基于CRM模型的障碍物遮蔽安全风险研究

为研究机场遮蔽应用规则，防止超高障碍物对机场安全运行产生影响，首先，调研分析美国、英国、印度等诸多国家的机场遮蔽应用情况；然后，针对机场周边障碍物限制面内不同的遮蔽区域，利用碰撞风险模型(CRM)模拟仿真障碍物遮蔽点碰撞风险值，提出不同区域遮蔽规则；最后，结合实际情况，提出机场障碍物限制面内不同区域遮蔽方法和要求。结果表明：起飞爬升面和进近面内遮蔽区域按照一定扩散率外扩划设；过渡面内不建议应用遮蔽原则；内水平面和锥形面内按照分区域划设。     

针对高原机场障碍物补偿修正量的改进

为解决高原机场净空条件限制比较严苛的问题,采用统计建模方法建立安全评价模型,改进障碍物补偿修正量。首先,基于矩形模型和碰撞风险模型(CRM)研究高度补偿修正量对障碍物碰撞风险概率的影响;然后,分析C类飞机在平原和高原机场的航迹偏差,基于此建立安全评价模型;其次,根据该模型计算平原和高原机场的安全区域下限,分析安全区域下界均值和机场标高的对应关系,得到改进后障碍物高度补偿修正量;最后,在昆明机场应用该修正量,验证其安全性和实用性。结果表明:在高原机场,高度补偿修正量对碰撞风险概率的影响显著;对于C类飞机每千米的高度补偿修正量可由2. 88 m改进至2 m;在高原机场应用改进后的高度补偿修正量可获得更大的运行优势。     

ILS进近过程中多障碍物碰撞风险评估方法研究

为优化碰撞风险模型(Collision Risk Model, CRM)遮蔽角,从而准确计算基于仪表着陆系统(Instrument Landing System, ILS)进近过程中航空器与多障碍物的总碰撞风险,避免过度评估问题,首先,基于广播式自动相关监视(Automutic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B)数据计算得到航空器位置偏差,并研究其水平分布特征;然后,建立障碍物分布模型,从而计算得到航空器与障碍物碰撞风险;最后,基于条件概率,得到沿跑道中线和垂直跑道中线(或其延长线)不同位置处的遮蔽角。结果表明：航空器水平分布不为正态分布,可通过拟合数据得到概率密度函数及累计分布函数,从而计算碰撞风险;沿飞行方向,遮蔽角逐渐增大,但变化范围不大;沿垂直跑道中线(或其延长线)方向,由近及远遮蔽角先减小后增大,距离较远时,遮蔽角甚至可超过14°。     

点汇聚进近飞行程序近地风险评估方法研究

为保证航空器持续下降运行技术安全实施,需评估点汇聚进近程序近地碰撞风险。根据点汇聚进近程序扇形区域特点,提出保护区设计方法,设计保护区内查找关键障碍物流程,给出关键障碍物的近地风险评估方法;针对长沙黄花国际机场36号跑道的点汇聚进近飞行程序,寻找10个关键障碍物;考虑到航空器的不同高度偏差,针对每种偏差飞经每个关键障碍物时的30个航空器随机飞行高度进行评估。结果显示,飞行器高度偏差小于50m时,能够满足国际民航组织(ICAO)规定的飞行程序安全标准,否则存在近地碰撞风险。     

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。     

平行进近偏航下Event碰撞风险模型

为了研究航空器平行进近偏航情况下偏航角度对碰撞风险的影响,利用Event模型和概率论理论,建立平行进近偏航碰撞风险模型;通过分析偏航时碰撞盒体型的变换,得到扩展碰撞盒截面随时间t以及偏航角α的变化特征;为方便推导碰撞风险的计算公式,引入碰撞概率比R,将其定义为变换后碰撞盒体积与原模型碰撞盒体积的比值;以北京首都机场外侧跑道平行进近偏航情况为例进行碰撞风险分析。结果表明:当给定飞机尺寸与跑道间隔时,偏航角度α在[0,90°]范围内增大,飞机对碰撞风险也增大;同时,仅当飞机进近偏航的角度小于32°时,2机之间的碰撞风险才能满足安全目标水平。     

民用机场净空区内障碍物安全性评价方法研究

为解决民用机场净空区内障碍物评价中缺少定量指标的问题,通过对净空要求的分析及调研资料的整理,利用模糊综合评价、层次分析法等建立民用机场净空区范围内障碍物安全评价模型,运用实际测量的障碍物距离跑道中线的距离、障碍物在各限制面中所处位置、障碍物高及其物理特性作为评价指标对障碍物风险等级进行定量化评价.在对评价结果的处理方面采用等级加权向量的方法,使结果更为直观,较传统的机场净空区障碍物评价更具合理性.     

