考虑驾驶方式的车辆与航空器交叉冲突评估*

为量化不同驾驶方式下车辆与航空器行驶风险,提出车辆与航空器交叉运行冲突评估模型,该模型将特种车辆驾驶方式分为激进、稳定、保守3类,综合驾驶特性和管制规则定义车辆速度演化规律,结合运行场景、间隔配备等要素确定冲突条件,并基于航空器与车辆实时速度、位置变化构造冲突评估模型。研究结果表明:冲突评估模型能够计算车辆与航空器在十型交叉口的冲突概率;激进方式下车辆先于航空器通过交叉口,风险概率均值相对最大,为0.679;保守方式下航空器先于车辆通过交叉口,最大间隔是安全间隔的4.7倍;稳定驾驶方式可兼顾安全和效率。本文模型能再现十型道口车辆与航空器交叉运行冲突产生、发展及解脱过程,计算结果可用于场面实时冲突识别和预警,能够为机场危险源识别和风险管控提供依据。     

基于基准系统比较法的雷达间隔评估

为缓解我国目前飞行流量日渐增加、空域紧张等情况,提出了一种系统评估航空器雷达间隔的新方法。首先,介绍了雷达间隔研究所使用的基准系统比较法,给出了分析方法和评估流程;其次,在综合考虑影响飞行安全各种因素的基础上,利用近距离危险接近概率(CAP)模型和基准系统比较法,建立了航空器间的雷达间隔评估模型,可对航空器飞行安全进行量化分析评估;最后,利用统计学知识和实测数据对该方法进行对比验证。结果表明:1)不同精度的雷达与雷达安全间隔密切相关,直接影响空中交通流量和航空器的运行效率;2)对于普通二次雷达,N-N模型更能反映雷达角度误差的分布情况;3)当雷达间隔为5 n mile时,危险进近概率为1.382 1×10-11,用精度更低(雷达角度误差为0.138 13)的雷达替换时,为保证航空器飞行安全,雷达间隔应增大到5.3 n mile;4)使用高精度雷达进行管制指挥和监控,可提高飞行流量,缓解航班延误,提升管制效率。     

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。     

基于Event模型的冲突风险新算法

鉴于管制过程中对航空器冲突问题发展的研究,对经典事件模型的结构进行改进,用球形曲面间隔层代替传统的平面间隔层,结合扩展碰撞盒概率关系比计算冲突风险,提高了模板与实际航空器运行状态的切合度。并以模拟航空器飞行数据进行仿真,对改进模型的冲突风险与原模型的进行比较评估,结果表明该算法正确。     

基于航迹误差的空中交通冲突风险计算方法研究

随着我国空中交通流量的日益增加,空中交通冲突现象日益严重,为了量化空中交通的安全性,对航空器之间的飞行冲突风险进行了研究。以冲突过程为研究对象,根据航迹误差服从高斯分布,计算三维冲突概率,结合冲突严重程度,计算冲突风险。以实际发生冲突的两架航空器为例,采用航迹数据进行仿真,该曲线可为管制员提供更好的决策和支持,并验证上述理论的正确性。     

机场终端区航空器飞行冲突风险预测方法研究

为了准确预测机场终端区航空器飞行冲突风险,以便能最大程度地利用低空空域资源,通过整合考虑加速度的运输飞机轨迹模型和通用飞机随机轨迹模型,建立终端区航空器飞行冲突风险预测模型。以某机场为例,采用C语言编写仿真程序,模拟该机场终端区跑道中心20 km范围内的航空器飞行轨迹。预测不同通航活动区设置条件下的飞行冲突风险,并确定运输机场周边通航活动区范围。预测结果显示,飞行高度限制为1 000 m时,将案例机场的该低空空域划设为非管制的监视空域,通用飞机与运输飞机之间的飞行冲突风险小于2×10-5,处于可接受安全水平。     

考虑滑行轨迹时空交叠的机场热点识别方法

为研究无场监雷达设施的大型机场航空器地面滑行冲突,构建航空器地面滑行冲突模型,提出基于广播式自动相关监视(ADS-B)数据并考虑航空器滑行轨迹时空交叠的机场安全热点识别方法。首先,分析2架航空器通过某滑行道或交叉道口的时间是否重叠,且航向差和距离是否满足阈值约束条件,以此识别机场热点;然后,重点研究机场热点随航向差阈值和距离阈值的变化情况;最后,用该方法识别西南某机场的安全热点,并将其与机场图中的热点位置进行对比分析。研究表明:用考虑航空器滑行轨迹时空交叠的机场热点识别方法所识别的机场热点位置更符合实际管制运行情况,能有效降低场面滑行冲突发生概率。     

