任务耗时不确定的飞机过站保障车辆调度

作者： 朱新平   徐海瑶   王少杰   来源： 南京航空航天大学学报 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 集中式调度   交通运输规划与管理   空中交通   单亲遗传算法   飞机过站  

描述： 任务耗时不确定的飞机过站保障车辆调度

基于Petri网的A-SMGCS航空器滑行路由与冲突监控理论研究

作者： 朱新平   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： SMGCS　　滑行路由　　冲突监控　　Petri网   空中交通管制　　机场　　A  

描述： 建立空地一体化的空中交通管理系统，实现无缝隙空管运行，是新一代民用航空运输系统的战略目标之一。先进场面活动引导和控制系统（Advanced Surface Movement Guidance andControl Systems，A-SMGCS）通过监视场面活动目标（航空器和车辆）并展开管制决策，可支持实现机场范围内的无缝隙运行，将在未来空管系统中扮演重要角色。在A-SMGCS模块化实施方案中，滑行路由模块为活动目标提供无冲突滑行轨迹，冲突监控模块防止活动目标违背场面运行管制规则，因而成为A-SMGCS的关键核心模块。但目前A-SMGCS滑行路由和冲突监控研究多针对特定机场展开，缺乏通用性理论。鉴于此，本文建立了人在环路的A-SMGCS场面运行递阶控制结构，将滑行路由和冲突监控集中到统一的层次化结构中，并引入Petri网建模理论和分析方法对它们分别展开研究，形成了较为系统、完善的A-SMGCS滑行路由与冲突监控理论，为A-SMGCS实施提供具有通用性的理论指导。本文主要研究工作包括：提出了包含“滑行路径初始规划”、“滑行路由动态指派”、“滑行路由实时更新”三个阶段的滑行路由规划机制，并对各个阶段分别进行场面运行建模和相应的路由规划算法研究，建立了A-SMGCS滑行路由理论。其中，滑行路径初始规划阶段，在划分场面活动区典型运行单元的基础上，提出了一种场面运行单元扩展赋时库所Petri网(Extended Timed Place Petri Net, ETPPN)，建立了场面ETPPN模型，并给出了基于该模型的滑行路径初始规划方法。场面ETPPN模型库所定义了对应场面单元的管制规则约束，避免了以往活动区节点-路段类模型对管制规则约束描述能力的不足，并引入重构机制实现模型结构的动态调整，实时体现场面运行条件的变化，以支持基于该模型进行初始路径规划的可持续性。然后利用遗传算法并采用ETPPN模型中的变迁激发序列编码染色体，设计了染色体合法性检测与修复算法，以保证所得初始滑行路径的实用性，最终实现滑行路径的初始规划，为航班场面滑行提供多条备选的初始路径。滑行路由动态指派阶段，提出一种场面运行时间窗约束Petri网（Time Windows ConstraintPetri Net,TWCPN）并用于建立场面TWCPN模型，基于该模型给出了一种滑行路由动态指派方法，实现新加入场面运行航班的滑行路由指派，同时调整其它正在滑行航班的路由。场面TWCPN模型库所定义了对应的单元占用时间窗，可以准确描述航空器滑行对交叉口单元的阶段性占用过程。在该模型基础上，以实现路由规划阶段的冲突避免为目标，设计了模型行为演变算法并求解得到可行滑行路由；然后采用单亲遗传算法，用可行滑行路由编码染色体，以最小化航班滑行成本为目标，求解最优或次优滑行路由并完成滑行路由动态指派，避免了以往基于场面运行运筹学模型一味追求最优解、参数多且求解复杂，难以满足实时场面运行的缺陷。滑行路由实时更新阶段，分析了场面运行不确定性特征，并提出一种集成场面态势监测的滑行路由实时更新方法，然后依据该方法针对航班滑行轨迹相对于指派路由推迟占用某一场面运行单元的情形，设计了对应的路由更新算法。所给滑行路由实时更新方法，将优化与反馈结合，采用实时获取的场面态势信息来驱动路由更新，并利用针对不同情形设计的路由更新算法完成滑行路由实时更新。在路由更新算法设计时，针对A-SMGCS监测到航班结束对某一场面运行单元的占用，以及A-SMGCS监测到场面运行的各种不确定情形，分别采用常态路由更新算法和非常态路由更新算法进行路由更新，克服了以往每隔一个固定时段才更新滑行路由，难以实时应对场面各种不确定事件的不足。提出了基于虚拟单元划分和分散协调的冲突监控机制，给出了实现该机制的滑行冲突闭环控制框架，并对框架中的冲突预测与避免、冲突探测与解脱进行实施方案、场面运行建模和控制器设计研究，最终建立了A-SMGCS冲突监控理论。其中，滑行冲突预测与避免方面，提出了一种基于离散事件监控理论的冲突预测与避免实施方案，并给出了该方案中的场面运行过程离散建模方法，以及对头冲突预测与避免控制器的设计方法。在建模场面运行离散过程时，基于已划分的活动区典型运行单元，采用受控Petri网对其建模得到活动区受控Petri网模型，其控制库所可体现外界对场面运行的控制作用，然后采用航空器后续滑行路径对模型中托肯着色，以描述航空器的滑行意图，从而最终得到场面运行受控着色Petri网模型（Controlled Color Petri Net, CCPN）。进一步基于滑行道CCPN模型提出了航空器最小可控滑行路段的概念，并在与其相关的子模型中，依据面向冲突类型、基于产生式规则的冲突预测与避免控制器设计方法，提出了对头冲突预测与避免控制器设计算法，克服了以往基于路由规划提前避免滑行冲突，难以直接控制场面事件的不足。滑行冲突探测和解脱方面，提出了一种基于混杂模型的冲突探测与解脱实施方案，并给出了该方案中的场面运行过程混杂建模方法，以及交叉口冲突探测与解脱控制器的设计方法。定义一种扩展混杂Petri网（Extended Hybrid Petri Net, EHPN），建立场面EHPN模型。该模型中控制库所可体现外界对场面运行的控制作用，而定义在一般库所上的外界环境同步事件以及定义在有向弧上的变迁强制使能条件，则实现了对场面运行混杂状态的实时跟踪。基于所建交叉口EHPN模型，设计了交叉口滑行冲突探测与解脱控制器，通过离散性预警条件和连续性预警条件设计，减少虚警和误警出现的概率，并采用交叉口停止排灯来执行控制器决策的冲突解脱指令，可以直接引导飞行员操纵航空器滑行。

