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。

切入场景下基于碰撞风险聚类的改进车速预测方法

切入工况的高精度车速预测是保证自动驾驶切入安全的关键依据。为提高自动驾驶汽车切入工况安全,开展了基于车车耦合风险聚类的切入场景自车速度高精度预测方法的研究。首先,依据实验所得自然驾驶数据进行车辆切入切出片段提取,使用K-means方法依据碰撞风险与加速度关联特征进行聚类分析。其次,基于支持向量机(SVM)模型,对切入切出工况车车交互状态进行在线识别,对切入危险工况进行实时预测。最后,提出基于自回归综合移动平均(ARIMA)模型的改进车速预测方法,结合在线识别结果进行车速在线优化。仿真结果表明,所提出的基于碰撞风险聚类的改进ARIMA车速预测方法对提高切入安全效果明显,较传统的预测方法车辆的碰撞风险降低了10%~20%。研究结果表明,ARIMA模型的改进车速预测方法对提高自动驾驶车切入安全具有重要的研究意义。

基于改进Event模型的通用航空器碰撞风险分析

随着通用航空的发展,空中交通流量将持续扩大,航空器碰撞风险增加。对Event模型进行改进,将拼接四棱锥碰撞盒代替原长方体碰撞盒,曲面间隔层代替平面间隔层,建立通用航空器碰撞风险模型。最后将塞斯纳172及运5B通用航空器作为实例对所建模型进行验证,结果表明,在两组均采用广义帕累托分布的条件下,改进后Event模型碰撞风险值分别为改进前的31.65%、14.98%,碰撞风险值较改进前大大减少,结果精度更高,能更好地评估交叉航路碰撞风险。

低空任务空域内建筑物与无人机碰撞风险概率研究

为研究无人机低空运行时与建筑物的碰撞风险概率,基于二维矩阵模型的ABC分类法将低空空域分为A、B、C三层,建立类胶囊型无人机碰撞盒,并建立无人机与建筑物的碰撞风险模型。通过蒙特卡洛模拟统计不同低空任务空域环境内无人机与建筑物的碰撞风险概率,系统的分析仿真结果,证明该模型具有可行性。当改变任务空域范围或机型尺寸、巡航速度、建筑基地使用面积以及建筑物高度时,建筑物与无人机的碰撞风险会随着改变,且两者具有正比关系。

基于道路监控的高速公路作业区碰撞风险预警

为了更及时地掌握高速公路作业区车辆碰撞风险态势,提出基于闭路电视监控的作业区碰撞风险预警方法.采用计算机视觉技术进行车辆检测、坐标转换和车辆3D形态估计,获取作业区交通流和车辆信息.以改进事故时间指数(ITA)为上游过渡段的碰撞风险量化指标,依据警告区起点的交通流特征,实现上游过渡段的碰撞风险预测.通过集成一维卷积神经网络(1D CNN)、长短期记忆网络(LSTM)和注意力机制,构建基于1D CNN+LSTM+Attention (CLA)框架的碰撞风险预测模型.结果表明:所提数据采集方法满足碰撞风险预测的需求.相较其他冲突指标,ITA在风险量化中具有更适宜的敏感度.相较LSTM和1D CNN+LSTM,基于CLA的预警模型准确度更高,其拟合优度确定系数和均方根误差分别为0.805和0.359.所提方法能够提前90 s为作业区提供碰撞风险预警.

异质车型影响下智能汽车二维碰撞风险预测

行车碰撞风险的准确预测是保证智能汽车安全行驶的关键,但目前评估方法鲜有考虑异质车型风险差异性及横纵向二维风险耦合。为此,本文首先挖掘异质车型驾驶人的行为规律,解析车型对驾驶人风险敏感度的影响;其次,辨识获得不同车型组合的异质风险阈值,利用二维指标量化交通风险差异性;最终提出考虑车辆类型的二维碰撞风险耦合预测模型,并通过对比验证模型的准确性。该研究有助于提升智能汽车的行驶安全性,且可为人类驾驶汽车的碰撞预警系统开发提供理论依据。

