基于TOPAZ的无人机冲突解脱安全评估技术

针对当前无人机空域运行安全评估体系缺乏的现状,利用TOPAZ构建了一种用于无人机飞行冲突解脱技术的安全评估体系。构造了无人机的空域运行环境,加入单机45°交叉相遇、90°交叉相遇和双机同时交叉相遇的冲突场景。选取一种典型的无人机冲突解脱算法作为安全评估对象,依据TOPAZ的评估流程展开了系统的评估,得出冲突解脱算法的安全水平。对冲突解脱算法提出了改进方案,加入了动态的启发式因子,有效提高了冲突解脱技术的安全性能。通过基于TOPAZ的迭代评估过程进一步找出了无人机冲突解脱算法的安全瓶颈所在,证实了当前各类冲突解脱技术还无法满足有人机与无人机共域飞行的安全需要。     

非结构化空域下无人机冲突风险评估指标研究

为解决无人机自由混合飞行时的冲突风险评估问题，采用建立体系-筛选指标的方法，开展非结构化空域下无人机冲突风险评估指标研究。首先，基于非结构化空域下无人机冲突风险特性，分别从冲突可能性和冲突严重度2个维度建立风险评估指标体系；然后，依据信息含量最大和冗余信息最小等指标筛选原则，利用因子载荷绝对值与因子方差贡献率相结合的方法计算指标信息含量，并利用皮尔逊相关性分析计算各指标间的相关系数，筛选出无人机冲突风险评估关键指标；最后，以城市低空空域为运行场景开展仿真试验，对指标进行验证。结果表明，筛选出的关键指标垂直轨迹误差、冲突关联程度、平均冲突时长和冲突解脱难度兼具代表性和独立性。     

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.     

危险天气下4D改航回归航迹规划方法

为解决航班因危险天气临时绕飞导致的航迹冲突问题，提出一种面向航迹运行(TBO)的4D改航回归航迹规划方法。首先，根据航空器性能限制，栅格化空域，使用蚁群算法与轮盘赌法，以改航路径最短为目标，生成三维空域内危险天气下的改航路径；然后，提出航迹回归概念，根据预计到达时间(ETA)计算改航速度，对齐时间得到4D改航航迹；最后，以我国中部某主要航段为运行场景，选取3个航迹回归点，采用“调速+等待”策略，计算避让危险天气的三维可行航迹，以燃油消耗与排放成本的计算结果与改航航迹产生的冲突为参考，评估各改航方案。结果表明：当选择最晚回归点时，改航方案3燃油消耗为5.9 t,温室气体排放量为26.3 t,是3种方案中消耗最少的，但需解脱冲突2次；选择最早回归点的改航方案1未与其他航班出现冲突，但燃油与排放相比方案3增加0.1%和0.2%。以上结果证实，该方案可实现危险天气下选取不同回归点时的4D改航回归航迹规划。     

基于改进蚁群算法的无人机安全航路规划研究

为减少无人机(UAV)坠毁伤人事故发生,首先,通过UAV飞行空域栅格化,以每飞行小时地面人员伤亡数量为指标定义栅格风险因子,创建航路安全代价期望函数;然后,考虑UAV航路代价,探究距离和安全双重约束条件下的航路规划方法,并采用改进蚁群算法规划最优航路;最后,通过城市物流UAV配送场景验证该模型的有效性,并对比是否考虑安全因素对规划航路结果的差异。结果表明:考虑安全因素的规划航路飞行距离和飞行时间增加在30%以内,但航路总行程伤亡人员数量降低可达60%。     

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。     

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。     

基于位置误差概率模型的物流无人机安全间隔评估方法研究

针对未来多架物流无人机飞行在同一航线可能引起的安全冲突问题,提出规划无人机之间的安全间隔以规避运行风险.根据无人机在地面控制系统监控下的飞行特点,结合位置误差概率模型,综合考虑无人机定位误差、速度误差以及侧风的影响,依次建立无人机之间纵向、侧向和垂直方向的碰撞风险评估模型,并得出ICAO安全目标水平下的最小安全间隔.选...     

