Analysis on Potential Conflict Frequency of Intersected Air Routes in Terminal Airspace Design

In order to obtain accurate conflict risks in terminal airspace design,the concept and calculation model of potential conflict frequency for intersected routes are proposed.Conflict frequency is represented by the product of horizontal conflict frequency and vertical conflict probability.The horizontal conflict frequency is derived from the probability density distribution of conflicts in a period of time.Based on the recorded radar trajectory data,the concept and model of ROUTE distance are proposed,and the probability density function of aircraft height at a specified ROUTE distance is deduced by kernel density estimation.Furthermore,vertical conflict probability and its horizontal distribution are achieved.Examples of three intersected arrival and departure route design schemes are studied.Compared with scheme 1,the conflict frequency values of the other two improved schemes decrease to53% and 24%,respectively.The results show that the model can quantify potential conflict frequency of intersected routes.

基于相对熵逆强化学习的飞行冲突解脱方法

针对航路上的飞行冲突解脱问题,提出了基于相对熵逆强化学习的飞行冲突解脱方法。首先基于相对熵的逆强化学习算法从历史飞行轨迹数据中学习隐含的管制员先验知识,并以奖励函数的形式进行量化表达。然后,将奖励函数引入基于深度强化学习的冲突解脱模型,以指引训练模型不断向与管制员解脱方案相似的方向更新。试验结果表明,解脱模型能够学习管制先验知识,且在测试集中冲突解脱率超过73%。研究对于减少管制员工作负荷和提升空中交通管制安全性有借鉴价值。

基于冲突点到达时间的航空器自主间隔控制律

在航路巡航阶段将部分间隔保持责任由管制员移交给飞行员,可在降低管制负荷的同时提升空域安全运行效率。针对新一代分布式空管模式,本机航空器基于交叉点到达时间将存在潜在冲突的目标航空器作为间隔控制目标机,构建交叉冲突中分别基于时间与空间的指定间隔值的自主间隔控制模型;以调整航空器机动飞行的校准空速作为航空器的自主间隔控制策略,通过控制本机航空器校准空速实现对两航空器间隔的有效控制。设置水平交叉冲突场景进行仿真对比实验,仿真结果表明了所提间隔控制策略用于分布式自主间隔保持的有效性及实用性。

STPA和CREAM方法在飞行冲突调配人因差错研究中的应用

为了研究管制员飞行冲突调配的人因差错问题,进而有效评估管制员解决飞行冲突的可靠性,以保障空中交通的安全运行,提出系统理论过程分析(System Theoretic Process Analysis, STPA)与认知可靠性与失误分析方法(Cognitive Reliability and Error Analysis Method, CREAM)相结合的人因可靠性分析方法。首先,通过STPA方法构建系统控制模型,识别不安全控制行为(Unsafe Control Action, UCA)以及致因因素,找到管制员在调配飞行冲突过程中可能存在的差错行为;其次,基于CREAM扩展法对管制员的差错行为进行定量分析,得到管制员调配飞行冲突的人因失误概率。研究显示:使用该方法能够系统、全面地识别出管制员在调配飞行冲突过程中出现的差错行为,进而计算管制员飞行冲突调配的人因失误概率。实例分析表明该方法可以预测管制员在飞行冲突调配过程中的人因失误概率及可靠性,为管制员人因可靠性分析提供了新思路。

空中交通冲突调速最优解决方案

针对空中交通冲突的探测和解决问题,作者提出了调速的解决方法,进而提出飞机运动简化模型并在此基础上讨论了最优解的问题.对于多飞机的情形,作者也进行了讨论.最后,作者还讨论了不能应用调速的情形并且提出了改进的办法.

基于交通结构的空中交通复杂性建模

为改进航空器计量方法在评估交通态势复杂度时的局限性,本文建立了一种空中交通复杂性评估模型.基于空中交通的结构因素,模型构建了距离因子和冲突因子,能够反映航空器之间的相对距离与航迹交叉作用对于复杂性的影响.针对广州区域扇区进行的交通复杂性指标评估结果表明:航空器数量的变化会引起目标空域交通复杂性的变化,但后者对前者的响应并非完全同步;两者的变化程度不完全相同,且变化趋势可能相反.对相应交通态势的回溯和分析表明,相比基于航空器数量的评估方法,交通复杂性指标能够更加客观地反映空域状态的变化特征.

