基于AM-LSTM的飞行区航空器滑行轨迹预测与冲突识别

为解决航空器点源定位难以有效预测而引发冲突风险愈来愈多的问题,构建基于注意力机制(AM)和长短期记忆网络(LSTM)的时间序列轨迹预测模型AM-LSTM,预测未来短时间内飞行区航空器的瞬时点源位置;在此基础上,根据航空器型号和滑行航向对其进行轮廓扩展,以航空器速度作为安全距离权重,通过射线法实现轮廓冲突的判定;并以乌鲁木齐地窝堡机场为例进行验证,利用训练完成的轨迹预测模型预测飞行区航空器滑行轨迹,以识别航空器轮廓间的滑行冲突。结果表明:AM-LSTM预测模型能够准确预测飞行区航空器运动轨迹。未来3 s内轨迹位置预测的平均位移误差为1.05 m,轨迹点位置预测精准性可达94.37%,故能在轨迹预测的基础上精确识别滑行冲突风险,有利于保障飞行区的安全运行。

基于时间窗的机场地面保障车辆动态调度

机场各类地面资源的优化配置是机场场面运行优化的核心问题,而机场地面保障任务的调度是其中的关键一环。针对机场地面保障车辆的调度问题,考虑航班延误、提前等情况,构建了双阶段机场地面保障车辆调度模型,并设计双阶段启发式算法进行求解;基于中国某大型机场的实际运行数据,以清水车和食品车调度为例分别进行仿真实验。结果表明:对比先到先服务策略,清水车行驶总距离减少55.31%,食品车行驶总距离减少47.38%;对比传统遗传算法,清水车行驶总距离减少19.31%,食品车行驶总距离减少22.93%;动态调整后,清水车新增总行驶距离1.2%,食品车总行驶距离新增3.2%,均在可接受范围之内。可见,双阶段机场地面保障车辆调度模型能提高大型机场场面运行效率,为机场航班实际地面保障任务调度提供理论依据和决策支持。

机场场道注浆工程设备及工艺研究综述

为明确不同注浆设备及工艺在机场场道注浆工程中的应用进展,归纳了现有注浆设备的分类、组成,分析了不同注浆设备的特点,总结了现有注浆工艺,分析了其工艺流程及其机场工程中的应用现状。综合分析现有研究表明,注浆设备及工艺需根据水文地质条件和工程要求来选择,具有特殊地理地质条件的工程,需要对钻机和注浆泵进行改进,以满足符合工程的需要。注浆技术应用于机场工程中大多数采用压密注浆和劈裂注浆的方式,这两种工艺均能很好地解决道面病害问题。

进港航班滑入时间预测

准确预测进港航班滑入时间对合理调配航班保障资源和提高机场场面运行效率具有重要意义,可有效克服各大机场粗放式预测航班进港时刻的不足,为此提出一种基于机器学习模型的滑入时间预测方法。以首都机场为具体研究对象,分析进港航班滑入时间的影响因素并构建特征集;将线性回归、K-最近邻、支持向量机、决策树、随机森林和梯度提升回归树6种在滑出时间预测方面得到广泛应用的机器学习模型用于进港航班滑入时间预测。研究结果表明:在误差范围±3 min内6种机器学习模型的预测精度均超过90%,表明特征集的构建和模型的选择是有效的;综合预测性能与模型拟合评估结果,梯度提升回归树模型的预测效果最好;在梯度提升回归树模型上场面流量特征的贡献度最大,新引入的跨区特征对预测模型的贡献度超过了大部分传统特征。

基于扩展TPB的客舱旅客非适应性疏散行为影响研究

为了研究客舱旅客非适应性疏散行为对疏散效率的影响及作用机理,引入认知程度、感知风险及感知价值3个变量,基于扩展TPB理论构建飞机旅客非适应性疏散行为意向模型,通过调查问卷收集数据并验证模型可行性。研究结果表明:知觉行为控制、主观规范和行为态度正向影响行为意向,感知风险、认知程度和感知价值间接影响行为意向,感知风险直接负向影响行为意向,认知程度和感知价值对行为意向无直接影响。研究结果可为飞机客舱紧急疏散提出针对性建议。

