城市无人机航线飞行间隔与调控频率综合研究

聚焦城市无人机航线飞行,为确保运行安全,需要为无人机配备合适的飞行间隔。面向同航线纵向飞行场景,研究了考虑冲突频率与碰撞概率且符合ICAO间隔制定原则的间隔调控模型。通过研究仅考虑无人机定位误差下的碰撞风险,得到无人机纵向飞行间隔,作为后续间隔计算的基准;通过综合考虑定位误差和速度误差引发的位置不确定性,计算伴随无人机航线飞行进程的碰撞风险。加大纵向间隔会延迟突破安全目标水平的时机,但随着飞行进程的推进,碰撞风险终将突破安全目标水平。基于此,提出了无人机位置调控机制,对2架无人机位置进行定期调控,以消除速度所产生的累积误差。针对某1个指定的安全目标水平,得到了纵向间隔与位置调控频率的关系曲线,发现二者存在博弈关系,实施高频调控,需要采取更小的航线间隔;反之,则需要加大航线间隔。同时,为兼顾城市空间与位置调控能力的双重约束,提出了选取曲率最大值位置的所需飞行间隔与调控频率作为折中方案,发现安全目标水平要求越严格,所需调控频率和飞行间隔越大。实验得到在满足安全目标水平为5×10^(-9)次/飞行小时情况下,所需调控频率为87次/h,所需纵向飞行间隔为90 m;同时在实际运行环境中,应用上述评估模型与方法可以客观选择所需间隔和调控频率。本文研究可以兼顾城市物流无人机空中运行的安全,提高城市空域利用率和派送效率。

京津多机场系统容量损失影响分析

全球范围内多机场系统数量和规模都在不断增长。由于终端区内有限资源的限制,邻近机场的运行存在一定的相关性,这导致多机场系统运行效率低下。为了估计多机场运行产生的限制,以北京终端区为例提出一种统计分析框架对多机场系统的容量损失进行整体分析。首先,根据理论容量模型分别计算出北京终端区各机场的理论容量,并进一步确定各机场独立运行下的实际容量;其次,以北京终端区的历史运行数据为基础,估计出3个机场及终端区系统的具有鲁棒性的Pareto容量包络曲线;最后,基于独立运行容量与相关运行容量量化出终端区各机场及多机场系统的实际容量损失。为进一步提高多机场终端区的运行效率提供建议与参考。

雷暴天气下的多航班备降动态优化方案

空中多次备降极易导致低油量等不安全事件发生.针对区域内多航班集体备降这一问题,选取其中最复杂情况,即航路或终端区存在雷暴天气,首先通过搜集和统计气象数据与历史航迹,得到雷暴天气下飞行限制区的划设标准;然后,将前往备降场方式分为机动飞行与沿航路飞行两类,分别使用A*与改进灰狼-Dijkstra方法开展改航路径规划;先以备降航班飞行总时长最短为单目标,再综合飞行、管制、机场、航空公司等多方期望构建多目标函数,定义动态决策时间间隔,提出一种基于单目标与多目标的区域内多航班备降动态优化方案;最后,使用“8.12”华北运行数据开展仿真验证,在单目标与多目标方案中,面向机动飞行A*算法所得结果分别将飞行总时长减少了100 min和62 min,而面向按照航路飞行的改进灰狼-Dijkstra算法所得总时长分别减少73 min和14 min;并且,在多目标方案中,航班恢复飞往原目的地的时间整体提前了63 min,总成本降低了6.29万元.以上说明,该方案在保证航班备降安全基础上,可兼顾多方需求,提升经济与效率.

基于动态贝叶斯网络的无人机航迹模型研究

为了实现无人机自主冲突探测与解脱,解决航迹预测问题,采用动态贝叶斯网络,构建城市物流无人机航迹模型。通过借鉴经验模型搭建航迹数据变量间因果关系,形成初始贝叶斯网络和动态贝叶斯网络;然后对各变量进行初始化、离散化处理,应用历史数据进行模型训练,生成各子节点变量条件概率矩阵,依照条件概率矩阵动态预测离散值,并对其逆向连续化,并应用运动学方程,将预测航迹数据可视化。研究结果表明:基于无人机航迹模型,结合历史数据进行训练,可以实现无人机航迹生成和预测。研究结果可为无人机冲突探测与解脱算法研究提供参考。

CBTA与OBE理念下的空中交通管理专业培养体系构建

空中交通管理专业是面向航空公司运行控制领域的民航特色专业。针对近年岗位人才显现出的岗位责任与胜任能力间契合度不足的问题,通过对运控岗位现状的分析,结合智慧民航对人才能力的新要求,以基于能力的训练与评估、基于目标导向的人才培养思路,全面梳理了岗位及毕业能力要求,以能力为准绳修订了毕业要求与课程目标。针对支撑薄弱的毕业能力,从专业交叉基础学科入手,提出拓展研究项目等方案,旨在提升人才培养的发展后劲。