3维坐标系下的飞行冲突探测算法

冲突探测是空中交通管理的主要辅助决策工具。针对中国空中交通管理发展过程中面临的飞行冲突问题,提出了3维坐标系下的飞行冲突探测方法。首先根据飞行轨迹的特点提出了按时间整合航路段后求解冲突概率,以提高连续求解冲突概率的效率;其次,算法中考虑了自由飞行中高度层变化的飞行冲突情况。使用MonteCarlo方法进行大量仿真实验,分析了轨迹误差、精度参数对冲突概率值及虚警的影响。实验结果证明了算法的有效性和实用性,具有较好的参考价值。

空中交通管制中改进型冲突探测算法研究与应用

航路区飞行中的冲突探测由于误差的存在,决定了只能采用基于概率的冲突探测算法。文章对基于布朗运动的二维冲突概率算法进行了仿真分析,得出各种因素对冲突概率的影响效果。在此基础上对算法进行了三维扩展,给出了实际应用的流程。该改进型算法已经实际应用于空中交通管制指挥监测系统(ATCCMS)中,运行结果表明改进型算法是满足有效性和实时性要求的。

基于飞行姿态的潜在冲突预警算法

将冲突探测与飞行器的飞行姿态联系起来,将不同飞行姿态的不同取值标准应用于当前位置告警检测及高度与水平间距预测的预推算法中,使得飞行器的飞行冲突探测算法更加合理、准确。算法在实际飞行检验中,取得了较好的效果。

面向4D航迹运行的飞行冲突混杂系统理论监控方法

为实现未来大流量、高密度、小间隔条件下的空中交通管理,提出了一种避免飞行冲突的混杂控制系统结构。首先依据不同飞行状态下的航空器运动学方程建立被控对象模型,依据空中交通管制规则确定了禁止空中交通系统轨迹穿越的冲突超曲面,并通过设计监控器辨识潜在的冲突事件。然后基于管制员可采用的调配手段设计飞行冲突离散控制器,根据离散冲突事件向量确定可行的离散解脱策略,并在允许解脱时间段内且系统超曲面函数值的差分为负的前提下计算连续操纵输入量。案例研究表明,混杂系统理论模型能对潜在冲突进行实时探测和解脱,保证空中交通系统处于可达集的安全子集中。

空中交通管制自动化系统中飞行冲突概率解析算法的应用

由于空中交通管制指挥监测系统（ＡＴＣＣＭＳ）中航迹预估的不确定性，以它为基础的冲突探测就必须采用基于概率的算法。文中介绍了一个实用的求解冲突概率的解析算法，并用蒙特卡洛方法对它进行了验证，然后对飞行冲突概率的特性做了分析研究，描述了冲突概率应用于冲突报警和冲突求解的基本思想。

基于混杂系统理论的无冲突4D航迹预测

为增大空域容量,在战略航迹规划阶段,设定航空器爬升、下降和平飞3个飞行状态和7组高度和速度参数规划航空器4D航迹.基于不同航段的航空器动力学模型,采用混杂系统理论,建立了不同航段之间的状态切换模型,以及同一航段内航空器质量、空速、高度和航程连续变化的航空器运行状态演化模型.通过调整航空器到达时刻和飞行速度,规划了多航空器无冲突4D航迹.算例仿真结果表明,在满足航空器性能约束的前提下,用混杂系统递推法规划的航空器起飞4D航迹计算时间在3 s以内;这两个模型准确反映了航空器在水平剖面和垂直剖面内的飞行状态变化;本文提出的航空器无冲突航迹规划方法是有效的.