考虑风向概率特征的航班时刻优化方法

在航班时刻表进行实际运行过程中,风向的变化对航班到达终端区共用航路点的时间造成影响,进而造成航路点的容量过载或容量浪费。因此,根据风向的统计概率对航班时刻进行调整,目的是制定在一定程度上能减少共用航路点的容量过载或容量浪费的航班时刻表。根据风向对离场航班跑道分配的影响提出基准风向的概念,并基于航季中各月份在过去5年间的机场基准风向概率预测了下一年各月的机场基准风向概率,并根据各月的基准风向概率特征进行聚类。在聚类结果的基础上,以风向变化对航路点流量的影响程度为目标函数,建立考虑风向概率特征的航班时刻优化模型,并将ε-约束法与改进粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)结合提出ε-约束(ε-constraint method)-PSO组合算法实现多目标模型的求解,以北京终端区的离场航班为研究对象进行验证。结果表明:相比初始航班时刻表,共用航路点小时流量的最大值减少了12%,在不同基准风向时的共用航路点流量方差分别降低49%和56%;相比线性加权求和的方法,该方法可以实现共用航路点的溢出航班总量减少70%。结果表明:在考虑风向概率特征的条件下,该模型可以在一定程度上使共用航路点的流量更均衡,减少出现共用航路点容量过载或容量浪费的现象,减轻航路点流量受风向影响的程度。

基于LSTM的机场飞行区活动目标潜在冲突预测

针对机场飞行区冲突不断的问题,提出一种基于长短期记忆(LSTM)网络预测机场飞行区活动目标潜在冲突的方法。根据复杂网络理论,以航空器和车辆2类活动目标为研究对象,建立飞行区活动目标网络,设置网络动态演化模型,输入运行数据计算多个网络特征指标,对指标时间序列进行主成分分析,拟合成潜在冲突指数;利用Keras框架搭建LSTM网络模型,将指标时间序列输入LSTM网络进行训练和预测,并与其他预测方法对比;用西安咸阳机场实际运行数据进行实验,将预测值与真实值进行对比,各项指标预测均方误差分别为1.608%、13.126%、0.072%、0.004%、0.014%。结果表明:通过建立飞行区活动目标网络模型,可以用网络特征指标从不同角度刻画潜在冲突;LSTM网络可以有效预测飞行区活动目标网络的潜在冲突,提醒相关人员预防冲突发生,降低冲突概率。

基于多目标狼群算法的机场行李导入系统仿真优化研究

针对民航机场行李导入系统运行过程中旅客行李注入等待时间长、系统能耗高等问题,综合考虑虚拟视窗控制方式、收集带式输送机运行速度、虚拟视窗长度及同时开放值机柜台数量等关键控制参数对机场行李导入系统运行效率的影响,提出一种求解该问题的仿真优化框架。通过分析机场行李导入系统实际运行工况,建立参数化仿真优化模型。以最小化旅客行李注入平均等待时间和系统能耗为优化目标,结合系统设计和运行过程中的实际约束条件,建立该问题的数学模型,并设计了一种多目标自适应并行狼群算法进行求解。该算法针对所提问题特性及经典狼群算法易陷入局部最优和收敛速度慢等不足,提出一种混合整实数单链编码方式,融合反向学习策略生成初始种群,引入自适应游走概率机制和智能行为并行机制,采用局部和全局自适应邻域搜索及启发式保优策略实现狼群算法智能行为搜索,使用Pareto非支配排序进行寻优迭代并获得最优解集。以国内某大型国际航空枢纽机场行李导入系统为例设计不同规模多种算法对比实验,验证了所提方法的有效性和优越性。

基于GRU的仪表着陆系统故障预测方法研究

故障预测技术在保障仪表着陆系统的可靠运行、提高空管效能等方面具有重要应用价值。结合仪表着陆系统运行特征和实际运行维护工作,提出一种基于GRU的仪表着陆系统故障预测方法。以航向信标为研究对象,在分析其监控参数与设备运行状态之间的关系后,将监控参数作为故障特征参数;根据监控参数时间步长、时变性特征显著的特点,采用GRU预测监控参数的未来变化趋势;根据监控参数的隶属函数计算出参数未来时刻可能发生“故障”的概率,实现对航向信标故障的预测。结果表明:基于GRU的仪表着陆系统预测方法的相对预测精度在95%以上。

西南地区某机场跑道中段道面沉陷区的检测与评价

对西南某机场跑道部分区域沉陷变形的情况进行专项调查,找到沉陷区域并评价其严重程度,帮助机场运营管理单位掌握飞行区道面状况。首先将跑道检测区按照沉陷程度分为十个闭合水准线路,分区测量点位高程;再将高程数据与设计数据对比分析,运用Surfer、Matlab软件制图呈现和计算跑道沉陷程度;结合道面纵、横坡坡度的改变判断跑道的适用性。评价结论为跑道沉陷部分体积约2700 m~3,约20%测量区域的横坡坡度不符合要求,为避免沉陷情况加剧,应在道面维护工作上做出相应应对措施。

