基于飞行环境建模的UAV地面撞击风险研究

无人机(UAV)的任务工况与环境场景对飞行安全影响极大,为研究不同飞行环境对UAV地面撞击风险的影响,需要分析不同运行工况下的UAV地面撞击事故的边界条件。首先分析影响UAV运行安全的飞行环境因素,考虑不同任务场景的地面人口密度和遮蔽物保护能力,并引入环境影响因子,用以分析不同环境场景的气象、地理和通信等要素;然后以每飞行小时地面撞击事故伤亡人数为评价指标,建立UAV地面撞击事故评估模型;最后计算不同UAV在多种任务场景和环境场景工况下的风险参数,并加以对比。结果表明:飞行环境中的气象、地形和通信等因素对UAV地面撞击风险影响较大,随着环境场景的恶化,UAV运行每飞行小时伤亡人数量级也有较大变化,增加幅度从10~(-8)上升至10~(-5)。     

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...     

疫情背景下铁路旅客安全出行路径规划方法

为降低疫情期间旅客出行感染风险,助力科学精准的疫情防控,提出考虑实时区域感染风险的铁路旅客安全出行路径动态规划方法。首先,基于概率风险理论,将区域感染风险定义为区域疫情爆发概率和疫情影响程度的函数,考虑旅客交流强度、区域人口及流动性,评估区域感染风险;其次,综合考虑区域感染风险、旅行时间与旅行费用,运用Logit模型得到广义出行成本,将路网相邻服务节点间的广义成本作为网络边的权值,进而构建考虑旅行感染风险的铁路出行服务网络;最后,基于疫情背景下旅客出行需求与出行路径决策原则,建立以广义出行成本最低为目标的铁路旅客安全出行路径规划模型,并运用Dijkstra算法求解。以衡水至北京的路径选择为案例,将所提方法与仅考虑旅行时间、旅行费用的路径规划方法进行对比,并分析各路径方案实际客流分担率的变化。研究结果表明：基于铁路服务网络的旅客出行数据,利用所提方法可以评估疫情感染风险,且风险评估结果与实际感染人数存在显著相关性;旅行感染风险是影响旅客选择出行路径的重要因素,造成了广义出行成本显著增加,所提方法的路径规划结果与疫情期间旅客实际出行特征基本相符。     

散点状分布危险天气下的终端区动态改航方法

为保证终端区受散点状分布危险天气时的运行安全和运行效率,提出终端区动态改航方法,以改善终端区受散点状分布危险天气时的运行安全和运行效率。基于Bézier曲线的基本特征和多普勒雷达,识别散点状分布危险区域,设置控制路径走向的控制顶点,生成组成改航路径的平顺曲线段和转角曲线段;通过多目标规划求出最优改航路径,按照固定的时间跨度更新控制顶点,得到动态改航路径。在一个应用实例中,总飞行时间和飞行距离分别增加5.53%和7.10%,最大转弯角度减小24.3%。结果表明,危险天气中心距离原始路径越近,或危险天气尺度越大,改航路径偏离原始路径越明显,改航距离越长。     

运输航空飞行安全风险评价方法

为研究中国民用运输航空飞行安全风险,提出一种基于不安全事件调查报告和快速访问记录器(QAR)数据的运输航空飞行安全风险评价方法。首先,依据风险源事件后果严重程度不同将风险分为显性风险和隐性风险,再根据风险源事件的10年平均风险贡献度大小将风险分为直接风险和或有风险,进而得到运输航空飞行安全风险分类;然后,建立运输航空飞行安全风险评价指标体系和风险评价模型;最后,以2017年中国民用运输航空实际运行不安全事件和QAR超限事件数据验证所提评价指标体系和模型的合理性。结果表明:运输航空飞行安全风险评价结果与该年度中国民航航空安全报告中安全风险分析结论基本一致。     

火场环境下无人机热损伤试验研究

无人机(UAV)逐步运用于火场搜救,但同时会因为火场高温而受损,为提高UAV在火场救援中的工作效率,设计一种UAV动态测试平台,开展UAV火场飞行试验;分析火场环境下UAV的热损伤情况,探究UAV在火场中的机身温度变化特征和UAV火场飞行安全距离。结果表明:火场热辐射和热对流是造成UAV热损伤的主要形式;旋翼产生的气流场对UAV机身有较为明显的降温效应,在试验工况下最高有25.6℃的降温作用;UAV与火焰的相对距离减少会增加机身的热损伤,在距离0.8 m处开始发生不可逆热损坏,试验工况下UAV火场飞行的安全距离为0.8 m。     

基于潜在生命损失的危险化学品仓储区规划选址和安全布局方法研究

在现有基于风险的土地使用安全规划方法的基础上,通过引入潜在生命损失这一综合风险评价指标,建立了基于移动危险源潜在生命损失的危险化学品仓储区规划选址模型和基于固定危险源潜在生命损失的仓储区安全布局优化模型。在此基础上,提出了危险化学品仓储区规划选址和安全布局优化方法,并通过案例分析验证了该方法的适用性和可行性。采用该规划选址和安全布局优化方法可提高区域土地使用安全规划的效率,为进行城市重大危险源的规划选址和安全布局提供了新的思路。     

基于ARAMIS方法的化工区火灾事故扩展风险预测

化工区在创造规模效益的同时,也带来了区域性的高风险。化工区事故场景及扩展风险的分析已成为保障化工区安全稳定运行亟需解决的关键问题。基于工业事故风险评估方法,考虑安全屏障的安全功能对风险的削减作用,建立了改进的领结图,并引入经典风险矩阵以实现对装置事故场景的初步构建;在考虑传统的事故概率和严重度的基础上,将区域的脆弱度作为化工区事故扩展风险的重要表征要素,得到化工区事故在区域内所能形成的扩展风险的分布,进一步丰富了区域风险内涵。以某化工装置区为例进行分析,结果表明,该方法可为化工区事故扩展效应的预测及土地使用安全规划提供必要的技术依据。     

