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。     

基于改进多目标粒子群算法的航空器改航研究

针对影响航行安全的动态危险天气,提出了一种基于改进多目标粒子群算法的改航路径规划方法。首先,获取实时动态气象数据,利用栅格法对改航环境进行建模并采集危险天气区域初始边界点的历史气象数据。然后采用灰色预测模型对上述初始边界点坐标进行位置预测,进而建立改进后的实时动态环境模型。最后利用改进环境模型的多目标粒子群算法对改航路径进行动态规划。在考虑改航路径角度和距离等约束条件的基础上,确定了改航路径危险系数和距离最优的双目标函数。对中东部沿海某次短时危险天气下的航空器改航进行仿真分析,仿真结果表明改进后算法具有一定的有效性和可行性。     

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。     

基于机动避让程序的配对进近安全前界计算

针对配对进近中配对前机由于错误进近闯入配对后机航向道的情形,提出3种机动避让程序;根据2架航空器的相对运动关系建立平面直角坐标系,在此基础上构建机动避让程序模型,并对最后进近阶段2架航空器的纵向间隔进行计算;然后提出确定配对进近安全区域前界的5个步骤;最后利用上海虹桥国际机场的相关数据对模型进行仿真,计算多种闯入角度和避让角度组合下,不同侧向间距的最小安全区域前界。仿真结果表明:跑道中心线间距越小,配对的2架航空器所需的最小纵向安全间隔越大;而闯入飞机的闯入角度越小,2架航空器所需的最小纵向安全间隔越小;该方法还可以实时定量计算近距平行跑道配对进近方式下的安全区域前界。     

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。     

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。     

危险天气影响航路飞行区域的划设及评估

危险天气影响区域的划设是进行航班改航路径规划的关键,笔者提出一种新的飞行受限区域划设方法及评估方案。针对现有方法的不足,提出基于Graham算法的初始飞行受限区划设方法。在此基础上,综合考虑危险天气的移动、边界变化和随机因素的影响,提出动态飞行受限区的划设方法,并给出3个用于评估飞行受限区划设优劣的指标。最后,以我国西南雷暴多发地区为例进行仿真验证,结果表明,笔者所提方法能够快速有效地对危险天气进行划设,弥补了现有方法的不足,具有很强的应用性。     

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。     

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.     

非调度因素对航空器除冰保障能力的影响分析

为研究非调度因素对繁忙机场冬季航空器除冰保障能力的影响,缓解不完整信息条件下航空器除冰需求激增所引发的安全运行压力,采用多目标0~1整数规划构建除冰航空器分配模型,并以我国某典型冬季繁忙机场3年降雪季的13 681架次除冰航班为样本,比较多种非调度因素不同组合下的20种情境,分析非调度因素对航空器除冰保障能力的影响。研究表明:极端降雪天气下,充足的除冰资源投入比资源使用方式优化更能有效提升保障能力;小雪及无降雪(除霜)天气下,航班时刻编排不合理可能导致与除冰资源投入和利用无关的保障压力;除冰资源投入量及使用限制程度共同影响航空器除冰保障能力。     

非战争军事行动下飞行受限区的划设方法

非战争军事行动是区别于战争形式的维护国家安全的重要手段,针对非战争军事行动对民航飞行安全影响较大的现状,根据非战争军事行动的特点,分析用空对象对空域的使用需求及影响因素,进而用Graham算法划设初始飞行受限区并加入飞行安全间隔,在此基础上运用平移法增加受限区移动轨迹得到新的飞行受限区,再运用外推法,结合航空器飞行基础动作所需空域的数学模型,描述飞行受限区的边界变化情况,提出一种对非战争军事行动下飞行受限区的划设方法,以便于民航航班改航。     

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...     

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。     

多机空战训练空域军民航飞行安全研究

为科学地划设军航训练空域,有效避免军民航飞行冲突,采用Event模型,仿真模拟军航飞机的标称航迹,计算军民航飞机在导航误差、军航飞行员操作误差、侧向风等因素影响下的侧向重叠概率,构建碰撞概率模型,研究军民航碰撞风险;然后,以二对一空战"钳形攻击"训练为例,结合多机飞行的复杂性和多变性,利用模型计算出符合国际民航组织(ICAO)安全目标等级的训练空域安全余度;最后,分析军民航飞行安全性,研究军航飞行训练方法,给出相应建议。结果表明:在所指定飞机机型的情况下,在训练标称航迹外侧增加8 km的安全余度,能使军民航碰撞风险满足ICAO的要求。     

吴顺生

吴顺生同志l％X）年毕业于中国民航飞行学院，后历任飞机驾驶员、飞行教员、飞行副中队长。1968年改飞直升机后，悉心钻研直升机理论，从而在直升机驾驶方面成为我国第一个驾驶航空器在海拔3500米高度执行招低空探矿飞行任务、第一个担任机长执行近海飞行服务任务、第一个担任机长在青海高原为外国公司提供吊运和吊装飞行服务的民航直升机驾驶员，是中国民航特级飞行安全奖章获得者。1983年调民航总局工作，开始研究民用飞行安全管理问题，先后主持和参与多部管理文件和规章的起草和审定工作。1988年参加中国民航学院举办的航空器失事预防…     

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。     

鱼骨式航路网络建模及抗毁性分析

为保障航空器航路飞行安全,提高恶劣天气、军事活动等事件发生时航路运行效率,针对单条完整航路及进出此航路的航线段,基于复杂网络理论建立鱼骨式有向加权航路网络模型;建立度、加权度、介数等抗毁性攻击的去点指标,分析指标特性及在蓄意去点攻击和随机去点攻击条件下航路网络抗毁性;以中国A593航路为例,进行实例验证。结果表明:鱼骨式有向加权航路网络负向匹配;航路网络对基于度、加权度、介数等的蓄意去点攻击的抗毁性低于其对随机去点攻击的抗毁性。