军民航空域安全评估中的碰撞风险研究

碰撞风险是空域安全评估的重要内容。为保证军民航的安全飞行,通过对民航Event模型碰撞风险的研究,构建了军航训练空域与民航航路的碰撞风险模型;根据军航飞机的飞行特点,建立了军航飞机侧向位置偏差概率模型;结合民航飞机的横向位置偏差概率模型重新计算Event模型中的碰撞盒穿越间隔片频率(GERh);选取某一战术动作对军民侧向碰撞风险进行仿真,确定其安全间隔;通过对飞行过程中各个关键点碰撞风险的研究,对空域的使用提出建议,并验证了理论的实用性。结果表明,当前10 km的安全间隔标准并不能符合规定的安全目标等级,至少需要再增加7 km的安全间隔才能使整个飞行过程均满足要求。     

空域规划中碰撞风险模型研究

为找到可操作的空域规划碰撞风险计算方法,基于空域规划参数,改进原有模型,建立航段上每飞行小时飞机的碰撞风险模型。首先,分析空域规划过程中终端区空域和航路巡航阶段航迹夹角0~180°情况下的碰撞风险;然后,将碰撞风险表示为来源于一条航段上飞机的碰撞风险和来源于其他多条航段上飞机的碰撞风险之和,建立碰撞风险模型;最后,将终端区空域规划中的相关参数值输入到该模型,计算2种方案的碰撞风险,并分析碰撞风险随参数的变化趋势。研究结果表明:在已给定其他参数值的条件下,碰撞风险随所需导航性能(RNP)数值、航段起始点高度以及航段起始点的纵向标称距离的增加(垂直标称距离减少)而增加,随着航迹夹角和飞行梯度的增加而减小。因此,可利用该模型计算并分析不同方案的碰撞风险。     

基于航空器高度保持性能的风险碰撞模型优化*

为提高Reich风险碰撞模型在“缩小垂直间隔”(Reduced Vertical Separation Minimum，RVSM)标准实施后的适用性。基于同一机型航空器的测高系统误差（Altimetry System Error，ASE）数据在超高空各高度层中并不服从相同分布且具有显著的统计学差异，针对现有的Reich模型对同一机型仍使用整个航空空域的ASE数值进行经验分布拟合的现状，对模型中ASE混合累积经验分布参数部分进行改进，添加高度层相关的参数，使原有仅根据机型进行累积的ASE经验分布细化为根据机型和高度层2部分进行累积。结果表明:改进后模型可准确体现ASE数据在不同高度层的差异性；采用改进的风险模型进行仿真计算，得到更加精确的结果；验证改进后模型的合理性和其在应用中的有效性。     

基于布朗运动的自由飞行下碰撞风险研究

自由飞行是解决空域拥挤的有效方式,为保证飞行安全,对自由飞行下的碰撞风险进行研究。首先,假设自由飞行下飞机的定位误差服从正态分布,在平面直角坐标系内,建立2架飞机水平投影面和垂直投影面的随机运动学模型;其次,当2架飞机在2个投影面上的相对运动距离同时小于最小安全间隔时认为碰撞发生,据此建立飞行碰撞风险模型,并利用欧拉(Euler)方法求解;最后,通过Matlab对一算例进行计算,得出碰撞风险概率。将计算结果与实际安全目标等级对比,验证该模型的合理性。     

陆空通话下的平行航路碰撞风险模型研究

目前在平行航路碰撞风险研究中,通常会忽略人为因素的影响。为更系统地研究平行航路的碰撞风险,提高碰撞风险值计算的准确性,先分析航路飞行特点找出陆空通话下平行航路中人因可靠性的影响因素;然后考虑人与人交互的过程,改进传统的认知可靠性与失误分析方法(CREAM),构建平行航路中人因可靠性的计算模型。根据Brooker思想,建立并分析纵向、垂直、侧向3种平行航路碰撞风险模型。将所建模型应用于三亚区管中心。结果表明,陆空通话下某平行航路的碰撞风险值小于国际规定的安全目标水平,进而说明该模型可用于平行航路碰撞风险的研究。     

