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。     

基于异常因子的航空器飞行轨迹异常检测研究

为保障终端区航空器飞行安全,提高空域运行效率,提出了一种基于异常因子的航空器飞行轨迹异常检测方法.首先,给出了航空器异常轨迹的定义和分类,同时考虑轨迹的时空属性,采用基于时间比的自顶向下算法进行轨迹分割;其次,建立了基于密度聚类的轨迹段相似性模型,找到每类簇的中心轨迹;最后,利用中心轨迹计算每个轨迹簇的信息熵作为异常因子,同时取航空器飞行距离为另一异常因子,得到轨迹异常值,通过比较异常值的大小及其分布特点实现轨迹异常检测.结果 表明,该方法可以有效识别异常轨迹,且对比发现以轨迹信息熵和飞行距离作为异常因子时,异常检测效果更好.     

终端区航空器异常轨迹识别研究

为保障终端区航空器飞行安全,减轻管制员工作负荷,首先,综合考虑航空器轨迹位置、速度和高度等因素,提出终端区航空器异常轨迹的定义和识别流程;其次,建立基于速度修正系数的轨迹相似性模型,采用谱聚类方法对终端区航空器轨迹自动分类;最后,计算每类轨迹数据分布的特征,选取2条中心轨迹来表征每类轨迹的位置特征,提取轨迹间相似性距离和飞行距离作为异常特征因子,识别航空器异常轨迹。结果表明:用基于速度修正系数的轨迹相似性模型,能够实现航空器轨迹自动分类,分类结果较为合理准确;改进异常特征因子,设置2条中心轨迹时,相较于设置1条中心轨迹,检测效果更好。     

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。     

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...     

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。     

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。     

通航飞机避碰区域防撞模型的等效性研究

为克服现有TCASⅡ只能提供垂直方向防撞措施的局限性,有必要建立通航飞机的多维机动防撞模型。基于低空空域通航飞机飞行防撞的特点,采用以包围体形成最小安全保护区的方法,分别建立以球体和圆柱体为包围体的通航飞机防撞模型。通过将包围体模型投影到水平和垂直方向上,再把水平和垂直2个方向的结果进行逻辑"与"运算,使复杂的三维防撞问题简化为2个二维防撞问题。采用3D游戏与计算机图形学中关于相交性检测的方法,对通航飞机的分别以本机和侵入机为参考中心的2个防撞模型进行分析和比较。结果表明,分别以本机和侵入机为参考中心建立的2个基于避碰区域(CAZ)的通航飞机防撞模型是完全等效的。     

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。     

自由飞行下基于航空器定位误差修正的碰撞风险研究

自由飞行能够提高空域容量从而缓解空域拥挤问题,在保障自由飞行安全性的基础上尽可能减小飞机的安全间距,需要研究自由飞行条件下飞机的安全评估问题。分析了所需CNS性能、防撞系统、风的因素等自由飞行下航空器定位误差的影响因素,考虑到航空器定位误差在短时间内具有累积性,提出采用INS、GPS数据融合算法对定位误差进行周期性修正。给出修正后的航空器定位误差分布在时间上的变化规律,并将其运用到自由飞行下碰撞风险评估中。结果表明,碰撞风险随安全间距增加呈下降趋势,以1.5×10-8次/飞行小时的目标安全水平为例,对航空器定位误差修正的最小安全间距为8 600 m,不对航空器定位误差进行修正的最小安全间距为9 100 m。     

基于零膨胀模型的航空器危险接近事件安全影响因素研究*

为探究航空器危险接近事件安全影响因素,降低航空器碰撞风险,利用二元概率函数区分航空器危险接近事件危险状态,利用probit函数确定不同风险等级结果,构建航空器危险接近事件零膨胀有序概率模型。结果表明:机组人员程序执行偏差、侵犯领空（无人驾驶飞机未获许可在管制空域飞行）、意图沟通无效或不充分、未监控其他飞机或监控不及时4个安全影响因素,增加航空器危险接近时碰撞风险概率分别为7.03%、4.25%、7.14%和6.03%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

军民航空域安全评估中的碰撞风险研究

碰撞风险是空域安全评估的重要内容。为保证军民航的安全飞行,通过对民航Event模型碰撞风险的研究,构建了军航训练空域与民航航路的碰撞风险模型;根据军航飞机的飞行特点,建立了军航飞机侧向位置偏差概率模型;结合民航飞机的横向位置偏差概率模型重新计算Event模型中的碰撞盒穿越间隔片频率(GERh);选取某一战术动作对军民侧向碰撞风险进行仿真,确定其安全间隔;通过对飞行过程中各个关键点碰撞风险的研究,对空域的使用提出建议,并验证了理论的实用性。结果表明,当前10 km的安全间隔标准并不能符合规定的安全目标等级,至少需要再增加7 km的安全间隔才能使整个飞行过程均满足要求。     

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。     

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。