基于扇区单元的航路交通流复杂度研究

空中交通航路交通流复杂度越来越高,威胁整个航路的正常运行,严重时甚至影响航空器的运行安全。为研究和解决扇区航路交通流复杂度较高的问题,了解了造成航路交通流复杂度较高的原因。基于航空器的基本运动学方程,列出了航空器运动过程中27种典型的飞行状态组合。考虑航空器的临近效应、速度差异和汇聚梯度3个影响航路交通流复杂度的主要因素,分别建立了相应的测量模型,从3个方面研究对航路交通流复杂度造成的影响,然后采用加权求和的方式求得三方面综合对航路交通流复杂度的影响程度。以雷达模拟机数据作为仿真验证对象,通过MATLAB软件对建立的模型进行了仿真验证     

航路实时保护区模型的建立研究

航空安全意义重大,而交叉点安全间隔对航路运行意义非凡。为更好地保障航空器安全,减轻管制员工作负荷,对繁忙航路上的交叉口提出建立航路实时保护区模型,并求得了交叉点与空速、航线夹角之间的函数关系。该模型基于速度的正态分布理论,在标准安全目标水平下反求对应的纵向保护区大小;同时根据相邻航空器的相对空速确定侧向保护区大小。并取两保护区中较大者为保护区警戒线。最后,基于该模型进行算例仿真,在保证航路安全的前提下求解实时航路保护区间隔。仿真结果与实际运行基本吻合,表明该模型在现行航路中是合理可行的。     

基于变异系数-云物元模型的船舶进出港航路设计

为进一步保障出港船舶及在近岸航路航行船舶的通航安全，应对进出港船舶航路的设计方案进行风险评估。鉴于出港航路和近岸航路交叉水域通航安全的特殊性，以该水域内船舶碰撞风险为研究背景，建立了进出港航路与近岸航路交叉水域船舶碰撞风险指标体系。采用变异系数法对评价指标进行赋值，克服了主观赋权法的局限性，提高了评估结果的可信度。同时充分利用云模型理论和物元可拓理论的优点，结合变异系数法构建变异系数-云物元模型对出港船舶与近岸航路船舶交通流冲突水域的船舶碰撞风险进行评估。并以东营港出港航路和近岸航路交叉水域为例，对到达冲突水域前不同备选航路方案进行了安全评价。结果表明，该评价模型正确，实用性强，可用于评价进出港航路设计方案的优选。     

基于复杂网络的空中交通态势风险评估方法

为提升空中交通管理系统运行能力,利用复杂网络理论研究空中交通态势风险的客观测度方法。以航空器、航路点、航路为节点,提出这3类节点间风险关系的计算方法,并以风险关系为边,建立动态加权空中交通网络模型;将网络中所有边的权值总和定义为空中交通态势总体风险值;选取典型空中交通情景计算验证模型的有效性。研究表明:空中交通态势风险值随航空器之间汇聚度、航空器与关键点接近度以及航空器偏离航段程度的增强而增大,反之亦然。因此,该方法综合空域结构和交通流特征对空中交通态势的影响,量化了空中交通态势的风险程度。     

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。     

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。     

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。     

RVSM空域航空器大高度偏差垂向碰撞风险评估

为了增加空域容量,缩小垂直间隔(RVSM)在全球范围内广泛实施,运行RVSM必须在实施前和实施后都应对RVSM空域进行安全评估,使其符合国际民航组织系统性能规范要求.根据北大西洋和欧洲地区采集的相关数据,结合我国大高度偏差(LHD)统计数据,通过改进Reich碰撞模型,计算在RVSM空域同航路的航空器因操作性误差引起大高度偏差时在垂直方向上的碰撞率.计算结果表明,总的RVSM运行风险小于规定值,航路垂直间隔标准在给定的飞行环境下是安全的.     

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。     

基于事故树的空中交通管制员情景意识分析

为更系统地研究管制员的情景意识,找出导致管制员情景意识丧失的主要因素,运用事故树分析法、采用自上而下的方式对管制员情景意识丧失的原因进行逐层分析,建立管制员情景意识丧失事故树模型。通过进一步计算事故树的最小割集和各基本事件的结构重要度,计算各基本事件的结构重要度系数,对比得出情景意识丧失的各个基本事件的重要程度及各事件之间的关系。结果表明,造成情景意识丧失事故的主要原因是轮班制度不合理、睡眠效率低及对特情不熟悉、飞行冲突预判能力弱。     

一种基于Logistic回归的全损飞行事故分析与预测

运用Logistic回归方法分析全损飞行事故的影响因素,并构建预测模型,然后利用飞行事故案例进行了实证检验。通过对样本数据过离散、空单元、多元共线性和特异值、特殊影响案例的诊断,以及对模型的拟合程度和预测效果的检验,表明所构建的模型比较符合现实情况,而且具有较好的拟合程度和预测效果。模型指出航班类型和机龄因素具有统计学意义,国内航班比国际航班的全损概率要高;机龄越老,全损概率越高。     