一种新的扇区拥挤告警指标及应用

针对我国管制扇区日益繁忙拥挤、空管保障系统的相对落后,扇区流量告警机制尚不健全的现状,在分析和研究美国、欧洲、日本扇区流量告警机制基础上,提出当量流量告警指标的概念;采用MMBB工作负荷评估方法确定不同特征航班对应的当量系数,计算出扇区的当量流量,建立一种新型的扇区流量告警方法;应用算例的结果验证了当量流量告警指标在扇区流量告警工作中的有效性和实用性。

基于航迹误差的空中交通冲突风险计算方法研究

随着我国空中交通流量的日益增加,空中交通冲突现象日益严重,为了量化空中交通的安全性,对航空器之间的飞行冲突风险进行了研究。以冲突过程为研究对象,根据航迹误差服从高斯分布,计算三维冲突概率,结合冲突严重程度,计算冲突风险。以实际发生冲突的两架航空器为例,采用航迹数据进行仿真,该曲线可为管制员提供更好的决策和支持,并验证上述理论的正确性。

用霍尔特-温特斯模型预测航空运输总周转量

引入了霍尔特-温特斯模型对中国民用航空运输总周转量进行预测,首先介绍了该模型的具体预测步骤,然后采用面向对象的软件技术,设计并开发了预测模型软件。该预测模型软件不但可以根据用户设定的平滑系数进行预测,还可以自动计算出预测效果较优的平滑系数,最终对2006年各个月份的中国民用航空运输总周转量进行了较为精确的预测。

基于ADS-B的航迹误差分布规律研究

通过研究航迹误差分布规律,制定合适的航路宽度标准是提高空域利用率的关键所在。基于ADS-B数据对航迹误差分布规律进行了研究。在对A593航路ADS-B数据进行解析的基础上,采用Q-Q(quantile-quantile)图和Jarque-Bera检验法对数据进行正态分布检验,进而运用基于参数估计的统计方法对航迹误差分布进行计算。结果表明,飞机实际位置点与航路中心线的偏差距离符合正态分布规律,为进一步研究基于ADS-B的飞行安全间隔提供了依据。

区域空中交通流量控制研究

运用排队论思想 ,结合区域控制的特点建立了区域流量控制模型 ,分析了郑州区域管制中心实施流量控制的实际效果。研究结果表明 :仅考虑单独区域流量控制 ,将使航班延误的不利影响逐级放大 ;理想的流量控制应该全面考虑所有受影响的区域 ,合理地选择控制时段和控制间隔 ,最大限度地利用空域资源 ,减少航班延误 ,保证空中交通的安全畅通。

五边到场交通态势安全评估研究

为提高五边到场交通运行的安全性,基于客观、合理的评估五边到场交通态势的重要性,探讨空中交通复杂性在五边到场交通态势评估中的应用,并利用基于五边到场交通的复杂性图示方法,画出五边到场交通复杂性图,通过对复杂性图的分析来描述当前五边到场交通态势的安全特征,包括航空器与航空器之间发生冲突的可能性以及到场航空器允许插入五边的时间和位置等。结果表明:五边到场交通复杂性图能客观、准确地评估五边到场交通中航空器与航空器之间潜在的冲突大小,通过五边到场交通复杂性来对五边到场交通态势进行安全性评估是可行的。

基于线性规划的航班备降优化模型研究

目前大型枢纽机场因恶劣天气等临时突发事件引起的航班备降情况日益严重,因此研究其到场航班的备降策略日趋紧迫。针对大型枢纽机场到场航班的备降场分配问题,以备降总时间最小为优化目标,提出基于线性规划的备降场分配模型。通过对危险天气下首都机场真实航班运行数据的仿真计算,验证了该模型的有效性,优化后航班备降总时间减少了9.7%。

基于推出率控制的机场拥挤管理策略研究

当机场产生拥挤或将要产生拥挤时,持续的航班推出滑行势必会造成拥挤程度的恶化,进而增加离场航班在滑行过程中的滑行等待时间。滑行中航空器的发动机是不停歇的,滑行时间的增加意味着燃油消耗增多以及排放物的增加。针对这个问题,提出通过对离场航班的推出率控制来缓解机场拥挤,减少离场航班的滑行等待时间。首先对北京首都机场历史运行数据的统计分析,探索了当前离场航班滑行量与未来15 min进场航班量以及未来15 min起飞率三者之间的规律,提出推出率控制策略及实现方法;然后,设计了推出率的辅助计算程序。最后使用SIMMOD仿真工具对北京首都机场进行建模,并对繁忙时段实施推出率控制。仿真结果显示:通过对离场航班实施推出率控制,选取时段中场面推出滑行量被控制在一个相对较低水平。该段时间内408架次航班平均每架次仅等待了3.3 min,但总的滑行时间减少了63.2 h。