遥操作机器人的碰撞风险量化与力反馈避障

针对传统碰撞风险量化考虑因素不全导致遥操作机器人碰撞情况量化结果不精确的问题,提出一种新的碰撞风险量化模型。该模型不仅考虑距离因素,还考虑速度和外部环境等间接因素对碰撞的影响。将碰撞风险应用于力反馈避障模型中,通过主手向操作者提供虚拟力来感知环境中的障碍物,从而控制机器人避开。采用位置-速度映射搭建主从控制系统,对提出的碰撞风险量化模型和力反馈避障模型进行验证。结果表明:所提出的碰撞风险模型能正确反映机器人的碰撞情况,并且操作者能根据主手提供的反馈力控制机器人避开障碍物。

大雾天气船舶碰撞风险激光雷达识别算法设计

大雾天气显著降低了能见度,使得激光雷达信号受到严重干扰,难以准确提取船舶信号变得困难。同时,船舶的动态变化导致边界识别困难,导致船舶碰撞风险识别精度较低。因此,提出大雾天气船舶碰撞风险激光雷达识别算法设计。在大雾天气条件下,对激光雷达信号预处理,得到高精度船舶信号,对得到的船舶信号数据基于尺寸信息执行边界运算,以获取船舶边界数据以及靠近速度,并以此作为船舶碰撞风险识别指标。依据隶属函数,结合风险识别指标建立判断矩阵,通过碰撞危险度量化,归一化处理及去模糊化运算,得出船舶碰撞风险等级。依据平均碰撞风险识别目标船舶整个航程的风险等级。实验结果表明,该算法对船舶碰撞风险识别精度高,整体性能强。

基于3D蒙特卡洛的TCAS告警下的碰撞风险评估

对于同时拥有运输和飞行训练任务的单跑道机场,运行过程中常出现为了避免与运输航班发生冲突而延长训练机三边的情况,从而导致运输机的交通碰撞避免系统(TCAS)产生TA告警。提出了一个3D碰撞风险评估模型来评估此场景下两机的碰撞风险。建立了飞机位置预测模型,使用蒙特卡洛方法得出飞机在每一时刻的位置分布;根据TCAS系统定义建立了TCAS碰撞模型;最后,统计训练机的蒙特卡洛样本进入TCAS碰撞模型的次数,对飞机间的碰撞风险做出评估。结果表明:三边航线与跑道间的侧向间距不小于2037 m时,两机触发TA告警后,两机可以分别沿三边以及五边继续飞行。在后续的飞行过程中,两机的碰撞风险小于ICAO规定的1×10-7次/h,满足安全目标水平。

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1.147×10-7;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.

近距平行跑道配对进近纵向碰撞风险安全评估

近距平行跑道实施配对进近可有效提高繁忙机场终端区容量,解决拥挤问题。为保证配对进近安全运行,研究其纵向碰撞风险,基于定位误差分布和尾流避让要求,考虑配对进近2架飞机的运动过程和时间因素,建立近距平行跑道配对进近纵向碰撞风险评估模型,并给出模型中相关参数的计算公式。最后通过Matlab软件对一算例进行仿真计算,以验证模型的合理性。结果表明:随着时间的增加,配对进近2架飞机间的纵向碰撞风险不断增大,当前机到达跑道入口时,风险达到最大。

基于CNS性能的平行航路纵向碰撞风险评估

为了研究通信导航监视(communicatio,navigation and surveillance,CNS)下的定位误差和纵向碰撞风险及其影响因素,在Reich模型的基础上,分析通信、导航和监视误差,推导出平行航路纵向重叠概率的计算公式.据此建立了基于CNS性能的平行航路纵向碰撞风险评估模型.算例表明,所给定的平行航路在RCP400、RNP10和RSP20条件下,碰撞风险为3.0×10-10,达到国际民航组织安全目标水平的要求.评估模型是可行的.

近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险评估

为研究近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险及相关参数对碰撞风险的影响，首先分析飞机位置误差的影响因素；其次基于配对进近的2架飞机实际运行过程和尾流避让的要求，考虑侧向误差概率密度函数截断补偿系数，建立近距平行跑道配对进近侧向风险评估模型；然后计算不同实际导航性能（ANP）条件下的侧向碰撞风险值；最后编制ANP数值表，并建议配对飞机速度差不超过7．5m／s，初始安全间隔为1000～1200m。结果表明，后机采用进近偏角可以有效降低对ANP的要求；大风速时，侧向碰撞风险对风向更敏感。