基于Petri网的A-SMGCS航空器滑行路由与冲突监控理论研究

作者： 朱新平   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： SMGCS　　滑行路由　　冲突监控　　Petri网   空中交通管制　　机场　　A  

描述： 建立空地一体化的空中交通管理系统，实现无缝隙空管运行，是新一代民用航空运输系统的战略目标之一。先进场面活动引导和控制系统（Advanced Surface Movement Guidance andControl Systems，A-SMGCS）通过监视场面活动目标（航空器和车辆）并展开管制决策，可支持实现机场范围内的无缝隙运行，将在未来空管系统中扮演重要角色。在A-SMGCS模块化实施方案中，滑行路由模块为活动目标提供无冲突滑行轨迹，冲突监控模块防止活动目标违背场面运行管制规则，因而成为A-SMGCS的关键核心模块。但目前A-SMGCS滑行路由和冲突监控研究多针对特定机场展开，缺乏通用性理论。鉴于此，本文建立了人在环路的A-SMGCS场面运行递阶控制结构，将滑行路由和冲突监控集中到统一的层次化结构中，并引入Petri网建模理论和分析方法对它们分别展开研究，形成了较为系统、完善的A-SMGCS滑行路由与冲突监控理论，为A-SMGCS实施提供具有通用性的理论指导。本文主要研究工作包括：提出了包含“滑行路径初始规划”、“滑行路由动态指派”、“滑行路由实时更新”三个阶段的滑行路由规划机制，并对各个阶段分别进行场面运行建模和相应的路由规划算法研究，建立了A-SMGCS滑行路由理论。其中，滑行路径初始规划阶段，在划分场面活动区典型运行单元的基础上，提出了一种场面运行单元扩展赋时库所Petri网(Extended Timed Place Petri Net, ETPPN)，建立了场面ETPPN模型，并给出了基于该模型的滑行路径初始规划方法。场面ETPPN模型库所定义了对应场面单元的管制规则约束，避免了以往活动区节点-路段类模型对管制规则约束描述能力的不足，并引入重构机制实现模型结构的动态调整，实时体现场面运行条件的变化，以支持基于该模型进行初始路径规划的可持续性。然后利用遗传算法并采用ETPPN模型中的变迁激发序列编码染色体，设计了染色体合法性检测与修复算法，以保证所得初始滑行路径的实用性，最终实现滑行路径的初始规划，为航班场面滑行提供多条备选的初始路径。滑行路由动态指派阶段，提出一种场面运行时间窗约束Petri网（Time Windows ConstraintPetri Net,TWCPN）并用于建立场面TWCPN模型，基于该模型给出了一种滑行路由动态指派方法，实现新加入场面运行航班的滑行路由指派，同时调整其它正在滑行航班的路由。场面TWCPN模型库所定义了对应的单元占用时间窗，可以准确描述航空器滑行对交叉口单元的阶段性占用过程。在该模型基础上，以实现路由规划阶段的冲突避免为目标，设计了模型行为演变算法并求解得到可行滑行路由；然后采用单亲遗传算法，用可行滑行路由编码染色体，以最小化航班滑行成本为目标，求解最优或次优滑行路由并完成滑行路由动态指派，避免了以往基于场面运行运筹学模型一味追求最优解、参数多且求解复杂，难以满足实时场面运行的缺陷。滑行路由实时更新阶段，分析了场面运行不确定性特征，并提出一种集成场面态势监测的滑行路由实时更新方法，然后依据该方法针对航班滑行轨迹相对于指派路由推迟占用某一场面运行单元的情形，设计了对应的路由更新算法。