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。

基于蚁群算法的航空器滑行路径优化

通过对南京机场场面结构建立数学模型,构建南京机场场面结构基线模型,设置现行场面结构、滑行和管制规则,通过有向图的方式,将南京机场地面抽象成节点路段型数学模型.针对已建立的场面结构模型,通过对历史场监雷达数据的综合分析,识别机场场面在不同交通态势下的冲突热点区域,并对这些区域的危险程度进行等级划分.在已有的冲突热点区域基础上,对经过热点区域的滑行路径进行优化,构建航空器的滑行避让和选择机制,建立基于最短滑行时间的滑行路径优化模型,采用改进的蚁群算法对模型进行求解,结合南京机场实际运行情况建立仿真系统,最后通过实例验证了算法的可行性和有效性,增加了机场滑行路径选择的多样性和灵活性,提高了机场的运行效率.

基于碳排放的航空器时空滑行优化研究

航空运输业是碳排放最大的行业之一,随着航空运输业的发展和环境保护管控的加强,航空运输业面临着巨大的环境压力。如何降低航空运输业的碳排放引起广泛的关注。机场场面航空器的滑行产生大量的碳排放,优化航空器的滑行是降低航空运输碳排放的重要途径。此外,为保证航空运输的安全性和高效性,机场场面的航空器滑行需要考虑滑行等待和滑行冲突等因素的影响。针对该问题,本文提出了一种基于碳排放的场面航空器时空滑行优化模型。通过在上层模型决策滑行路径,在下层模型决策滑行时间,上下层交互优化使场面航空器滑行碳排放总量、进场航空器滑行等待时间和航空器滑行冲突最小。为提高模型求解质量,设计一种上下层模型交互优化的迭代邻域搜索算法,引入冲突解脱邻域算子和随机扰动算子来求解该模型。根据广州白云国际机场的实际运行数据验证所提出的模型和算法。实验结果表明:与采用最短滑行策略相比,在避免场面航空器滑行冲突的条件下,所提模型在一个半小时的规划期内可为47架航空器减少971kg航空器碳排放量,占总量的1.8%。该研究可以在提高滑行效率和滑行安全性的同时,提供更环保的滑行策略,帮助航空运输业降低碳排放,提高航空运输的可持续性。

面向冲突避免的航空器场面滑行引导方法

为避免大型高密度机场航空器之间可能发生的冲突,提出了一种基于混杂系统结构的滑行引导方案.建立了航空器滑行连续动力学模型和航空器在滑行道直线段、交叉口运行的离散事件动态系统模型,通过场面运行观测器建立了连续状态到离散状态的映射.采用禁止状态线性不等式约束和禁止状态逻辑互斥约束,描述场面运行模型应遵循的控制规范,并给出满足控制规范的离散控制器设计方法.最后建立了运行模型中可控变迁的使能状态到场面冲突控制策略的映射.通过助航灯光沙盘控制系统的验证表明,该滑行引导方法能及时对可能冲突的航空器采取恰当的控制策略,并实时生成航空器滑行操纵指令,能有效避免航空器滑行冲突.

基于Unity 3D的航空器机场场面滑行三维仿真

为了实现航空器机场场面滑行三维仿真,设计了一种以3DMAX和Unity 3D混合建模完成场面仿真场景构建,以考虑机场管制运行实际和三维视景需求,建立航空器机场场面活动运动学模型,给出了具体的场面三维仿真软件设计思路和实现方法,并通过实例验证了方法的有效性,仿真结果表明:所给方法可支持快速构建场面仿真场景和活动模型,并有效地增强了场景真实感和用户体验性,实现仿真程序和三维场景的实时交互;对于滑行冲突研究具有重要的意义。

基于免疫克隆选择算法的繁忙时刻场面航空器调度优化(英文)

