考虑环境影响的自由航路空域无冲突飞行规划

为降低民航客机在自由航路空域飞行时排放的碳与尾迹云对环境的影响,首先建立基于飞行剖面的四维航迹模型与冲突识别模型;其次建立多目标综合成本模型,包括飞行时间、燃油消耗、碳排放、尾迹云成本、综合成本计算模型;之后建立自由航路空域中的冲突解脱模型,采用多参数组合编码对飞机进入自由航路空域的入口点、实际进入空域时刻、实际进入空域速度进行优化计算,并通过基于精英保留的遗传算法实现无冲突飞行规划;最后以典型空域为例进行仿真验证。结果表明,对比传统的延迟进入空域时刻方案,多参数组合优化方法能在有效解脱空域内飞行冲突的基础上减少3.97%飞行时间、15.00%燃油消耗、13.83%碳排放、100%尾迹云成本或14.60%综合成本。

自由航路空域的出入口位置布局优化

针对自由航路空域出入口的位置布局优化问题,建立自由航路空域边界与出入口的空域限制条件模型,并以航班加权距离偏差为目标,建立给定出入口数量下的位置优化模型,采用基于精英保留的遗传算法求解,并选取欧洲某典型空域进行分析。研究表明:经过对空域原出入口进行位置的优化,航班加权距离偏差占大圆航线的比重较实际飞行减少了5.4126%;同时,出入口数量对航班加权距离偏差有重要影响,当出入口数量达到空域外起点与终点数量乘积的50%时,可以达到大圆航线飞行的效果。

基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模

针对航空器自主运行模式的空中交通运行态势评估问题,本文重构了基于分布式空中交通管理系统的空中交通复杂性评价方法,并仿真验证了该方法在航空器冲突探测和自主航迹规划中的应用。首先,基于自由航路空域和航空器自主运行模式定义了空中交通复杂性,在通过三维空域栅格模型量化航空器时空位置的基础上,构建复杂度计算模型以反映航空器位置、航向、航速对空域各栅格的实时复杂性影响;其次,基于实际管制扇区(ZSSSAR01)及高度层,分别模拟自由航路与固定航路运行模式,对比两者空中交通复杂度时空分布差异;并结合自由航路运行模式,在空中交通复杂性与航空器冲突指标(冲突率、冲突比例)相关性分析的基础上,研究空域复杂度阈值确定方法;最后,初步探究基于空域复杂度阈值进行航空器自主航迹调整的方法,评估其运行效果。仿真实验结果表明:自由航路运行模式相对固定航路运行模式可显著降低空域最大复杂度值(平均降幅119%);模型计算得到,空中交通复杂度与空域中航空器冲突指标有强相关性(相关系数大于0.90);基于复杂度和复杂度阈值的航迹调整策略具备一定可行性。