基于位置误差模型的机场侧向跑道碰撞风险评估

针对侧向跑道相关运行模式下航空器进离场安全间隔问题进行碰撞风险评估。为保证航空器之间的安全运行,对机场侧向跑道运行模式进行分析,计算两跑道航空器之间的动态间隔,并考虑导航误差、速度误差等因素建立位置误差碰撞风险模型。以成都天府机场侧向跑道为例,利用MATLAB软件对航空器间的碰撞风险进行仿真,并进一步得到碰撞风险值与侧向跑道汇聚交叉角度的关系。仿真结果表明:在起降相关运行模式下,当终端区航空器起始水平间隔距离为6 km,侧向跑道交叉角度为90°时,总的碰撞风险为5.14×10^(-9),满足航空器之间安全水平要求,且随着侧向跑道汇聚交叉角的增大,跑道上两架航空器的碰撞风险逐渐减小。

机场场面关键节点风险评估方法

为评估机场场面关键节点风险等级,提出了一种场面关键节点风险评估方法。结合复杂网络指标提取场面关键节点构建网络模型,从时间和空间两个角度选取风险评估指标,构建场面关键节点风险评估模型,探究时间和空间因素对于机场场面冲突热点的影响,对冲突热点区域进行风险等级划分,找出关键冲突热点区域。以深圳宝安机场为例,基于AirTop仿真数据对机场关键节点进行风险评估,结果表明,考虑时空分布特征对机场场面进行风险等级划分,可以更有效更准确地识别热点区域,为机场场面运行安全提供参考。

变暖背景下砾石换填对多年冻土区机场跑道下地温场的影响

受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运行30年内道基温度场进行预测。结果表明,换填使季节最大冻结深度(MSF)增加,且换填对道基下MSF的水平影响范围在道面中心线两侧30 m左右。之后,通过比较不同换填深度(1.5(顶)~3.5(底)、1.5~4.5、1.5~5.5和1.5~6.5 m)的道基温度场变化,发现:换填底部深度达到4.5 m时,MSF变化的速率开始减小。最后,根据IPCC第六次评估报告(AR6)未来100年间不同气候变暖速率模型模拟研究了无换填与不同换填深度下的MSF可能变化。结果发现,到2100年,在SSP2-4.5情景下,未换填及不同换填深度的道基下MSF分别为1.63、1.86、1.84、1.84和1.84 m。因此,利用换填法来减少跑道冻融灾害时换填深度应至少达到4.5 m。同时,应加强漠河机场道基地表水与该跑道区地下水的防排水设施建设与维运。研究结果有助于进一步认识换填对多年冻土和活动层水热状态的影响,可为解决道基冻胀和融沉问题提供重要科学依据。

基于IFC标准的机场道面结构信息模型存储与传递方法

为解决机场跑道系统在全生命周期建筑信息模型(BIM)应用中的信息传递和数据交互问题,将工业基础类(IFC)标准在机场跑道系统进行扩展,建立机场道面结构的IFC实体架构,在此基础上创建面向运维应用的刚性道面板实体,并进行几何信息与属性信息的扩展;提出基于IFC的属性信息添加与传递方法,对信息传递过程中的属性信息丢失率进行分析。研究表明:通过建立IFC标准模型,可以实现机场跑道系统的信息传递和数据交互;采用基础模型族扩展法进行机场道面模型传递的属性信息丢失率高达84.21%;采用IFC解析扩展法首次传递可保证信息不丢失,但二次传递信息存在丢失问题;族模型IFC解析扩展法可实现信息首次传递不丢失,二次传递属性信息丢失率低至16.7%,并且采用不同IFC标准版本对模型传递过程中的属性信息丢失率产生较大影响。应用IFC标准进行机场领域扩展具有较高的可行性,所提的信息传递方法可实现机场道面全生命周期信息传递。研究成果可为机场飞行区新IFC实体的扩展提供支持,为机场工程数字化提供技术参考。

考虑空域时空特性的动态多跑道使用策略优化方法

多跑道机场飞行区运行效率低下会导致空域-跑道系统容流供需失衡,进而造成终端区空域交通拥堵、航班延误现象频发。为提升多跑道机场终端区运行效率,借助全空域与机场模型软件(total airspace and airport modeler,TAAM)建立空域仿真模型,针对不同运行模式动态转换下对终端区交通流走向、扇区开合等空域时空特性的影响进行分析,提出1种考虑不同运行时段内终端区机场走廊口流量配比和进离港流量分布的动态多跑道使用策略优化方法。首先,使用TAAM综合考虑不同跑道运行模式下各扇区内航班流量、高度变更、移交协调及冲突解脱对管制负荷的影响,拟合得出不同跑道运行模式下基于当量航空器架次的各扇区管制负荷函数。以终端区内航班平均飞行时间、平均延误时间及管制员工作负荷为优化目标,建立了跑道使用策略优化模型。设计了1种基于航空器基本性能数据库(the base aircraft data,BADA)的多目标非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),并结合机场实际运行条件在无运行限制、运行方向限制、运行模式限制等5种场景下进行仿真计算。对各场景Pareto最优解集进行评价得出不同场景下最优跑道使用策略,并使用TAAM进行仿真对比验证。结果表明:无运行限制和运行方向限制相较于单一跑道运行模式的航班服务效率提升10.15%,5.01%;管制员工作负荷减少3.91%,3.4%;延误时间减少28.86%,19.46%。