自由飞行中冲突解脱的线性规划法

为了避免可能的冲突 ,任何两架飞行器之间的距离不能小于给定的安全距离 ,采用线性规划的方法研究了同一空间中自由飞行的几架飞机之间的冲突解脱问题。提出了两种不同的解脱方案 :第一 ,只允许速度变化 ;第二 ,只允许航向角变化。考虑到旅客在旅途中的舒适程度 ,选取的目标函数要使上述改变量最小。针对两种方案分别列出了线性限制公式 ,从而找出最优的解脱办法 ,实例验证了该方法的可行性。

基于冲突回避的动态滑行路径算法

为解决机场场面航空器滑行路径分配问题,在时间依赖最短路径算法的基础上,提出了基于冲突回避的动态滑行路径分配算法.根据机场场面交通的实际情况,定义了3种不同类型的滑行冲突以及航空器的滑行优先级.给出了在不同类型冲突和不同滑行优先级情况下的滑行道时间延误函数.仿真实验表明,当跑道运行飞机达到32架次/h时,与固定路径相比,动态路径运行的航空器平均滑行时间减少了3 min/架次,航班延误减少了3.5 min/架次.

基于粒子群算法的飞行冲突解脱问题

自由飞行可有效解决航线日益加剧的拥挤问题,但同时也增加了管制员管制监控的难度,从而使飞行冲突探测和解脱成为自由飞行的关键问题。粒子群算法(particle swarm optimization)是一种群智能优化算法,尝试将其应用于飞行冲突解脱问题,构造了适合飞行冲突解脱问题的粒子表达方式,建立了冲突解脱问题的粒子群算法,成功解决了飞行冲突,并将其运行结果与遗传算法结果作了对比试验。实验结果表明,粒子群算法是求解飞行冲突解脱问题的一个较好方案。

飞行计划冲突预探测算法研究

对飞行计划冲突预探测进行了彻底的研究,给出了相应的预探测算法。在对各种冲突类型进行研究的同时,针对航迹交叉时横向间隔的冲突探测——预探测中最困难的问题,给出了相关的探测模型,结合严密的数学理论推导,得出相关的求解公式,全面地解决了该问题。当冲突存在时,该算法确定地给出冲突时间段和冲突的航路段。实践表明,该算法是非常有效的。

基于高斯积分的航空器冲突概率计算方法

为推进新一代空管系统冲突探测技术的应用,保障航空器飞行安全,首先,通过分析现有概率型冲突探测算法的计算难点,构建改进的冲突概率模型;其次,利用勒让德（Legendre）多项式递推公式及牛顿迭代法,实现任意点数高斯-勒让德（Gauss-Legendre）积分的求解,进而通过高斯求积公式计算该模型的冲突概率;最后,仿真模拟相向飞行、交叉飞行以及转弯飞行3种相遇模型,验证该冲突概率计算方法的普遍适用性。结果表明：该方法可以精确估计向前看时间段内航空器之间的冲突概率,积分点数越多,计算精度越高;与扩展区域近似法及蒙特卡罗（Monte Carlo）方法相比,较少点数的冲突概率计算方法有更好的计算精度与效率。

多目标遗传算法在飞行冲突解脱中的应用

针对自由飞行中飞行冲突解脱问题,利用遗传算法具有的并行性、鲁棒性强等特点,提出了一种能够快速进行飞机航路寻迹、优化的多目标遗传算法。通过建立双染色体对的方法,提出了一种并行调整飞机航向和速度的冲突解脱策略,有效地克服了单独改变航向或调整速度的局限,提高了航迹规划的适用性。仿真结果表明,该算法有效地解决了飞行冲突问题,解脱轨迹符合现实飞行操作规范,满足航路规划的快速性、安全性等要求。

飞行冲突解脱与恢复几何模型及管制策略

已知两航空器的三维位置、速度及本机预计到达目标点时间,得出了满足几何最优和机动次数最少、解决飞行冲突并同时保证预计到达目标时间不变条件的多种冲突解脱与恢复模型.仿真计算验证了所得模型的有效性.该模型适用于机载设备及空中交通管制自动化系统.在此模型上经大量仿真,综合出了切保护区边界这极限情况并适合空中交通管制员调配的冲突解脱与恢复管制策略表.空中交通管制员只需考虑一定的安全裕量,这些策略即可应用于在实际管制中.

蚁群算法在解决空中交通飞行冲突中的应用

本文主要研究了蚁群算法在解决空中交通冲突问题中的应用。首先对空中交通冲突解决问题的研究背景以及研究现状进行了系统的概述,随后建立了相关的数学模型,将空中交通飞行冲突问题转化为有约束的非线性整数规划问题,并设计了基于蚁群算法的求解思路。最后的仿真计算证明该方法在较短时间内能提供多种不同的有效的冲突解决方案。