为减少大型枢纽机场拥堵和航空器地面等待,以总调度时间最小为目标,提出了航空器地面滑行调度模型并应用于首都机场航班调度。模型参考经典的车间调度思想,将滑行过程中的3类特殊的场面冲突作为约束条件。针对模型NP难解的特征,设计了免疫克隆选择优化算法求解模型。通过北京国际机场仿真实验表明,相比先到先服务(First-come-first-served,FCFS)策略,本模型将一个高峰时段的航班调度时间减少了13.6min,平均每架航空器的总滑行调度时间减少45.3s,提高了跑道容量和机场运行效率。

基于Unreal Engine的机场航空器跑道侵入三维仿真

为了实现机场航空器跑道侵入三维仿真,设计了一种以3DMAX和Unreal Engine混合建模架构,完成了场面仿真场景的搭建。并综合考虑航空器和车辆的实际运动状态,三维仿真的复杂程度和管制运行的实际情况,建立了航空器机场场面运动模型,给出了详细的仿真场景构建的思路和实现方法,并通过实例验证了模型的有效性,仿真结果表明:所给仿真场景构建方法能快速地构建机场场面跑道侵入场景,能有效增强场景真实感和交互性,对于跑道侵入研究具有重要的意义。

基于云模型的航空器地面滑行错误事件风险分析

为深度分析我国民用航空器地面滑行错误事件,以2018年我国民航收集的444起航空器地面滑行错误事件为样本,分析和总结了航空器地面滑行错误的原因和后果,建立了样本事件风险分析的Bow-tie图。用云模型对航空器地面滑行风险进行评估,得出航空器地面滑行的风险值处在较高风险等级,需采取风险控制措施。在安全风险管理模式中,提出针对性的预防和控制措施,为地面滑行错误事件的预防提供参考。

基于强化学习的航空器机场智能静态路径规划

随着人工智能迅速发展以及"智慧机场"的提出,研究人工智能在机场如何有效地辅助机场管制人员,驾驶员指挥航空器在地面滑行具有重要意义。本文提出一种基于强化学习的滑行路径规划方法,构建航空器机场地面强化学习移动模型,并以海口美兰机场为案例采用Python内置工具包Tkinter进行场面仿真;在此基础上,考虑机场航空器滑行规则,采用Off-Policy中Q-Learning算法求解贝尔曼方程,实现航空器在Modelbased环境中进行静态路径规划。结果表明:本文所提方法能够实现停机位到跑道出口智能静态路径规划。

基于分时段与概率分布的滑行冲突预测研究

航空器在机场场面滑行时,为避免航空器之间发生冲突,需要在滑行前进行冲突预测。根据机场场面交通的实际情况,在以航空器之间距离为冲突预测标准时,提出分时段预测滑行冲突的计算方法;以冲突概率为标准时,假定航空器的实际位置服从二维正态分布,计算任意时刻两航空器之前的冲突风险。结果表明:分时段预测滑行冲突的计算方法能够解决航空器路由规划的优化性和实时性之间的矛盾。

面向节能减排的机场地面运行优化研究

为了减少航空器在地面滑行阶段因等待造成的污染物排放量。在起飞着陆(LTO)循环污染物排放量计算模型基础上,研究了航空器在地面滑行阶段滑行动作类型及对应推力,将研究出的不同滑行动作对应推力值代入LTO循环计算模型,提出了基于滑行动作的航空器污染物排放量计算模型,并以该计算模型为目标函数,以航空器过机场关键节点时间为决策变量,考虑滑行冲突、滑行速度、航空器开始和结束滑行时间3种约束建立航空器场面节能减排滑行优化模型,并利用遗传算法对该模型求解。以哈尔滨机场航班数据进行实例计算,同时借助TAAM仿真软件对机场进行实际运行仿真。通过与TAAM输出仿真数据比较,经过模型优化后污染物排放量总体降低了32.89%,说明通过控制离场航空器推出时间和进场航空器经过其滑行路径关键节点时间可达到节能减排目的。