仪表转场飞行训练风险评估

为提升飞行学员的仪表转场飞行训练安全水平,根据仪表飞行规则要求和航空运行控制理论,制定仪表转场飞行训练的程序和风险评估方法;建立仪表转场飞行训练的空域碰撞风险和线路安全超障模型和算法;构建完整的仪表转场飞行放行评估流程,确定飞行程序实施风险评估流程和评价指标体系,将仪表转场飞行训练内容按照航线运输飞行模式展开;以加拿大红鹿基地经典仪表转场飞行训练考试为例,验证该方法的可行性。研究结果表明:通过建立空域碰撞和飞行路线安全超障的模型算法,系统分析各航行要素,可实现对仪表转场飞行训练内容和环节的安全风险定量评估。     

机场净空区无人机扰航监管演化博弈研究

为确定无人机(UAV)操控者不安全飞行的影响因素及其演化路径,提升对机场净空区无人机扰航的监管水平,综合采用演化博弈理论和系统动力学(SD),探讨无人机扰航监管中行为选择的情境条件。从机场净空区无人机扰航事件的成因出发,构建机场安全监管部门和无人机操控者的博弈支付矩阵,分析博弈系统均衡点的局部稳定性;在此基础上建立SD模型,仿真分析不同参数变化对演化趋势和结果的动态影响。结果表明:对无人机操控者不安全飞行加强追踪、加大处罚力度,能够增加无人机安全飞行的概率;从监管涉及的主体和对象入手提高安全监管的有效性,有利于长效促进无人机安全飞行,减少机场净空区无人机扰航事件。     

通用航空山区救援安全航迹规划模型

针对通用航空山区救援飞行环境的高复杂度地形问题，提出了一种基于改进型蚁群算法的三维救援航迹规划模型。首先，获取真实的山区地形环境数据，根据安全飞行规则，利用格栅法建立三维飞行环境模型。然后，以路径最短为目标函数、以航空性能为约束条件建立航迹规划模型。最后，利用改进型蚁群算法对模型求解，通过合理设置初始信息素分布和信息素更新规则，改进型蚁群算法，并对西南山区某次通航救援进行了救援航迹规划仿真。改进算法得到的飞行路径与球面直线的距离误差控制在15%以内，且飞行航路的俯仰角和偏转角均满足安全飞行规则，偏航次数较少。研究表明，对于山区环境下的通航应急救援航迹规划问题，提出的改进蚁群算法能够实现对障碍物的规避和对最优航迹的快速搜寻，保证了救援任务的安全性、高效性和可靠性。     

基于灰色多层次的航空公司飞行安全评价研究

针对影响航空公司飞行安全诸多因素具有的灰色性,引入灰色理论对航空公司飞行安全进行风险评价,从机组、飞机、环境和管理4个因素,提出航空公司飞行安全风险评价的指标体系,采用层次分析法(AHP)确定评价指标权重,建立基于灰色多层次的航空公司飞行安全风险评价模型。根据建立的模型,对国内某航空公司飞行安全状况进行评价,通过分析认为该航空公司的飞行安全介于高风险与较高风险之间,急需加强安全防范,尤其应该加强对飞行安全管理。综合评价的结果为航空公司制定飞行安全措施及预防对策提供科学的依据。     

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。     

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。     

承压类特种设备使用过程风险分级方法研究

基于风险分析理论,针对承压类特种设备使用运行过程的风险状态,建立了承压类特种设备运行过程的实时风险定性分级模型与定量分级模型;并应用AHP方法设计建立了设备风险分级评价指标体系及权重体系;最终结合风险可接受准则,依据设备运行的现实风险评价分级结果,可将承压类特种设备划分为风险高中低不同类型的设备,以采取相应的安全检验及监管措施,实现基于风险的特种设备科学分级分类,从而为提高安全监管效能提供技术方法支撑。     

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。     

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STAMP模型的军机飞行训练安全性分析

为系统地量化分析军机飞行训练的安全性,基于系统理论事故模型与过程(STAMP),识别军机飞行训练中的风险源和安全约束条件,明确风险因素;构建军机飞行训练仿真模型,将各风险因素转化为仿真系统输入量,通过仿真得到不同条件下的军机飞行参数,根据对飞行参数的不同安全要求定义风险度,定量描述军机飞行训练安全状况;通过案例分析,验证该模型的有效性。结果表明:军机飞行训练仿真模型从系统的角度充分考虑各风险因素特别是人为因素对飞行安全的影响,能够量化分析飞行训练安全水平。     

基于贝叶斯网络的物流无人机失效风险评估*

为降低城市物流无人机（UAV）失效坠落风险,通过考虑其运行环境和系统故障等因素的影响,以城市物流无人机运行数据为基础,从系统故障、运行环境和人为因素3方面提取失效诱因;分析物流无人机失效模式,并构建意外坠落事故的贝叶斯网络;基于所建网络和失效诱因发生概率分别计算不同工况下意外坠落事故及各中间事件概率,并基于网络拓扑结构展开反向推理,推演事故的主要失效诱因。结果表明:物流无人机正常运行时发生安全事故的概率为6.54×10-3;其中,电池电量不足、桨叶失效和电池故障是坠落事故的主要诱因,计算结果可为无人机运行安全风险防控提供依据。