基于相对熵逆强化学习的飞行冲突解脱方法

针对航路上的飞行冲突解脱问题,提出了基于相对熵逆强化学习的飞行冲突解脱方法。首先基于相对熵的逆强化学习算法从历史飞行轨迹数据中学习隐含的管制员先验知识,并以奖励函数的形式进行量化表达。然后,将奖励函数引入基于深度强化学习的冲突解脱模型,以指引训练模型不断向与管制员解脱方案相似的方向更新。试验结果表明,解脱模型能够学习管制先验知识,且在测试集中冲突解脱率超过73%。研究对于减少管制员工作负荷和提升空中交通管制安全性有借鉴价值。     

考虑货车-无人机协同的灾后应急响应策略及调度优化

为了弥补现有货车-无人机应用策略在灾后应急响应调度过程中的不足，进一步提高城市应急响应效率，提出了面向灾后救援的货车-无人机协同策略，并对其调度算法进行研究。在对两种货车-无人机协同响应策略进行分析的基础上，考虑城市应急场景道路密度高、中断点多、需求规模大的特点，提出了货车-无人机飞行伙伴响应策略，并以响应时间最小化为目标建立了其调度优化的混合整数规划模型。同时，设计了基于禁忌搜索的三阶段求解算法，并通过试验对该调度策略及算法的应用效果进行了仿真验证。     

Bi-PPYOLO tiny:一种轻量型的机场无人机检测方法

机场“黑飞”无人机的检测关系着整个机场的安全问题，机场现有基于雷达手段的无人机探测方法无法正确识别无人机的类型及个数。基于现有雷达探测无人机方法存在的缺点，对PPYOLO tiny目标检测方法在无人机检测中存在的问题进行改进，结合机场“黑飞”无人机的特性和硬件设备部署中模型参数量小的特性，提出了基于Bi-PPYOLO tiny的轻量型无人机检测方法，提出双锥台特征融合结构，并优化检测头部的锚框大小，有效提升了无人机的检测精度。经试验验证，该方法将平均检测精度P_mA从68.07%提升至76.71%,模型参数量为4.06 MB,推理速度为32.21帧/s。所提方法有助于轻量型无人机检测方法在光电设备上的部署与实施，与现有机场无人机探测手段共同保障机场安全。     

基于高斯积分的航空器冲突概率计算方法

为推进新一代空管系统冲突探测技术的应用,保障航空器飞行安全,首先,通过分析现有概率型冲突探测算法的计算难点,构建改进的冲突概率模型;其次,利用勒让德(Legendre)多项式递推公式及牛顿迭代法,实现任意点数高斯-勒让德(Gauss-Legendre)积分的求解,进而通过高斯求积公式计算该模型的冲突概率;最后,仿真模拟相向飞行、交叉飞行以及转弯飞行3种相遇模型,验证该冲突概率计算方法的普遍适用性。结果表明:该方法可以精确估计向前看时间段内航空器之间的冲突概率,积分点数越多,计算精度越高;与扩展区域近似法及蒙特卡罗(Monte Carlo)方法相比,较少点数的冲突概率计算方法有更好的计算精度与效率。     

终端区点融合进场程序运行安全和效率仿真评估

为解决繁忙终端区运行效率低下的问题，提出了一种基于点融合进场程序的终端区运行安全和效率评估方法。首先考虑空域结构、障碍物和下降梯度等限制条件，以成都终端区为研究对象，设计点融合进场程序并对其进行安全性评估。使用SIMMOD软件对传统区域导航(Remote Area Navigation, RNAV)进场程序和点融合系统(Point Merge System, PMS)进场程序进行模拟仿真，对比了两种运行模式下、不同交通流场景下的航班冲突次数和运行时间。结果表明：正常流量情况下，PMS程序较RNAV程序的冲突次数和总运行时间分别减少了80.92%和6.79%;极限流量情况下，PMS程序较RNAV程序的冲突次数和总运行时间分别减少了17.31%和1.21%。研究表明，点融合程序对于正常流量情况下终端区运行安全和效率提升效果较好，极限流量情况下效果不明显。     

空域运行态势评价指标体系优化研究

空域运行态势评估是衡量空中交通运行状况的关键手段。为构建科学合理的评价标准，从空域结构、交通运行、飞行冲突及气象条件4个维度确定了初始评价指标体系。采用灰色关联分析方法和病态指数循环分析方法，从信息重要度和重叠度两个方面优化评价指标体系。依据交通量统计和流量控制信息定义了自由态和饱和态两种数据标签，并基于K-Means聚类方法进行了实证分析，结果表明优化后的评价指标体系对不同扇区标签样本的聚类准确率高达90%以上，可为客观衡量空域运行态势提供技术支持。     