所给滑行路由实时更新方法，将优化与反馈结合，采用实时获取的场面态势信息来驱动路由更新，并利用针对不同情形设计的路由更新算法完成滑行路由实时更新。在路由更新算法设计时，针对A-SMGCS监测到航班结束对某一场面运行单元的占用，以及A-SMGCS监测到场面运行的各种不确定情形，分别采用常态路由更新算法和非常态路由更新算法进行路由更新，克服了以往每隔一个固定时段才更新滑行路由，难以实时应对场面各种不确定事件的不足。提出了基于虚拟单元划分和分散协调的冲突监控机制，给出了实现该机制的滑行冲突闭环控制框架，并对框架中的冲突预测与避免、冲突探测与解脱进行实施方案、场面运行建模和控制器设计研究，最终建立了A-SMGCS冲突监控理论。其中，滑行冲突预测与避免方面，提出了一种基于离散事件监控理论的冲突预测与避免实施方案，并给出了该方案中的场面运行过程离散建模方法，以及对头冲突预测与避免控制器的设计方法。在建模场面运行离散过程时，基于已划分的活动区典型运行单元，采用受控Petri网对其建模得到活动区受控Petri网模型，其控制库所可体现外界对场面运行的控制作用，然后采用航空器后续滑行路径对模型中托肯着色，以描述航空器的滑行意图，从而最终得到场面运行受控着色Petri网模型（Controlled Color Petri Net, CCPN）。进一步基于滑行道CCPN模型提出了航空器最小可控滑行路段的概念，并在与其相关的子模型中，依据面向冲突类型、基于产生式规则的冲突预测与避免控制器设计方法，提出了对头冲突预测与避免控制器设计算法，克服了以往基于路由规划提前避免滑行冲突，难以直接控制场面事件的不足。滑行冲突探测和解脱方面，提出了一种基于混杂模型的冲突探测与解脱实施方案，并给出了该方案中的场面运行过程混杂建模方法，以及交叉口冲突探测与解脱控制器的设计方法。定义一种扩展混杂Petri网（Extended Hybrid Petri Net, EHPN），建立场面EHPN模型。该模型中控制库所可体现外界对场面运行的控制作用，而定义在一般库所上的外界环境同步事件以及定义在有向弧上的变迁强制使能条件，则实现了对场面运行混杂状态的实时跟踪。基于所建交叉口EHPN模型，设计了交叉口滑行冲突探测与解脱控制器，通过离散性预警条件和连续性预警条件设计，减少虚警和误警出现的概率，并采用交叉口停止排灯来执行控制器决策的冲突解脱指令，可以直接引导飞行员操纵航空器滑行。

基于跑滑系统约束的航空器滑行跟踪算法

作者： 潘卫军   罗杰   王少杰   熊锋   来源： 四川大学学报(自然科学版) 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 变结构多模型   跑滑结构   目标跟踪  

描述： 为解决大型机场场面易冲突的问题,研究了将基于跑滑系统和管制约束的变结构多模型算法应用于机场场面目标的跟踪.本文首先建立了复杂跑滑结构下的数学建模方法、跑滑结构约束下跟踪状态修正方法和基于管制指令约束的航空器与跑滑系统的自适应匹配方法.与传统场面目标跟踪不同,本文利用跑滑系统和管制指令约束的最大后验概率估计来激活和终止模型集,进而解决机场场面航空器跟踪过程中模型集切换和路段匹配问题.基于上述方法,本文通过结合最大后验概率估计提出了一种新的交互式多模型算法,改善了场面目标的跟踪性能.仿真结果表明:与交互式多模型算法和变结构交互式多模型算法相比,本文所提出的方法能有效地跟踪机场场面目标,显著提高了跟踪精度.