基于容量损失的交叉航路高度层分配

我国空中交通网络越来越复杂,航路交叉点附近的冲突日益增多,调配冲突时需令航空器改变高度层,这却会导致航路容量损失。计算了航空器改变高度层时对其他高度层造成的容量损失系数,并在此基础上以最小化容量损失为目标建立模型,设计了启发式算法,以航路交叉点附近的4架有冲突的航空器为例进行仿真计算。仿真结果表明,该模型可以根据航路各高度层实时飞行流密集情况,求出使航路总容量损失系数达到最小的航空器避让方案,从而减少航路上的容量损失,提高空域资源利用率。     

基于模糊数的机场滑行冲突预测方法

为减轻机场高峰时段的地面延误，提高滑行道系统的鲁棒性，保证机场场面的安全、高效运行。首先，根据对航空器滑行过程的分析结果，并结合模糊数的概念，提出用三角模糊数表示航空器在各个滑行道区段的滑行时间，以更好地体现滑行时间的模糊性；然后，以历史运行数据以及航空器的性能数据为基础，利用工作流网建立航空器滑行三角模糊数工作流网模型，并作一致性验证；最后，结合一致性验证的结果，以三角模糊数的隶属函数为基础，给出滑行冲突概率的计算公式和冲突可能发生的时间的计算方法。结果表明：滑行冲突预测方法能够计算出航空器在滑行道路段发生冲突的概率以及冲突发生的位置和时间；并通过蒙特卡罗随机模拟试验，所得结果证明所提方法具有较高的准确性。     

基于相依网络模型的扇区航空器分流方法研究

当某个扇区因突发状况而对航空器的管控力度不足时,需要对扇区内的航空器进行分流.依据空中航空器的冲突关系、管制员的移交关系及管制员对航空器的指挥关系构建管制-飞行状态相依网络模型.通过此模型,在综合考虑分流后管制员的负荷及对所有航空器管控难度的前提下设计优化目标,并采用粒子群算法求解找出最佳分流方案.该方案能够使分流后管制员负荷分布更加均匀,有效减少管制员因负荷过大而出现人为差错的安全风险;降低整体的管制难度,提高管制系统的可靠性和稳定性.     

一种基于支持向量机的飞行冲突探测方法

管制运行过程中,飞行冲突探测与解脱是安全运行的一个关键环节.使用具有二分类能力的支持向量机(SVM)对飞行冲突数据进行学习,得到具有冲突探测能力的SVM模型,再结合飞行趋势探测模块的结果,从而实现高效准确的飞行冲突探测.将实际的ADS-B数据分为训练组和验证组,利用训练组训练SVM,得到具有分类能力的SVM,再利用验证组数据对SVM的分类能力进行检验.结果表明,在最优的参数g与C的情况下,分类准确率达到98％,表明结合飞行趋势探测模块与支持向量机可以利用飞机的经度、纬度、高度、速度与航向等ADS-B信息,准确判断飞行冲突.     

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。     

基于异常因子的航空器飞行轨迹异常检测研究

为保障终端区航空器飞行安全,提高空域运行效率,提出了一种基于异常因子的航空器飞行轨迹异常检测方法.首先,给出了航空器异常轨迹的定义和分类,同时考虑轨迹的时空属性,采用基于时间比的自顶向下算法进行轨迹分割;其次,建立了基于密度聚类的轨迹段相似性模型,找到每类簇的中心轨迹;最后,利用中心轨迹计算每个轨迹簇的信息熵作为异常因子,同时取航空器飞行距离为另一异常因子,得到轨迹异常值,通过比较异常值的大小及其分布特点实现轨迹异常检测.结果 表明,该方法可以有效识别异常轨迹,且对比发现以轨迹信息熵和飞行距离作为异常因子时,异常检测效果更好.     

考虑等待位置的航空器交叉滑行冲突概率模型

为解决交叉道口冲突范围定义不完整等问题,提出了航空器交叉滑行冲突概率模型。该模型针对交叉滑行道结构特点,以T型交叉口为例,综合等待位置、机身长度、喷流范围等要素,扩展冲突区域,基于实时速度、位置变化构造冲突概率模型,并利用速度分布密度函数对模型求解。仿真验证表明:模型能计算不同运动状态的中型机在T型交叉口处的冲突概率,T型道口等待位置对冲突概率影响较大,等待位置较近将造成冲突判断延迟,等待位置较远会产生虚警误判,致使滑行中断。利用实际滑行轨迹验证,结果表明:模型能够再现T型道口上2架中型机滑行冲突产生、发展及解脱过程,计算结果与实际运行情况一致,能为管制员、飞行员提前判断冲突,及时采取措施提供依据。     