基于EVENT模型的垂直间隔碰撞风险研究

空中交通流量逐年快速增长,迫切需要提高空域容量和空域利用率,缩小间隔标准可以快速有效地缓解流量增长和减少延误,因此必须研究不同间隔标准下的碰撞风险,从而确定缩小间隔标准的安全性。建立了基于EVENT的垂直碰撞风险模型,推导出了相应的计算方法;并运用该模型分析了垂直间隔对碰撞风险的影响。结果证明,高空空域缩小垂直间隔标准后的碰撞风险满足安全目标等级的要求,而且随着流量的增长,缩小垂直间隔标准后的碰撞风险在最近15年内保持稳定的安全水平。

空间碎片碰撞风险评估系统

为了评估航天器遭遇空间碎片碰撞风险,基于GUI技术自主开发了一套空间碎片碰撞风险评估系统(MODRAS).并以特定轨道航天器为应用实例进行了风险评估,得到了空间碎片通量分布、航天器暴露面积、航天器遭遇的碰撞数等数据.结果表明,航天器遭遇空间碎片碰撞的概率与其运行轨道高度、倾角以及碎片大小等参数有关;改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.

交叉航路航空器碰撞风险评估

在与经典的Reich模型进行比较后,对一种基于事件的交叉航路航空器碰撞风险模型进行了改进,补充考虑了处于平飞阶段的航空器因在垂直方向上相对运动而导致的碰撞风险.分析了其水平碰撞概率较Reich模型所得结果保守的原因,采用蒙特卡洛仿真的方法产生了两架航空器之间的相对位置误差数据,针对多个概率分布模型进行了拟合,比较了不同概率分布模型对航空器碰撞风险的影响.结果表明:代表严重误差的尾部数据直接决定了航空器碰撞风险,但因为其数据较少,所以除广义帕累托分布外,其他分布都不能很好地对尾部数据进行拟合.

基于Event的侧向碰撞风险改进模型

Event模型是一种基于长方体碰撞模板的碰撞风险评估模型,用该模型评估所得的碰撞风险概率过于保守。将碰撞模板改为圆柱体,建立了基于碰撞圆柱体的Event模型。在相同条件下运用Event模型和改进的Event模型对平行航路的侧向碰撞风险进行了评估计算,后者的碰撞风险是原Event模型碰撞风险的86.9%,仿真结果表明改进模型碰撞风险评估更精确,能够为中国平行航路的开辟进行安全评估计算提供理论依据。

基于布朗运动的自由飞行下碰撞风险研究

自由飞行是解决空域拥挤的有效方式,为保证飞行安全,对自由飞行下的碰撞风险进行研究。首先,假设自由飞行下飞机的定位误差服从正态分布,在平面直角坐标系内,建立2架飞机水平投影面和垂直投影面的随机运动学模型;其次,当2架飞机在2个投影面上的相对运动距离同时小于最小安全间隔时认为碰撞发生,据此建立飞行碰撞风险模型,并利用欧拉(Euler)方法求解;最后,通过Matlab对一算例进行计算,得出碰撞风险概率。将计算结果与实际安全目标等级对比,验证该模型的合理性。

基于ARMA预测模型的交叉口车辆碰撞风险评估

车辆进入交叉口前的速度时间序列可用于预测车辆进入交叉口后若干步数速度值,利用车速预测值推算冲突方向车辆在交叉口内的行驶位移及其车间距离,可评估车辆发生碰撞的风险.针对交叉口附近车速分布符合随机序列特征,采用自回归滑动平均(ARMA)理论进行车速时序预测建模,步骤包括时序数据相关性检查、模型p-q定阶、解析式系数估计、适用性检验.试验结果表明:利用实测车速中的前40个时序数据建立ARMA模型,预测出的20个车速值与实测值贴近,冲突方向两车车速归一化平均绝对误差分别为0.006 56和0.003 4;利用全部60个实测数据建立预测模型,检测预测值残差自相关函数发现其绝对值均小于0.258 2,表明所建车速预测方法适用.

基于模糊随机微分方程的自由飞行下碰撞风险研究

自由飞行是解决空中交通拥挤的一种有效方式,所以对自由飞行环境下碰撞风险进行研究尤为重要。考虑通信导航与监视(CNS)系统性能、人为因素和防撞系统性能对飞行碰撞的影响,利用随机微分方程方法建立自由飞行下碰撞风险模型。引入以上3种随机因素过程强度的模糊集,最后建立微分方程的Runge-Kutta快速解法。算例结果表明,碰撞概率的值随最小安全距离的增大而减小,验证了模型的可行性。