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。     

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。     

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。     

五边到场交通态势安全评估研究

为提高五边到场交通运行的安全性,基于客观、合理的评估五边到场交通态势的重要性,探讨空中交通复杂性在五边到场交通态势评估中的应用,并利用基于五边到场交通的复杂性图示方法,画出五边到场交通复杂性图,通过对复杂性图的分析来描述当前五边到场交通态势的安全特征,包括航空器与航空器之间发生冲突的可能性以及到场航空器允许插入五边的时间和位置等。结果表明:五边到场交通复杂性图能客观、准确地评估五边到场交通中航空器与航空器之间潜在的冲突大小,通过五边到场交通复杂性来对五边到场交通态势进行安全性评估是可行的。     

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AM-LSTM的飞行区航空器滑行轨迹预测与冲突识别

为解决航空器点源定位难以有效预测而引发冲突风险愈来愈多的问题,构建基于注意力机制(AM)和长短期记忆网络(LSTM)的时间序列轨迹预测模型AM-LSTM,预测未来短时间内飞行区航空器的瞬时点源位置;在此基础上,根据航空器型号和滑行航向对其进行轮廓扩展,以航空器速度作为安全距离权重,通过射线法实现轮廓冲突的判定;并以乌鲁木齐地窝堡机场为例进行验证,利用训练完成的轨迹预测模型预测飞行区航空器滑行轨迹,以识别航空器轮廓间的滑行冲突。结果表明：AM-LSTM预测模型能够准确预测飞行区航空器运动轨迹。未来3 s内轨迹位置预测的平均位移误差为1.05 m,轨迹点位置预测精准性可达94.37%,故能在轨迹预测的基础上精确识别滑行冲突风险,有利于保障飞行区的安全运行。     

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。     

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。     

基于模糊层次分析法的跑道偏离风险管理

在统计分析1995-2008年跑道偏离事故数据后,结合跑道偏离特点从机组、管制、航空器、气象条件、跑道、管理方面进行风险因素分类识别;在此基础上,为有效处理专家判断信息的模糊性,采用结合三角模糊数的模糊层次分析法进行风险评价,利用三角模糊数表征专家判断信息,构造三角模糊数判断矩阵,计算风险因素重要度排序.结果表明,影响跑道偏离的主要风险因素为:复飞政策不合理,跑道污染,机组训练不充分,缺乏稳定进近准则,管制员未能引导飞机稳定进近,机场跑道维护管理不合理,未及时复飞,机组资源管理失效.最后根据风险因素重要度排序,针对跑道偏离涉及的组织制定包括航空器运营人、机场、空中交通管制的跑道偏离风险控制措施.     

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。     

机场热点时空分布特征及运行风险评价

为研究大型机场航空器地面滑行冲突风险,提出一种基于机场热点时空分布特征的机场机动区运行风险评价方法。首先,以中南地区某机场为例,将场监雷达数据按每3 h分段,分别识别各时间段的机场热点,分析其时空分布特征;然后,基于热点发生的可能性和后果的严重性,构建考虑航空器冲突架次比、冲突可能性、冲突持续时间、冲突级别的机场热点风险评价模型,依据现有机场热点风险等级评价标准,评价该机场的热点风险等级。结果表明:该机场02号跑道运行风险高于20号跑道;02号跑道起降时,12:00—15:00点的机场热点风险最高;20号跑道起降时,9:00—12:00点机场热点的风险较高,与该机场实际运行情况基本相符。     

基于同时仪表进近的航空器在特情下的碰撞风险模型研究

同时仪表进近模式可有效提高平行跑道的容量,但发生特情时会造成极为严重的后果,因此研究在特殊情况下基于同时仪表进近模式的航空器碰撞风险具有重要意义。首先,与首都机场进近管制员沟通,总结了4种可能会发生的特情,其次,建立基于位置误差概率的同时仪表进近模式下的航空器在特殊情况下的碰撞风险模型,模型最关键的位置误差和速度参数根据采集的实际运行航空器航迹的ADS-B数据得到,其他参数为国际民航推荐值或本地区一线管制员的经验值,然后运用MATLAB软件进行仿真,得出发生特情时每个时刻的碰撞风险,从而得出整个过程碰撞风险的变化趋势。     

基于流程图的机场管制塔台风险因素辨识

在对空中交通管制风险模型分析的基础上,确定辨识空管运行过程中风险因素的3条途径。基于运行分析方法建立机场管制塔台航空器放行流程图,结合流程图简表对地面管制准备阶段的风险因素进行分析,提出把鱼刺图与流程图相结合辨识航空器放行过程的风险识别方法。最后,应用上述方法从人-机-环-管方面辨识出机场管制塔台运行过程中的65个风险因素,其中包括40个管制员因素、10个设备因素、9个环境因素和6个管理因素。     

基于飞行剖面的航空器试飞活动空管风险研究

为明确空中交通管理风险对航空器适航试飞活动不安全事件的影响,首先,依据航空器试飞科目绘制相应飞行剖面;其次,基于试飞活动飞行剖面,分析管制单位试飞保障流程,提取管制运行风险对试飞活动的影响因素;采用事故树分析法(FTA)分析事故发展过程,将事件和逻辑关系映射至贝叶斯网络(BN),依据国内外民航空管不安全事件分类统计结果...     

终端区飞行冲突事件情景演变网络构建研究

为了控制终端区飞行冲突的风险,基于复杂网络,将飞行冲突的情景演变过程转化为复杂网络进行分析计算.分析侧向交叉跑道机场的主要安全风险,构建包含527个节点与2644条边的终端区飞行冲突情景演化复杂网络模型;采用无权有向网络中的节点度、度中心性、介数中心性、聚类系数等进行风险分析;采用Dijkstra算法,确定影响飞行冲突...     

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。     

高速铁路列车运行冲突管理总论

为提高铁路行车指挥水平、保障行车安全,研究了高速铁路列车运行冲突管理问题。以高速铁路运输系统特点分析为基础,在定义高速铁路列车运行冲突后,对列车运行冲突从4个不同角度进行分类。分析列车运行冲突的特点,阐述高速铁路列车运行冲突管理的内涵。列车运行冲突的形成机理研究、冲突分析、冲突消解和基于冲突管理的列车运行调整方法和运行图研究等问题构成中国高速铁路冲突管理的主要研究框架体系。高速铁路冲突管理理论体系的研究是高速铁路运输组织优化的关键问题之一,是高速铁路行车安全的重要保障。     

基于雷达数据的侧向跑道进场保护区研究

为了掌握离场航空器在侧向跑道运行时的放行时机,降低航空器在侧向跑道延长线交叉点处的碰撞风险,提出了一种基于航空器碰撞发生概率来确定侧向跑道上航空器进场保护区的方法。通过定量计算航空器之间的碰撞风险,得到航空器在不同位置的碰撞风险值概率分布直方图,利用Origin软件进行拟合,根据拟合输出结果确定保护区。在实际运行中,可以使用此方法制定策略,避免航空器有可能发生的空中碰撞,降低进离场航空器之间的碰撞风险。