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.     

基于注意力分配的管制员调配飞行冲突认知过程研究

发现和解决飞行冲突是保障安全飞行的关键环节,也是空中交通管制员的核心任务。为探索管制员在调配飞行冲突时的注意力分配情况,利用Tobii TX300眼动仪记录了20名被试在解决飞行冲突时的眼动数据。采用动态兴趣区划分的方法,将雷达显示界面划分为8个区域。通过马尔可夫链理论计算被试者在不同兴趣区间注视的一步转移概率和平稳分布。结果表明:无论是熟练管制员还是非熟练管制员对飞机标牌的关注度都要高于飞机本身,对进场飞机的关注度都要显著高于离场飞机;熟练管制员并不是一次注视就能获取足够的信息,需要多次连续重复的注视,非熟练管制员注意力分配不合理,对飞机信息关注过少,不能很好地判断冲突点位置,导致其管制效率较低。     

安全驱动的城市交叉口自适应信号控制方法

为提升城市交叉口的交通安全,提出1种安全驱动的自适应交通信号控制方法,以交通安全提升为主,同时优化通行效率和尾气排放。基于多目标深度强化学习,构建信号控制算法框架和双重决斗深度Q网络模型,使用离散交通状态编码定义当前交通状态,利用卷积神经网络提取状态特征。针对不同奖励函数量纲无法统一的问题,设计综合奖励函数。基于长沙市交叉口场景和交通流数据,在SUMO搭建实验环境。研究结果表明：在单交叉口真实流量和模拟流量场景下,与现有交通信号控制相比,所提方法在交通冲突频率、车辆行车延误、CO₂排放等指标上都表现出更好的性能。研究结果可为城市交叉口安全优化提供参考。     

基于多目标优化的机场机坪管制区域划分方法研究

为均衡各机坪管制区域间的交通复杂度以及管制员工作负荷,以航空器机坪安全运行为出发点,依据交通复杂度、管制员工作负荷、区域划分结构指标以及优化建模理论划分机场机坪管制区域,利用基于加权Voronoi图生成的坪移交区域划分模型生成初始场面区域,建立机坪管制区域优化划分模型的目标函数和约束条件,并基于实际机场运行数据进行实例验证。研究结果表明：管制区域优化划分数目为2时,对比东、西管制区域划分方案,优化后的划分方案其机坪交通复杂度减小36%,机坪管制员工作负荷减小25.9%,管制区域紧密性指标小于0.5,采取优化方案之后的机坪管制区域交通复杂度及管制员工作负荷更为均衡。研究结果对于提升机场机坪运行的安全性能具有重要意义。     

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.     

基于改进的可拓评价模型的安全管制员工作负荷综合评估模型

在综合分析国内外对管制员生理状况测量、人与机器系统环境相互作用和心理分析三方面研究的基础上,建立了基于改进的物元分析的管制员工作负荷综合评价模型。借鉴灰色关联分析方法 (GRA)分辨系数的设定思想对可拓关联函数进行改进,对超出节域范围的情况在函数中增加修正系数,以保证不会出现关联函数的分母为0而无法计算的情况。采用基于改进的物元分析的管制员工作负荷综合评价模型对上海终端区扇区安全管制工作进行评估。结果表明,基于改进的物元分析的管制员工作负荷综合评价模型可获得可靠的评估结果。     

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。     

基于k-means聚类的管制员注意品质特征研究

为保障飞行安全,基于作业测验原理,设计20 min连续划消试验,探究管制员注意品质类型及其特征,并进行聚类分析。选取作业错误率、反应时均值、反应时方差作为注意广度、注意稳定性、注意转换与分配的测量参数,运用k-means聚类法将管制员注意品质分类,并描述其特征,对比分析管制员与管制学员的差异。结果表明:181名管制(学)员根据注意品质可分为4类;优秀管制员具有注意广度大、注意稳定性强、注意分配合理、注意转换速度快等特点;管制学员注意品质与管制员有明显差异。     

不同流量等级下管制员特情反应时的相关性分析

为探究不同流量等级下管制员特情反应时间与疲劳状态、岗龄之间的关系及相互影响,利用Mangold-10生理多导仪采集一线管制单位管制员管制过程中的脑电信号,附以管制教员评测分数、特情反应时等数据,通过Matlab编程计算脑电波形的平均功率谱,进而构建了疲劳指数,数量化地表征当前管制员的疲劳程度。通过SPSS 20. 0软件分析拟合出管制员疲劳指数与反应时、岗龄的关系模型。结果表明,管制员反应时与疲劳指数呈现高度线性关系。管制员岗龄与反应时呈现三次函数关系,12 a岗龄为临界值。研究结果可为管制单位调度繁忙扇区人员及合理排班提供参考。     

