基于鲁棒控制理论的轨迹规划方案

作者： 韩云祥   汤新民   黄晓琼   来源： 南京航空航天大学学报 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 民用航空   轨迹   间隔   空中交通管制   航空运输  

描述： 为了在大流量、高密度和小间隔条件下获取多航空器鲁棒无冲突轨迹,针对不同的航路空间分布结构,通过将单架航空器视为一个批次以及引入缓冲时间参数,基于航路冲突点保护区竞争机制,在极大代数框架下根据管制间隔约束构建了单航段和多航段航空器流控制模型,建立了模型输入变量、状态变量和输出变量之间的约束关系。从各类子模型的空间逻辑结构出发,进一步构建了空域多航空器极大代数耦合模型。基于不同的调配目标,设定了多类鲁棒优化指标函数,采用调整航空器到达航段入口时刻和在航段上运行速度两种策略,提出了多航空器轨迹规划鲁棒优化模型。算例分析表明,本文所提出的规划模型可行有效。

面向航空器战略航迹规划的风场信息插值方法

作者： 汤新民   陈平   韩云祥   来源： 指挥信息系统与技术 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： Delaunay三角剖分   风值预报   地统计学   克里格插值  

描述： 针对融合风场信息的航空器战略航迹规划问题,将风参数视为满足内蕴假设的区域化变量,利用风场预报信息,采用地统计学中的克里格插值法对特定航路和位置点进行插值,获得了线性无基台、线性有基台及球形3类半变异模型。为了拟合半变异模型中的未知参数,通过基于进化规划的函数模型方法进行参数估计,结合Delaunay三角剖分算法和半变异模型中的变程信息对航空器10个爬升阶段中的10个待估点的风值进行了估计,并给出了方差值。

固定航路飞行条件下航空器航迹规划 若干关键技术研究

作者： 韩云祥   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 新一代空中交通管理　　航迹规划　　极大代数　　卡尔曼滤波　　模型预测控制  

描述： 建立智能化的新一代空中交通管理自动化系统,是新一代民用航空运输系统的重要目标之一。在新一代空中交通管理自动化系统实施方案中,航迹规划模块在基于航迹的航空器运行过程中扮演着重要角色。本文针对航空器战略航迹规划和战术航迹规划两个方面分别展开了研究,形成了较为系统的航迹规划理论,能够为新一代空中交通管理自动化系统的实施提供理论指导。本文研究工作主要包括:提出了包含“单航空器航迹规划”和“多航空器航迹规划”的战略航迹规划方法,建立了航空器战略航迹规划理论,其中,单航空器战略航迹规划阶段,从航空器的物理运动特性出发,构造了航空器在不同飞行阶段之间状态切换转移、而同一阶段内航空器重量、校正空速、高度和距离等状态参数连续变化的航迹演化模型。运用Petri网理论从宏观和微观两个角度研究了航空器全飞行剖面航迹演化过程。为了增强航迹的实用性,在航迹规划过程中融入了风场要素,引入启发式算法优化了风场插值模型参数并修正了航空器原始运行状态。多航空器战略航迹规划阶段,从航空器流的物理运动特性出发,根据航段结构和航空器间的运行状态,运用元胞自动机模型,提出了一种空域交通流微观模型构建方法。基于航路冲突点保护区竞争机制,建立了空域多航空器极大代数耦合模型和多航空器冲突预调配模型,给出了模型输入、状态和输出之间的约束关系,依据不同的航迹规划目标,通过形式化推理可以得到多航空器无冲突航迹。提出了包含“单航空器实时航迹推测”和“多航空器实时航迹规划”的战术航迹规划方法,建立了航空器战术航迹规划理论。其中,单航空器实时航迹推测阶段,从影响航空器运行的各种随机因素出发,通过将航空器的位移量视为隐马尔科夫过程的观测值,构建了基于航空器历史轨迹的隐马尔科夫航迹推测模型。针对原始观测数据的符号化序列转换和隐马尔科夫模型初始参数选取,引入启发式算法对原始数据进行聚类并优化隐马尔科夫模型初始参数,采用标准训练算法获取隐马尔科夫模型预测参数对航空器未来位置实施滚动推测。多航空器实时航迹规划阶段,从航空器的动态协同特性出发,在解脱变量受航路空间和航空器性能制约的前提下,通过融入高空风场因素,采用模型预测控制理论,提出了一种能够适应空域环境变化的冲突解脱航迹滚动规划方法。根据航空器的运行状态,建立了高空风场的线性和非线性两种滤波模型,将预测模型的校正过程转化为高空风场数值的滤波过程。为了获取解脱参数数值,引入启发式算法对最优输入量进行求解。

基于Petri网的航空发动机车间维修过程建模及其应用研究

作者： 汤新民   来源： 哈尔滨工业大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 网建模　　等级推理与决策　　过程管理与监控　　服务能力评价   航空发动机维修　　Petri  