浅析航空装备维修常见安全问题及防范措施

作者： 王少杰   孙刚   李卫斌   来源： 装备维修技术 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 维修   安全问题   航空装备  

描述： 航空装备的维修工作所涉及到的因素较为复杂,对其安全管理工作进行设计优化,可以使航空装备维修工作的质量得到进一步的改良。本文首先对航空装备维修的常见安全问题进行了总结分析,并结合实际情况,制定了航空装备维修安全问题的防范措施,对提升航空装备的综合性维修质量,具有十分重要的意义。

航空设备维修工程精细化控制管理要素及优化方式

作者： 王少杰   张健   熊攀   来源： 装备维修技术 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 精细化管理   优化   航空维修  

描述： 随着我国经济水平的大幅度提升,航空设备维修工程作为航空业重要组成部分,逐渐朝着精细化等方向改革。探讨了航空设备维修工程的精细化管理要素,并详细描述了精细化管理的优化措施和方向。

基于灰色聚类的民航不安全事件风险评价

作者： 万健   夏正洪   朱新平   来源： 中国民航飞行学院学报 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 不安全事件   灰色聚类   风险评价  

描述： 为提高民航运行安全水平,以2007-2016年民航不安全事件为数据源,选取事故和典型事故征候事件作为民航不安全事件风险评价指标,构建了基于灰色白化权聚类的民航不安全事件风险评价模型,采用最大离差化

基于实数编码加速遗传算法的飞机牵引车调度

作者： 王博   王剑辉   朱新平   来源： 航空计算技术 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： A   调度问题   牵引作业   实数编码加速遗传算法   CDM系统  

描述： 机坪保障作业车辆调度是飞行区运行保障的重要环节。针对单一保障责任区内飞机牵引车保障作业调度问题,建立以某一时段内牵引车保障造成的航班延误惩罚费用和车辆行驶费用之和最小为优化目标的遗传算法,采取实数编码方式克服传统模型求解复杂、耗时较长等不足,并采用模拟二进制交叉和多项式变异的方法进行实数编码交叉、变异操作,另外引入加速环节防止早熟收敛、提升算法求解性能。基于西南某一机场实地运行数据,验证了所给算法的有效性。

破坏航空设施罪研究

作者： 朱新平   潘卫军   韩松臣   来源： 火力与指挥控制 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 空中交通管制   陆基导航   保障体系   复杂网络  

描述： 考虑民航空管导航设备之间的动态业务关联,将导航设备抽象为复杂网络节点,将存在航班通行的空管航路抽象为网络边,并基于导航设备之间航路上的飞行量来设计网络边权值,由此得到的复杂网络模型不仅能够反映各导航设备之间的拓扑连接关系,而且能够反映整个体系的航班保障特性。进一步综合航班流在空管航路的运行以及导航设备可靠度等因素,给出导航保障体系复杂网络模型的节点/边权值、度值等基本网络参数计算方法,以及加权的度度相关性、簇度相关性等关联特征参数计算方法。以民航成都、昆明、贵阳3个高空管制区为例,验证了所给模型构建方法的可行性。

基于多智能体系统的飞机滑行路径规划

作者： 唐勇   何东林   朱新平   来源： 江苏大学学报(自然科学版) 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 机场滑行路径规划   系统仿真   多智能体系统   先进场面活动引导与控制系统   滑行资源图  

描述： 为解决先进场面活动引导与控制系统中的飞机滑行初始路径规划问题,提出一种基于多智能体系统(multi-agent system, MAS)仿真的方法实现飞机在场面上任意起始点到目的地的最短路径规划.首先,针对传统的有向图模型对机场场面运行刻画不足的问题,提出滑行资源图模型对机场控制区进行建模,既能对机场控制区进行高效建模又使模型不过于复杂.其次,设计最短路径规划多智能体系统,通过飞机Agent在资源节点Agent的繁殖能力与对资源的独占属性限制,实现对资源节点遍历并同时又保证每个节点最多被访问一次;最后,利用Anylogic实现机场场面初始路径规划多智能体仿真系统开发.仿真结果表明,设计的多智能体系统不但能快速计算出最短路径,且路径规划过程直观可视,算法复杂度与Dijkstra算法相同,满足初始路径规划要求.