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。     

基于运行数据的管制员工作效能测评方法

针对当前我国空管单位在监测和评估管制员(ATCO)工作效能时普遍存在的主观性强、结果差异性大等问题,首先设计基于飞行航迹、管制空域、设备操作以及指令发布数据的管制效能测评指标体系,从飞行安全、运行效率、管制规则3个方面研究指标的测评流程和计算方法,并基于模糊综合评价法量化指标分值;然后在Matlab平台上开发管制效能测评系统,并应用我国某扇区的模拟运行数据验证系统的有效性。研究结果表明:与传统的检查单评价法相比,用这种基于客观运行数据的效能测评方法能够对管制员的操作技能和决策水平进行集成化、定量化和智能化的综合评估,快速获得准确评价结果。     

基于飞行航迹数据的飞机发动机排放量估算方法

针对目前缺乏科学、定量的评价技术和手段研究空管运行技术对飞机油耗和污染物排放量影响的问题,建立了基于四维航迹数据的飞机污染物排放量估算模型,采用Visual Studio C#开发了民用飞机油耗及污染物排放量估算软件,能够根据二次雷达记录数据、ADS-B采集数据和管制模拟机记录数据来进行油耗及排放量计算,并以某管制单位雷达记录数据为例进行了计算分析。结果表明,管制员的技能差异对民航节能减排有重要影响;该模型可用来量化分析管制运行新技术及管制员技能差异对民航节能减排的影响,确保在飞行安全及管制容量的前提下更好地兼顾绿色运行的要求,提升空中交通运行质量。     

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。     

基于毕达哥拉斯模糊和改进TOPSIS的管制员人为风险评估

为降低由管制员导致的不安全事件比例,客观准确地评估管制员人为风险,确保风险决策的可靠性和有效性.首先,基于HFACS构建了管制员人为风险评估指标体系.其次,利用毕达哥拉斯模糊集将专家评估语言转换为定量信息,运用改进TOPSIS表征各指标之间的相对重要关系,综合评价指标确定风险排序结果,构建了基于毕达哥拉斯模糊和改进TOPSIS的管制员人为风险评估模型.最后,利用所构建的模型对某地区空管局管制员人为风险进行评估,结果表明,管制员身体状态不佳疲劳工作、管制员与飞行员沟通时用语不规范、大流量或冲突等情况下管制员处置能力差等10个指标风险较高,提出了针对性风险应对建议.     

管制员认知偏差测评量表的编制与应用

利用信息加工模型,结合管制工作的特殊性,编制出管制员认知偏差测评量表。利用该量表对管制员认知偏差进行测量,结果表明管制员管制过程中存在较大的认知偏差;不同性别及年龄的管制员在认知偏差方面存在显著差异。     

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。     

进近管制员监听错误的影响因素分析

监听/复诵环节是管制员和航空器驾驶员陆空通话中确保信息准确传递的重要组成部分。基于监听错误对航空安全的重要性,首先利用雷达管制运行仿真试验平台获取5 351句进近管制模拟机陆空通话数据,采用文字记录分析法处理语音数据,从通话特征、空中交通情况和管制员个体特征3大方面,利用Logistic模型分析影响管制员监听错误的因素。结果表明:进离港航空器越多,管制员的监听错误越多;空中交通复杂度对监听错误有显著负向影响,即空中交通越复杂,管制员的监听错误越少;管制员工作单位不同,其监听错误也有显著差异。     

管制员不安全行为干预策略研究

为了制定科学合理的干预策略、防止由管制员导致的两机相撞等不安全事件发生,运用系统动力学方法(SD)构建了管制员不安全行为干预策略模型,以S空管站为例,运用Vensim软件仿真模拟不同安全奖惩政策对管制员不安全行为的干预结果。结果表明:安全奖励政策可以有效干预管制员的差错行为,安全惩罚政策可以有效干预管制员的违章行为;高强度奖励政策-中强度惩罚政策组合干预效果最佳,即当对管制员奖励强度达管制员月薪的3.2倍,惩罚强度达管制员月薪的0.82倍,管制员不安全行为造成的不安全事件率能够降低85.6%。     

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。