描述： 与离散制造车间不同，航空发动机维修车间具有维修等级的不确定性、发动机构型的动态性、维修时间的随机性以及过程数据采集困难和维修设备柔性差等特点。为提高维修车间作业的自动化和决策科学化水平，本文采用基于 Petri 网的离散事件动态系统建模理论，开展了航空发动机维修车间逻辑层次、时间层次和统计层次模型的建模与应用研究。 在逻辑层次建模方面，针对发动机维修等级推理中的不确定性，建立基于模糊 Petri 网的发动机故障评估、性能评估知识表达模型，研究知识库的定性和定量推理算法。为使等级决策知识库系统具有自适应能力，提出了基于元模型的发动机性能评估知识库学习算法。为实现发动机分解装配工艺制定的自动化，采用基于优先约束关系的装配 Petri 子网对航空发动机部件的装配序列进行了建模，并采用离散时间最小值原理，将最优装配序列规划和选择性序列规划问题分别转化为固定端点和自由端点的最优控制问题，降低了计算复杂度。 在时间层次建模方面，为识别与预测维修工作流时间计划可能存在的时间违反问题，提出了面向维修任务分解结构的“自顶向下”层次细化工作流建模方法，分析了层次细化后保持原网可调度性不变的等价变换原则，在此原则下给出了基于极大极小代数的工作流执行时间矩阵验证算法。针对发动机总装作业中不同维修工艺对设备资源的需求冲突，进行了面向资源冲突的Petri 网建模。将离散模型转化为连续模型，并对该模型的周期性和稳态性进行了分析。还采用粒子群优化算法以资源最大利用率为目标对资源路由策略进行了优化。 在统计层次方面，采用扩展随机 Petri 网对发动机在维修车间的转移过程进行了建模，并引入随机 Petri 网平均值分析算法，利用单维修等级下系统的性能指标对多维修等级性能指标进行修正，还采用平方变差系数方法实现服务时间从指数分布向正态分布的逼近，进而实现对多等级、服务时间为正态分布的车间维修能力进行评价，找出影响维修能力的主要环节。 最后，在上述理论研究的基础上，完成了航空发动机计算机辅助维修系统的建立。该系统包含维修等级推理、维修工作流分析验证、发动机构型及零部件跟踪、维修资源调度和维修系统能力评价五个模块。在北京飞机维修工程有限公司的应用效果表明，该系统提高了维修决策与分析的智能化水 平，降低了航空维修差错的可能性，提高了维修资源的利用率，缩短了发动机的维修周期。

航路序贯飞行条件下的航空器自主间隔控制

作者： 汤新民   郑鹏程   来源： 南京航空航天大学学报 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 空中交通管理   飞行跟驰模型   自主间隔控制   滚动时域控制   水平间隔保持  

描述： 航路序贯飞行条件下的航空器自主间隔控制

基于全局优化算法的航空器最优间隔配置（英文）

作者： 任宣铭   汤新民   来源： Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 序列二次规划   最优间隔分配   动态规划   全局最优控制   最优控制律  

描述： 针对传统连续控制方法在计算多变量冲突解脱时计算复杂度高，并且易陷入局部最优解的问题，提出了一种动态规划-序列二次规划的组合算法（Dynamic programming-sequential quadratic programming, DP-SQP）。动态规划算法用以根据航空器间隔模型的时间特性将冲突解脱的决策过程离散为一系列易于求解的子阶段，并从初始阶段逐段递推至最终阶段解出全局最优解；针对各子阶段采用序列二次规划算法求解最优值函数以及最优控制律。通过设计与传统算法的对比仿真，验证了组合算法的优越性。通过设计跟驰和交叉冲突仿真实例验证了组合算法对于不同冲突场景的适应性。仿真结果表明组合算法的间隔配置策略在中短距离以及较大航路夹角的情况下，能够保证两机间隔维持在最小安全间隔以上，并具有较好的间隔配置结果。

基于大地坐标系的IMM航空器短期航迹外推

作者： 汤新民   郑鹏程   来源： 系统工程与电子技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 轨迹跟踪   空中交通管理   短期航迹外推   交互式多模型  

描述： 针对航路飞行阶段的航空器，通过对比空间直角坐标系和大地坐标系的优劣，采用大地坐标系表示航空器的位置；基于大地坐标系，将航空器的运动解耦成3个方向上的独立运动，分别建立每个方向上的子模型；使用交互式多模型(interacting multiple model, IMM)算法对航空器的航迹进行跟踪。仿真结果表明，基于大地坐标系的IMM算法对于航空器有很好的轨迹追踪性能；根据航空器末时状态及各个子模型的概率分布进行航空器的航迹短期外推，基于大地坐标系的IMM算法的航迹外推性能优于基于空间直角坐标系的IMM算法的航迹外推性能。

基于卷积LSTM模型的航空器轨迹预测

作者： 刘龙庚   翟俐民   韩云祥   来源： 计算机工程与设计 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 长短期记忆网络   时间序列   空管大数据   航迹聚类   深度学习   智能交通   航迹预测  

描述： 采集空管大数据,根据空管大数据的特点,对数据进行数据融合,利用改进的聚类算法处理航迹数据,对得到的各类航迹数据分别构建模型,提高模型的预测精度。分别构建Stack LSTM和基于卷积LSTM的航空器轨迹预测模型,以真实雷达数据为例进行仿真实验,对仿真结果进行对比,其结果表明,基于卷积LSTM的航空器轨迹预测模型可以将预测的均方根误差控制在400s内,验证了预测模型可以实现航空器轨迹的精确预测。

三全育人视域下民航院校交通运输工程人才培育路径探究——基于A大学的思考

作者： 常鑫   汤新民   高建树   来源： 物流科技 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 立德树人   民航院校   创新型人才培育   交通运输工程   三全育人  

描述： 为培养具备复合知识、多元能力、民航素养、国际视野的交通运输工程复合型人才，文章围绕“一流交通”的学科建设目标，积极推进中国特色世界一流民航交通专业的发展定位，提出思政教育全程化、课程培养精准化、科教融合一体化、实践训练国际化、培养目标精英化的人才培养途径，通过实施思政教育改革、建设学研相济体系、构建实验实训平台和多维度协同育人模式等，构建一流的交通人才培养体系。在此基础上，推动民航院校一流交通运输工程人才培育形成新的体制机制与路径，为完善思政教育体系、深化“三全育人”工作格局的实施提供了借鉴。