机场道面水平钻孔注浆材料的制备与性能研究

为满足机场不停航施工道面下基层水平注浆工程对材料的需求,开展了复合硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复配试验。制备出符合施工要求的硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥砂浆,并使用维卡仪、截锥圆模、压力试验机等设备研究了材料的凝结时间、流动性、1d抗压强度等。结果表明:硫铝酸盐水泥掺加比例越高,凝结时间越短;水灰比及减水剂掺量对流动性影响较大,同时对其他性能有一定影响。在确认最佳配合比时,经圆柱体强度试件模拟的钻孔注浆和现场试验段重锤式弯沉仪及探地雷达实测结果表明:复合水泥砂浆具有良好的工作性能,道面强度及结构恢复至钻孔前水平,能满足机场不停航施工要求。

考虑候机区拥挤的机场廊桥再分配优化研究

为缓解高峰时段机场候机厅内局地过度拥挤现象,对既有廊桥分配方案进行再优化,构建数学优化模型,以最小化各登机口候机区域客流密度最大值为目标,综合考虑停机位预分配方案、前后航班及相邻登机口航班时刻、候机厅面积等约束,在不影响廊桥利用率的前提下,优化候机区客流时空分布,避免因局地过度拥挤而诱增潜在的管理风险。鉴于模型的计算复杂性,运用遗传算法进行优化求解。实例计算结果显示:算法收敛性能良好;优化后候机区内局地的客流密度峰值下降近50%,候机厅资源利用均衡性明显改善,对应均方差指标降幅超过51%,表明所提方法实现了预期效果,可提升机场运行管理水平和服务质量。

Canny算子+模糊C聚类融合的红外热成像机场道面积水识别方法

为解决基于积水可见光图片处理时,受光照变化影响大、夜晚及恶劣天气下难以成像,或成像图像质量低到无法识别的问题。提出一种利用红外热成像+图像处理技术进行积水区域识别的方法,利用红外成像技术拍摄道面积水图像克服了传统拍照方式受光照条件限制的缺陷,进一步针对红外成像积水边界边缘模糊、边缘温度分布无明显规律的特征,提出基于Canny算子和模糊C均值聚类的红外图像积水边缘检测融合算法,并利用该算法对实拍积水红外图像进行处理分析,结果表明:该算法对模糊边界有良好的提取效果,图像分割结果与人工标注的实际面积误差在7%以内,且利用像素点的比值能够快速、准确地获取积水面积,为湿滑跑道道面状况评估提供量化支撑,为飞机在湿滑道面上的安全运行提供有效技术支撑。

不同季节影响下复合道面力学响应分析

为了研究复合道面在不同季节时的力学响应,以中原地区某机场改造项目为项目背景,借助三维有限元软件,建立了道面有限元模型,分析了复合道面在温度影响下的力学响应,并与机场监测数据进行对比,验证了模型的准确性。研究发现:大气温度所能影响的道面深度范围在0.56 m以内,和大气温度相比,道面面层温度峰值远大于气温峰值;道面内部不同结构层之间温度变化趋势相同,随着道面深度的加深,温度峰值逐渐递减,并且出现时间具有延迟现象;在不同季节,道面在相同机型作用下所产生的变形不同,说明温度对于道面的受力是有影响的,其中混凝土层在冬季时所产生的应变值比夏季所产生的减少约74%,变化比较明显。

机场协同决策的应用历史与研究趋势综述

机场协同决策可以有效提升机场的运行效率,进而提升整个民航运输网络的运行效率。本文查阅并整理了机场协同决策的相关标准、政策文件与研究论文,梳理了机场协同决策的发展历程以及国内外学术界、工业界有关协同决策的研究及应用现状;分析讨论了机场协同决策未来的发展趋势与当前时期协同决策所面临的挑战;基于我国的实际情况,给出了一些机场协同决策的发展建议;总结了机场协同决策的理论与应用价值以及协同决策在我国面临的问题与挑战。本文研究为提升机场与整个航空交通网络的运行效率与经济效益提供了理论支撑和依据。