自由飞行下基于航空器定位误差修正的碰撞风险研究

自由飞行能够提高空域容量从而缓解空域拥挤问题,在保障自由飞行安全性的基础上尽可能减小飞机的安全间距,需要研究自由飞行条件下飞机的安全评估问题。分析了所需CNS性能、防撞系统、风的因素等自由飞行下航空器定位误差的影响因素,考虑到航空器定位误差在短时间内具有累积性,提出采用INS、GPS数据融合算法对定位误差进行周期性修正。给出修正后的航空器定位误差分布在时间上的变化规律,并将其运用到自由飞行下碰撞风险评估中。结果表明,碰撞风险随安全间距增加呈下降趋势,以1.5×10-8次/飞行小时的目标安全水平为例,对航空器定位误差修正的最小安全间距为8 600 m,不对航空器定位误差进行修正的最小安全间距为9 100 m。     

侧风对近距平行跑道配对运行安全的影响*

为探究侧风对配对运行时间间隔及跑道容量的影响,基于飞机近距平行跑道的管制要求和运行理念,根据尾流的产生过程、运动特性及配对进近运行模式的特点,对有侧风作用下配对飞机之间的最大时间间隔及跑道容量进行研究。针对侧风加速尾流消散的情况,阐述有侧风影响时实施配对进近的条件,建立侧风影响下飞机配对时间间隔变化模型,并分别从侧风风力大小和风向角度2个方面对不同配对机型下的最大时间间隔和跑道容量进行分析;以上海浦东机场跑道为例,计算侧风影响时不同配对机型下的配对时间间隔。研究结果表明:本文所构建模型可以准确把握侧风影响下配对运行飞机之间的特征,模型具有可行性,研究结果可为我国平行跑道建设提供参考。     

空中危险接近的系统动力学机理及仿真研究

为了探索空中危险接近的形成过程与反馈机制,运用系统动力学的方法深入分析了空中危险接近影响因素间的复杂相互作用和回馈效应,建立了空中危险接近发生机理的动态模型,包括管制服务、人力资源和安全三大子系统,利用Vensim软件对其进行模拟仿真,可预测不同场景下空中危险接近的变化趋势。结果表明:乐观场景时,2005—2015年空中危险接近数量呈缓慢增长趋势,2015年之后保持不变,这表明在国内航班量稳步增长时,空中危险接近事件的数量不变,事故率越来越低;悲观场景时,空中危险接近数量一直处于上升趋势,2021年之前缓慢增长,这表明虽然设备故障率和管制员的防撞培训频率不高,但缩短TCAS(Traffic Alert and Collision Avoidance System,空中交通预警和防撞系统)反应时间能在短期内明显提高管制员的专注程度,从而延缓空中不安全事件的数量增长,但随着2021年后指挥架次的增加,反应时间越短,空中危险接近事件会越多。     

基于粗糙集与遗传算法的航空器空中相撞事故因素分析

为高效准确挖掘航空器空中相撞事故与相应事故致因因素间的规律,利用事故数据,提出一种基于粗糙集和遗传算法的分析模型。首先运用粗糙集理论对SHELL模型提供的第一层次因素进行重要性程度排序,并确定其权重;然后分析事故中各环节的具体因素,结合遗传算法对这些子因素进行约简,约简时重点考虑重要度高的主因素,确定最终的事故因素及其决策规则;最后,实例分析得出导致事故的主要因素为机组违规、管制差错与违规、气象和空域。实例分析结果表明,该模型与算法能适应航空事故数据特点,能客观描述几个主要因素与事故发生之间的关联关系。     

基于机位可调整的航班空中备降优化

为了解决航班空中备降无序的问题,缩短备降时间进而降低运行风险,严格遵照实际飞行运行要求,综合飞行时长、机位属性、备降机场容量等运行限制,将可用机位设为动态调整项,运用整数规划方法,借助Matlab工具构造以备降总时间最短为目标的优化模型。通过对历史运行数据的整理,对2016年3月19日西南地区某日的备降状况进行仿真。结果表明,当备降机场成都、贵阳和西安的使用机位集合为{3:2:2}时,7个航班备降时间平均可缩短12 min,此时优化效果最佳。实际航班数据验证结果较为理想,表明该方案可行有效。     

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。     

Systemic accident risk assessment in air traffic by Monte Carlo simulation

A systemic accident model considers accidents as emergent phenomena from variability and interactions in a complex system. Air traffic risk assessments have predominantly been done by sequential and epidemiological accident models. In this paper we demonstrate that Monte Carlo simulation of safety relevant air traffic scenarios is a viable approach for systemic accident assessment. The Monte Carlo simulations are based on dynamic multi-agent models, which represent the distributed and dynamic interactions of various human operators and technical systems in a safety relevant scenario. The approach is illustrated for a particular runway incursion scenario, which addresses an aircraft taxiing towards the crossing of an active runway while its crew has inappropriate situation awareness. An assessment of the risk of a collision between the aircraft taxiing with an aircraft taking-off is presented, which is based on dedicated Monte Carlo simulations in combination with a validation approach of the simulation results. The assessment particularly focuses on the effectiveness of a runway incursion alert system that warns an air traffic controller, in reducing the safety risk for good and reduced visibility conditions.