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。     

基于系统仿真的飞行风险科目安全性预测预防方法

为了提高飞行安全预测预防的科学性和透明度,在总结分析其种类和优缺点的基础上,提出了一种基于人-机-环复杂系统仿真的飞行安全预测预防方法的基本思路和评估步骤。选取GJB 626A—2006中的低空大表速科目进行飞行安全预测预防方法研究,通过潜在危险分析给出该科目在飞行中易出现2条事故链,并对故障元件进行可靠性建模。通过人机系统建模对事故场景进行仿真,得到风险决定性参数样本极值,并应用极值理论和马尔科夫法进行定量评估,提出了飞行安全性预防措施。     

道路交叉口冲突仿真分析

针对基于事故的安全评价在数量、周期、均值、随机性等方面以及基于现场冲突观测识别在主观性、可靠性、成本、指标全面性等方面存在的问题,提出基于冲突仿真的交叉口安全预评价分析方法:研究利用安全间接分析(SSAM)模型分析冲突的基本原理和冲突时间(TTC)、遭遇时间(PET)等分析指标的计算方法;以及利用VISSIM仿真软件进行冲突仿真分析应注意的策略。以邢台市某道路交叉口安全改善方案为例,进行改善前后冲突仿真的比较分析。研究结果表明,改善后在通行效率显著提升的同时,交叉、追尾、车道变换冲突的数量均显著减少,TTC值有所增加,说明改善后安全程度有所提升。笔者提出的方法和案例应用为道路交叉口改善措施的安全预评价提供了一种分析途径和有益借鉴。     

一种改进的混合交通交叉口安全仿真评价方法

为解决经典冲突分析模型SSAM中最小碰撞时间方法在冲突仿真中的不足,根据混合交通中机动车、非机动车及行人的运行特征并基于交通冲突理论,提出在交通仿真模型中易于实现的冲突时刻差法,即通过测量任意2股车流经过潜在冲突点的时间,计算冲突发生的时间差值。该方法可以通过交通仿真软件的二次开发方便地实现对混合交叉口交通安全状况的评估。最后以典型混合交通交叉口绿灯间隔评价为例,对比分析了2种方法的适用性。结果表明,冲突时刻差法比最小碰撞时间法更能细致刻画交叉口的安全水平;在不同的绿灯间隔水平下,后一种方法比前者漏检80%以上的交通冲突,冲突时刻差法更能适应混合交通交叉口安全仿真分析评价的需要。     

小群体行为作用下的地铁站疏散模型研究

为研究小群体行为作用对地铁站突发事件人群疏散效率的影响，基于社会力模型理论和智能体技术，构建地铁站人群疏散模型。分析小群体趋向性、协调一致性等行为特征，运用社会力模型理论，计算小群体成员移动速度；量化小群体行为对群体内部成员作用大小，修正成员期望速度，确定人群疏散速度；以某地铁站火灾事故为例，分别模拟单人疏散场景和混合疏散场景。研究结果表明:混合疏散场景仿真时间比单人疏散场景仿真时间延长12.29%，平均绕行距离比单人疏散增加38.8%，小群体行为降低了地铁站突发事件人群疏散效率。     

集成ISM-AHP-SD的机场场面交通冲突风险管控策略效果分析

为厘清造成机场场面交通冲突事故的关键影响因素并制定切实可行的风险防控策略，首先根据机场场面交通系统布置及运行特点，从“人、机、物、管、环”5个子系统全面识别并提取了30个风险因素；其次，运用解释结构模型(Interpretative Structural Modelling, ISM)对上述风险进行了结构化整合，划分了风险的影响层次，明确了风险在各层次间的传递路径及造成事故的根源因素；进而，在此基础上，利用层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)确定了各风险指标的权重，并借助AnyLogic PLE软件构建了机场场面交通风险的系统动力学(System Dynamics, SD)模型，筛选出根源因素中对系统风险管控效果显著的4个因素；最后，在单因素风险防控仿真分析基础上，采用正交试验设计的方法，验证了多风险因素防控策略组合对机场场面交通冲突的协同效应及策略效果。结果表明：在单因素试验中，机场安保环境的风险管控效果最为显著；在多因素试验中，应急救援管理、员工知识与工作技能、机场安保环境及奖罚制度措施的风险水平分别控制在0.12、0.31、0.25及0.2...