,各变量有不同的约束范围。采用极小值原理解得最优控制变量,并由内点约束条件获得解脱开始时间、约束时间及控制变量转换时间。计算结果表明改变速度大小策略的协作解脱耗费是单机解脱的1／10,而改变速度方向的策略在两机夹角过小时单机解脱耗费为协作解脱的1／3。     

基于最优组合赋权的航空公司飞行安全风险评估

飞行安全风险评估是航空公司安全管理系统（SMS）建设的重要组成部分,国内外对飞行安全风险评估工作主要局限于对航空公司飞行系统安全的评价,而对飞行系统安全风险评估方面研究较少,且权重的确定多采用单一的客观赋权或主观赋权,存在一定的局限性。本文在风险评估矩阵的基础上,结合最优组合赋权法和模糊综合评判法,对飞行安全风险进行量化评估,建立飞行安全风险评估指标体系。通过最优组合赋权确定指标体系的权重,利用模糊评判法分别计算指标的风险可能性和严重度综合值,最终得到飞行安全风险评估值。示例计算验证了该方法的可行性、有效性和实用性,该评估方法可以为航空公司SMS建设提供决策支持和理论依据。     

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.     

基于Adaptive Lasso与RF的航班运行风险预测改进研究

为了解决航班运行风险高维数组运算过于复杂的问题,同时为防止模型过度拟合影响预测精度,基于中国民航局发布的风险评估体系,以某航450组真实航班数据为标准样本,首先使用自适应套索算法（Adaptive Lasso）进行降维,从63项风险自变量中筛选出15项独立变量;然后,使用随机森林算法(Random Forest,RF)进行防过拟合处理,结果显示当使用重要度排序前12项变量拟合时,结果误差达到最小值,即得到最终预测指标;最后,构建Adaptive Lasso和RF的二阶段混合模型,同时选取主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、径向基函数(Radial Basis Function,RBF)网络、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)3种对比方法,使用十折交叉验证精度.结果表明：Adaptive Lasso方法在筛选掉48项指标后,结果精度未见下降;经RF处理后4种方法评估精度均大于未处理前;Adaptive Lasso-RF混合模型的预测准确率和稳定性均优于PCA、RBF神经网络和SVM等方法.综上说明混合模型实现了有效降维和防过拟合,可大幅提升预测精度,用于解决航班风险预测问题可行并有效.     

基于航班延误的机位冲突概率计算方法

为了定量描述航班随机延误对机位分配计划的影响,构建了同机位航班占用时间发生冲突的概率计算方法。首先,基于国内某机场实际航班数据,建立了航班到达延误概率的正态分布模型和起飞延误概率的混合正态分布模型,采用极大似然法和期望最大化（Expectation Maximization,EM） 算法分别对模型参数进行了估计;然后采用JB （Jarque-Bera） 检验和交叉验证法,验证了模型的有效性。在此基础上,根据机位占用冲突机理推导出同机位连续航班间的冲突概率计算公式,量化了同机位连续航班的冲突概率与两航班的延误规律和间隔时间的关系。冲突概率可用于评价机位分配计划中同机位连续航班间隔时间设置的合理性。