空中交通基于四维轨迹运行概念及其应用

基于四维轨迹运行是促进空中交通各参与方协同决策和提升空管运行效率的系统性解决方案。从顶层概念着手,分析了基于四维轨迹运行对当前空管运行的能力提升,总结了国内外的研究进展与实践。从空管系统角度提出了实施基于四维轨迹运行需解决的关键技术,并分析了典型应用场景,以期为我国在该领域的总体规划、顶层设计和系统建设提供参考。

终端区4D飞行轨迹预测与冲突预警

为提升终端区飞行轨迹预测精度,实现航空器短时冲突预警,建立一种基于孪生支持向量回归的终端区4D飞行轨迹预测模型。对历史飞行轨迹应用重采样算法,降低轨迹数据规模;利用墨卡托投影将轨迹点经度、纬度与高度化为x-y-z坐标,采用孪生支持向量回归算法学习预测模型,实现短时航空器飞行轨迹动态预测;计算两架航空器水平、垂直距离,建立航空器冲突预警指示函数;对孪生支持向量回归算法进行超参数灵敏度分析,分析各超参数对模型预测效果的影响。根据机场真实数据进行仿真实验,证明:基于孪生支持向量回归的4D飞行轨迹预测模型能够准确捕捉航空器运动趋势,且泛化能力强;所提模型x-y-z坐标预测均方根误差是BP神经网络预测结果的32%、35%和61%,单次预测计算用时减少约0.13 s。

空中交通基于时间运行技术研究

终端区是航空网络运行的瓶颈区域,当前基于位置的管制模式使得航空器在终端区内易产生盘旋或者机动行为,降低了飞行轨迹的可预测性和整体运行效率。为提升航空网络的运行效率,国际民航组织在下一代航空运输系统发展规划中明确提出了基于轨迹运行的全新理念。文章针对基于轨迹运行中的基于时间运行核心能力,研究并设计了基于时间运行的实现方法,并介绍相关原型系统的构建情况,为我国民航运行模式的转变奠定技术基础。

危险天气下4D改航回归航迹规划方法

为解决航班因危险天气临时绕飞导致的航迹冲突问题,提出一种面向航迹运行(TBO)的4D改航回归航迹规划方法。首先,根据航空器性能限制,栅格化空域,使用蚁群算法与轮盘赌法,以改航路径最短为目标,生成三维空域内危险天气下的改航路径;然后,提出航迹回归概念,根据预计到达时间(ETA)计算改航速度,对齐时间得到4D改航航迹;最后,以我国中部某主要航段为运行场景,选取3个航迹回归点,采用“调速+等待”策略,计算避让危险天气的三维可行航迹,以燃油消耗与排放成本的计算结果与改航航迹产生的冲突为参考,评估各改航方案。结果表明:当选择最晚回归点时,改航方案3燃油消耗为5.9 t,温室气体排放量为26.3 t,是3种方案中消耗最少的,但需解脱冲突2次;选择最早回归点的改航方案1未与其他航班出现冲突,但燃油与排放相比方案3增加0.1%和0.2%。以上结果证实,该方案可实现危险天气下选取不同回归点时的4D改航回归航迹规划。