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。

基于动态期望的航空器滑行路径更新模型仿真

作者： 康瑞   杨凯   来源： 计算机仿真 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 空中交通管理   滑行路径变更   管制意图   计算机数值模拟  

描述： 滑行路径优化是提升机场场面运行效率与安全水平的有效途径。为研究管制意图、监控范围对航空器滑行路径优化的影响,基于实际管制规定,同时考虑冲突和拥堵影响,定义优先级反映滑行道通行能力,定义动态期望值量化管制员意图,设计航空器滑行路径变更机制及实施步骤,构造基于动态期望的航空器滑行路径变更模型。采用Visual C++及Mathlab混合编程仿真,得到航空器分布密度、监控范围等参数改变时,不同模型的仿真结果对比及关键统计分析值的变化趋势。结果表明,上述模型能对低密度下的滑行道变更进行抑制,能提高中密度下的滑行道变更比例,并减少滑行速度变化幅度。扩大监控范围能有效增加航空器滑行路径变更比例,减少滑行速度标准差,提高机场场面运行保障能力。

探析航空气象技术在空中交通管理中的应用

作者： 辛光宇   来源： 通讯世界 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 空中交通管理   应用   航空气象技术  

描述： 本文对当前航空气象技术在空中交通管理中的应用进行了简单的分析,针对提高航空气象技术在空中交通管理中应用效果进行了深入的研究,结合本次研究,发表了一些笔者的建议看法,希望对空中交通的安全运行起到一定的保证。

机场航空器起降间隔优化设计仿真

作者： 康瑞   杨凯   来源： 计算机仿真 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 计算机数值仿真   起降间隔   空中交通管理   元胞自动机  

描述： 优化起降间隔是衡量增加机场跑道吞吐量的有效途径。为研究机场跑滑结构、机型比例、起降比例对航空器起降间隔的影响,基于元胞自动机定义航空器滑行规则,细化航空器起飞、降落占用跑道滑跑、滑行过程,并基于实际管制规定,将尾流间隔、起降比例、起降顺序等因素进行抽象,构造航空器起降间隔优化模型。采用Visual C++及Mathlab混合编程仿真,得到机型比例、机型组合改变时,起降间隔、间隔标准差、跑道空闲时间的变化趋势。结果表明,起飞航空器滑行、滑跑时间较短,连续降落间隔大于连续起飞间隔,当重型机与中型机比例接近时,平均间隔、间隔标准差、跑道空闲时间均达到峰值。增加起飞航空器比例或减少机型混合比例可有效优化间隔,增加跑道吞吐量。

航空气象技术在空中交通管理中的运用探析

作者： 杨昊儒   来源： 中国战略新兴产业 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 实况报道   空中交通管理   天气预警   航空气象技术  

描述： 在航空安全管理方面，空中交通管理为系统性工作，需要对各种影响航班飞行的信息展开分析。而航空气象技术对空中交通管理十分重要，关系到航班的飞行安全。基于这种认识，本文在分析航空气象技术的基础上，对航空气象技术在空中交通管理中的运用展开了探讨。

机场Ⅱ类运行下航空器起降间隔研究

作者： 杨凯   康瑞   来源： 工程科学与技术 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 起降间隔   空中交通管理   元胞自动机   计算机数值模拟  

描述： 为了预估低能见度时航空器起降间隔变化,提高跑道使用效率,减少航班延误,提出机场Ⅱ类运行下航空器起降间隔模型。首先,分析Ⅱ类运行下航空器起降运行程序,细化航空器起飞、降落、进入跑道、脱离跑道过程。其次,基于Ⅱ类运行规定建立航空器起飞、降落模型。然后,定义元胞结构,引入避让减速规则和脱离跑道条件,定义航空器滑行元胞自动机模型。最后,将管制规则抽象为约束条件并量化航空器起降间隔。以乌鲁木齐机场为例进行仿真验证,计算机模拟得到机型比例、起降比例、临界区长度、脱离时间等参数对起降间隔、间隔标准差等值的影响。数值分析表明,Ⅱ类运行时起降间隔较大,峰值为228.6 s,降落、起飞容量仅为正常运行情况下的60%、90%,间隔标准差峰值为74 s,是正常运行情况下的1.64倍。脱离道位置对前机脱离时间影响较大,是连续降落间隔增加的主要因素。仿真结果表明,该模型能量化关键因素对起降间隔的影响,仿真结果与实际运行相符,能为提高机场Ⅱ类运行效率提供理论依据。