雷暴天气下基于多航空器冲突避让的路径规划

为提高雷暴天气下的飞行安全,降低管制员雷达引导绕飞雷暴的工作负荷,避免飞行冲突,进而减少多航空器在雷暴天气下改航的状况,首先构建编码空域信息矩阵,用栅格化的方式描述雷暴危险区,明确雷暴危险区对航空器产生的安全威胁;然后针对发生冲突且需要绕飞雷暴危险区的前后2架航空器,提出基于冲突避让的改航路径规划模型,并确定其约束条件;最后引入人工势场法,改进传统蚁群算法中的启发信息因子,以提高模型路径搜索的有效性。结果表明:运用改航路径规划模型可以得到块状、带状、散点状危险区避让冲突的改航路径规划仿真图;经规划后的路径,可避免2架航空器发生冲突,采取合理避让措施。     

非合作大型UAVs飞行冲突预测方法研究

为降低非合作大型无人机(UAVs)之间的碰撞风险,首先在分析大型UAVs运行方式的基础上,提出基于UAVs运行管理平台的非合作大型UAVs飞行冲突预测机制和程序;然后建立基于UAVs飞行状态数据的飞行冲突预测模型,分别预测水平和垂直2个方向上的飞行冲突,进而判断是否存在飞行冲突,并分析冲突告警阈值,防止UAVs地面站过晚收到告警信息;最后利用3架UAVs实时飞行状态数据实例分析模型并验证该模型的可行性。结果表明:所提的冲突预测机制和程序可以实现非合作大型UAVs之间的冲突预测和预警;冲突预测模型可以准确判断是否存在飞行冲突并计算飞行冲突发生的时间。     

终端区航空器异常轨迹识别研究

为保障终端区航空器飞行安全,减轻管制员工作负荷,首先,综合考虑航空器轨迹位置、速度和高度等因素,提出终端区航空器异常轨迹的定义和识别流程;其次,建立基于速度修正系数的轨迹相似性模型,采用谱聚类方法对终端区航空器轨迹自动分类;最后,计算每类轨迹数据分布的特征,选取2条中心轨迹来表征每类轨迹的位置特征,提取轨迹间相似性距离和飞行距离作为异常特征因子,识别航空器异常轨迹。结果表明:用基于速度修正系数的轨迹相似性模型,能够实现航空器轨迹自动分类,分类结果较为合理准确;改进异常特征因子,设置2条中心轨迹时,相较于设置1条中心轨迹,检测效果更好。     

空中交通管制进近程序间隔安全性评估模型

空中交通的飞行冲突问题日益严重,笔者认为对空中飞行碰撞风险问题研究非常必要,旨在建立进近程序间隔评估模型。通过对影响进近间隔因素的分析确定了各因素对进近间隔的影响程度。应用假设平移法证明了导航台(VOR/NDB)顶空盲区内飞机报告过台位置偏离顶空盲区中心的距离与该距离下报告的飞机数量服从正态分布。应用概率等数学方法计算求得各因素决定的间隔,由各因素间的相互关系确定了模型间隔如何满足各因素确定的间隔。建立了进近间隔评估模型并对模型进行了验证和推广。     

低空无人机飞行冲突分类探测与差异解脱方法研究

针对低空空域这一民用无人机当前的主要活动空间，为解决低空无人机飞行冲突问题，保证无人机飞行安全，提出了一种无人机飞行冲突分类探测与差异解脱方法。首先，在分析无人机低空运行模式的基础上，从对头、交叉和追赶等视角构建低空无人机异质飞行冲突场景，设计了基于安全间隔的无人机飞行保护区，建立了基于改进速度障碍法的无人机飞行冲突探测方法；然后，采用调整高度、航向和速度的飞行调配思路，设计了无人机飞行冲突解脱策略及其适用条件，构建了以最小化冲突解脱时间成本为导向的无人机飞行冲突解脱策略最优配置规则及实施流程；最后，设计多种典型冲突场景对所提方法进行了仿真验证，并分析了时间约束的敏感性。仿真结果表明，所提方法可对低空空域内潜在的无人机飞行冲突进行有效探测，并实现异质冲突场景下解脱策略优先级的科学配置，最优解脱策略的求解时间可控制在2.5 s以下。研究成果可为提升低空空域系统内无人机运行安全管理水平提供依据。     

飞行事故概率模型与风险评估方法

以事故统计为基础,建立了飞行事故概率模型与随机过程模型,对飞行安全可靠性指标进行定量评估。根据独立性假设,推导了飞行风险的概率分布,并给出飞行安全重要指标间的关系。假设飞行事故发生是Poisson过程,导出了飞行安全可靠性概率指标的区间估计计算方法。实例计算表明,通过统计量可以对飞行安全进行风险评估,根据飞行事故风险概率等级要求得到评定等级。