基于调速法的交叉航路冲突解脱时机研究

以同高度层、交叉航路飞行航空器为研究对象,应用运动学知识建立航空器飞行轨迹随时间变化方程,判断任意时刻两机距离与标准安全间隔间关系,预测飞行冲突。基于调速的方法,以调速值最小为目标函数,建立冲突调配模型;并确定调速区间。在此基础上,构建交叉航路夹角与调速时机间函数关系,为扇区内航路规划提供参考。最后以飞往大王庄台的A593和A461两航路航班为例,进行仿真,输出调配距离随航路夹角变化的关系曲线图。

基于熵权和模糊分析的空管运行安全风险评价

随着我国空中交通流量的日益增长,空管运行安全重要性日益凸显,也逐步成为该领域研究热点。引入模糊综合评价理论,基于航空器运行数据,从"静态、动态、其他"三方面构建空管运行安全风险评价指标体系,采用层次分析法和熵权法确定评价指标的组合权重,建立空管运行安全风险的模糊综合评价模型。应用模型对某扇区的安全风险等级进行评估,评价结果与真实情况相符,证明评价模型可行性。

基于航线对象的五边进近调配程序模型研究

针对进近管制飞行密集、潜在冲突多、调配难度大的特点,提出一种智能化的调配程序研究方法。将五边调配程序分解为基本的飞行程序,并引入航线对象的概念,结合五边进近飞行特点建立调配程序的参数模型。通过模型计算得到关键位置点及飞行控制参数信息,同时生成飞行路径,综合全部信息即得到完整的调配方案,能够为实际管制工作提供参考和服务。计算机仿真结果证明了理论方法的可行性。

区域空中交通流量控制建模研究

区域流量控制是区调处理流量控制事件的主要方法。分析了国内外流量管理方法的不同之处,在现有区域流量控制方法基础上提出一种改进的流量控制方法,不同时段针对不同入口实施不同限制,并考虑了区域内机场的起飞航班,采用所述算法得出了具体的控制策略。最后仿真计算了这种控制策略下西安02号扇区的延误情况,并与现有的控制方法进行比较,结果表明改进后的控制策略大大降低了航班延误,具有一点的有效性和实用性。

基于调速法交叉航路冲突调配时机分析

以在相同高度层、交叉航路飞行的两航空器为研究对象,应用运动学知识建立航空器运动轨迹随时间变化方程,判断任意时刻两机间距离与标准安全间隔关系,预测飞行冲突.采用影子调速方法,对一架航空器调速,以调速值最小为目标函数,建立冲突调配模型,确定其最迟调配时间点;在此基础上,构建交叉航路夹角与最迟调配时间点函数关系,得出"交叉航路为锐角且速度调整值一定时,最迟调配时间随航路夹角的增加而减小"这一结论.最后以飞往大王庄台的A593和A461两航路航班为例,进行仿真,输出了调速值、调配时机与航路夹角间三者关系曲线,该曲线可为扇区内航路规划提供参考,并验证上述结论的准确性.

航班延误统计指标体系及延误等级评估研究

针对我国现行航班统计方法存在的缺陷,基于对航班运行全过程以及在此过程中空管、航空公司、机场等单位工作职责的分析,构建了科学系统的航班延误统计指标体系,同时设计了航班延误等级综合评估的模型。上述统计指标体系及评估方法经国内某航空公司实际试用表明,与目前民航所使用的航班正常性统计标准比较,该方法能够更加真实、准确地跟踪航班整个运行阶段的延误状况,较好地反应了航班的实际运行情况,能有效地支持航空公司运行管理部门的延误控制和公司决策层的宏观管理。

基于K-means的空中交通流模式识别

空域系统容量与空中交通态势密切相关。对空中交通态势的精确把握可有效降低当前大流量情况下的空域系统压力、提高管制员有效决策水平。提出了一种基于K-means聚类方法的空中交通流识别方法,有助于清晰把握空中交通整体态势。首先分析了空中交通流特性,然后根据雷达数据统计了主要航段在15 min内飞机架次,聚类识别为多种交通流模式,最后通过计算时段内所有飞机在扇区的总飞行时间,验证了该方法的有效性。