飞机流宏观与微观同高度纵向间隔研究

航空安全一直以来备受社会各界关注,其中安全间隔对于航路运行有非常重要的意义。为了合理分配航路间隔,减少航路拥堵,基于实际运行情况,将连续的飞机流作为研究目标,从宏观和微观角度建立了纵向间隔的计算模型,根据飞机流的跟驰效应,得出航路运行间隔的动态变化范围。在此基础上,提出了快速地对航空器进行间隔调整的方案。最后,以西安管制区的运行数据为例进行仿真,验证了模型的合理性,并分析了各因素对飞行流间隔的影响,调整方案可以较快地完成航路间隔的重新分配,为运行提供更准确的引导。     

基于交通流时间序列和层次聚类的应急航路划设

在地面管制单位服务能力完全丧失的紧急情况下,应急航路是保证一定数量航空器能够在失能空域中继续运行的重要手段之一。通过分析繁忙航路点的交通流时间序列特性,以相似交通流模式为依据,研究应急航路的划设方法。以此为基础,根据北京区域管制中心的实际航班运行数据,在简化的航路网中,基于欧氏距离的相似性度量,对不同航路点的时间序列进行层次聚类,通过设定距离阈值,并结合航路连接方式、冲突点等综合因素,划设北京某管制空域的应急航路,以保证少量航班在空域失能状态下继续安全运行,减小地面空管单位的管制压力。     

多随机因素影响下飞行间隔评估及冲突解脱阈值研究

为有效评估两机水平安全间隔并建立特情冲突解脱程序,基于多随机因素对飞机位置误差的影响,建立碰撞风险模型和冲突解脱阈值求解模型。首先,考虑CNS性能和高空风作用,改进飞行运动模型,建立碰撞风险模型,得到最低安全间隔标准计算方法。然后,考虑陆空通话影响,结合飞机转弯特性,建立两机在不同相对位置情况下的阈值求解模型,利用最低安全间隔标准值求解冲突解脱阈值。最后,以某管制试飞空域内特定机型相关数据及所受随机因素参数为例进行算例分析,得出两机最低安全间隔标准,并得到防止安全间隔丧失管制员介入冲突解脱程序的阈值,计算结果与管制运行实际吻合,验证了上述理论的正确性。依据多随机因素与最低安全间隔标准脉谱图拟合出相应公式,以期为管制员进行两机安全间隔调配与制定冲突解脱程序提供依据。     

自由飞行下改进的Event碰撞风险计算模型

为确保航空器在自由飞行空域中安全飞行,需要建立自由飞行下的碰撞风险计算模型,评估其碰撞风险。借鉴非自由飞行下的Event碰撞风险评估模型构想,根据自由飞行的特点,将碰撞模版由长方体改为球体。在自由飞行环境下,碰撞风险由航空器航向关系及航空器间距共同确定,并考虑通信、导航、监视(CNS)技术因素对航空器定位误差的影响;分析航向解脱和高度解脱2种冲突解脱方式,建立碰撞风险模型;利用Matlab对模型进行求解,最后依据碰撞风险计算结果确定最小安全间距。算例结果表明,目标安全水平(TSL)为1.5×10~(-8)(次/飞行小时)时,航空器间最小安全间距为10 096 m,与实际相符。     

针对高原机场障碍物补偿修正量的改进

为解决高原机场净空条件限制比较严苛的问题,采用统计建模方法建立安全评价模型,改进障碍物补偿修正量。首先,基于矩形模型和碰撞风险模型(CRM)研究高度补偿修正量对障碍物碰撞风险概率的影响;然后,分析C类飞机在平原和高原机场的航迹偏差,基于此建立安全评价模型;其次,根据该模型计算平原和高原机场的安全区域下限,分析安全区域下界均值和机场标高的对应关系,得到改进后障碍物高度补偿修正量;最后,在昆明机场应用该修正量,验证其安全性和实用性。结果表明:在高原机场,高度补偿修正量对碰撞风险概率的影响显著;对于C类飞机每千米的高度补偿修正量可由2. 88 m改进至2 m;在高原机场应用改进后的高度补偿修正量可获得更大的运行优势。