基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模

作者： 王红勇   郭宇鹏   来源： 交通运输系统工程与信息 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 自由航路空域   空中交通管理   空中交通复杂性   航空运输   航空器自主保持间隔运行  

描述： 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。

基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模

作者： 王红勇   郭宇鹏   来源： 交通运输系统工程与信息 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 自由航路空域   空中交通管理   空中交通复杂性   航空运输   航空器自主保持间隔运行  

描述： 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。

终端区离场航空器自主路径规划研究

作者： 王红勇   郭宇鹏   来源： 北京航空航天大学学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 人工势场   连续爬升运行   空中交通管理   粒子群算法   航空器自主运行   航空运输   路径规划  

描述： 随着航空器自主保持间隔运行概念的逐渐发展，基于连续爬升运行模式，可有效解决当前终端区内航空器离场路径固定单一所造成空域运行效率底下问题。为此，本文提出一种基于人工势场-粒子群联合算法的终端区离场航空器自主路径规划方法。首先构建面向航空器自主运行模式的空域环境模型，对空域环境进行栅格化处理并计算各栅格的空域复杂度，限制离场航空器进入高复杂度栅格以保障运行安全。其次构建基于BADA数据库和减退力爬升模式的航空器爬升性能约束模型；然后应用人工势场-粒子群联合算法进行路径规划，通过粒子群算法广域搜索思想解决人工势场法固有的局部极值-目标不可达问题；使用贝塞尔曲线法优化该路径，引入滑动时间窗口理念优化航空器离场时刻。最后使用终端空域(ZSSSAP)的实际结构和运行数据，应用上述方法进行仿真模拟。仿真试验结果表明，人工势场-粒子群算法可有效生成航空器无冲突离场路径并规避繁忙空域，优化处理后的路径满足航空器爬升性能约束，且优于实际运行路径(路径长度减少23.78%，最大转弯率降低55.73%，最大爬升率降低9.94%)。而且离场航空器自主运行模式下的空中交通复杂性较当前运行模式更为均衡(栅格复杂度峰值降低3.92%)，可有效提升空域利用率。

终端区离场航空器自主路径规划研究

作者： 王红勇   郭宇鹏   来源： 北京航空航天大学学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 人工势场   连续爬升运行   空中交通管理   粒子群算法   航空器自主运行   航空运输   路径规划  

描述： 随着航空器自主保持间隔运行概念的逐渐发展，基于连续爬升运行模式，可有效解决当前终端区内航空器离场路径固定单一所造成空域运行效率底下问题。为此，本文提出一种基于人工势场-粒子群联合算法的终端区离场航空器自主路径规划方法。首先构建面向航空器自主运行模式的空域环境模型，对空域环境进行栅格化处理并计算各栅格的空域复杂度，限制离场航空器进入高复杂度栅格以保障运行安全。其次构建基于BADA数据库和减退力爬升模式的航空器爬升性能约束模型；然后应用人工势场-粒子群联合算法进行路径规划，通过粒子群算法广域搜索思想解决人工势场法固有的局部极值-目标不可达问题；使用贝塞尔曲线法优化该路径，引入滑动时间窗口理念优化航空器离场时刻。最后使用终端空域(ZSSSAP)的实际结构和运行数据，应用上述方法进行仿真模拟。仿真试验结果表明，人工势场-粒子群算法可有效生成航空器无冲突离场路径并规避繁忙空域，优化处理后的路径满足航空器爬升性能约束，且优于实际运行路径(路径长度减少23.78%，最大转弯率降低55.73%，最大爬升率降低9.94%)。而且离场航空器自主运行模式下的空中交通复杂性较当前运行模式更为均衡(栅格复杂度峰值降低3.92%)，可有效提升空域利用率。

基于层次聚类的航空器群识别方法

作者： 王红勇   许平   来源： 西华大学学报(自然科学版) 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 层次聚类   空中交通   空中交通复杂性   航空器群  

描述： 在基于空中交通复杂性评估管制员工作负荷的研究中，交通流结构缩减引起的管制员负荷降低的问题逐渐被人们所关注，现有的结构缩减研究通过划分航空器群实现管制员认知复杂性减小从而降低工作负荷。针对传统k-means划分算法存在的无法区分不同航向而位置聚集的航空器且需要事先指定群数量的缺点，利用层次聚类算法，通过加入航向因素和改进聚类结果的选取方法，实现对扇区内交通流中自动区分航向的航空器群的识别，并用位置内聚度和航向轮廓系数形成群划分评价指标，用于综合反映群划分的效果。最后，采用实际雷达数据进行群划分并进行评价分析，通过与k-means方法对比，验证了该方法的有效性。

民用飞机着陆距离预测研究

作者： 温瑞英   吴博   褚双磊   王红勇   来源： 中国安全科学学报 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 粒子群优化(PSO)算法   飞行安全   遗传算法(GA)   支持向量机(SVM)   回归预测   着陆距离  

描述： 选择误差最小、精度最优的径向基核函数(RBF)构建最有效的SVM模型。探讨网格参数算法、遗传算法(GA)和粒子群优化(PSO)算法对最佳惩罚函数c和核函数参数g的影响。结果表明,预测着陆数据与实测着陆数据吻合较好——最大绝对误差在20 m范围内,最大相对误差为1%。