基于蒙特卡罗的平行跑道进近碰撞风险分析

为在新的导航方式下对具有随机复杂特性的平行跑道进近碰撞风险进行评估，构建了一种面向多个对象集的进近碰撞风险仿真模拟模型。首先根据实际航迹数据获取基于性能导航(Performance Based Navigation, PBN)的实际导航性能(Actual Navigation Performance, ANP)分布规律特征，基于ANP分布函数可得进近轨迹偏离概率；随后构建了仿真轨迹模拟模型，并将国际民航组织(International Civil Aviation Organization, ICAO)的经典失误进近场景应用其中；最后针对不同非侵入区(No Transgression Zone, NTZ)宽度、不同失误场景进行仿真试验。结果表明：此模型可以快速且合理地对进近场景进行仿真模拟；在安全目标水平下的PBN导航进近可缩小NTZ宽度，从而减轻管制员工作量，提高进近运行效率。     

近距平行跑道配对进近碰撞风险评估

近距平行跑道实施配对进近可有效提高机场容量,解决机场拥挤和延误的问题。为保证航空器的安全运行,研究其水平碰撞风险,基于导航设备测量误差和速度偏差,建立配对进近前后两机的实际侧向距离和纵向距离基于速度、时间的方程,在此基础上建立近距平行跑道配对进近的碰撞风险评估模型,给出模型中相关参数的计算公式。最后通过Matlab软件对该模型进行计算,给出了随相关参数变化水平碰撞风险变化的曲线图,并验证了模型的合理性。     

飞行区外来物入侵安全风险致因FTA-BN模型

为探究机场飞行区外来物(FOD)入侵安全风险,集成事故树分析(FTA)和贝叶斯网络(BN),构建风险致因分析模型;运用FTA分析FOD入侵的风险致因结构,结合BN表达风险的多模态性,通过FTA的结构推理和BN的双向推理分析、诊断和评价系统风险。研究结果表明:从系统的致险结构来看,违章因素的位置最关键;从系统的敏感性来看,道面破损、航班流量因素最敏感,2个节点最危险状态发生概率分别提升3.57%、0.43%即可导致顶事件发生;从系统的贡献度来看,违章、技能欠缺节点贡献最大,2个节点处于最危险状态时,顶事件发生概率最高,分别为4.18%、1.50%。样本机场FOD入侵发生概率为0.13%,增加飞行区作业人员的经验更能有效降低FOD入侵事件发生的概率。     

尾流影响下的CSPRs配对进近侧向碰撞风险分析

为研究近距平行跑道(CSPRs)配对进近的侧向碰撞风险,首先,建立运动学方程,描述配对进近飞机的运动过程,确定配对进近飞机之间的时变间隔;然后,通过大涡模拟的方法仿真尾流强度,分析前机尾涡流场特性和后机遭遇前机尾流后的响应机制,构建后机受尾流扰动时的力矩平衡模型,确定尾流安全区域;最后,考虑侧向定位误差,应用概率论基本原理计算和分析侧向碰撞风险。结果表明:CSPRs配对进近过程中前后机之间碰撞风险不断增大并在最后时刻取到最大值,且随初始间隔、正侧风的增大而增大。     

基于BP神经网络的机场次日鸟击风险预测方法

机场鸟击已成为中国民航机场运行安全的最大挑战。根据机场鸟击责任区的定义并结合飞行程序,分析了责任区的空间范围及该范围内飞机起飞爬升、着陆进近的位置和速度。从鸟类、飞机、机场、周边环境和自然气候这5个维度建立了机场鸟击风险水平日变化的评价指标体系,基于反向传播(Back Propagation, BP)神经网络方法构建了机场鸟击责任区次日鸟击风险预测模型和方法。案例机场实际应用表明,BP神经网络在机场次日鸟击风险预测中有良好的应用性,结果准确可靠,可为机场鸟击防范工作提供指导和参考。     

支线机场安全动态预警技术研究

提升支线机场安全管理能力是中国支线机场未来发展面临的一个重大问题,为提高我国支线机场安全管理水平,本文基于系统动态的风险管理思想,针对支线机场安全风险发生随机、动态和系统的特点,结合支线机场安全管理实践,构建了支线机场三维风险识别图,以时间维为主线,空间维为基础,逻辑维为依据,多层次地识别支线机场面临的风险,以提高支线机场风险识别结果的客观性和全面性;将风险概率、风险损失、风险可预测性、风险可控制性纳入了支线机场安全风险分析过程,构建了支线机场安全多维风险评价函数,从而能更系统、全面地对支线机场面临的各种风险因素进行评价;通过上述支线机场风险管理技术的应用,可提高对支线机场安全风险的辨别、分析和控制能力,达到对支线机场安全风险进行实时、动态监控的预警目标,进而减少支线机场安全风险的潜在损失。     

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。     

尾涡流场影响下的CSPRs配对进近侧向碰撞动力学分析

为研究近距平行跑道(CSPRs)配对进近侧向碰撞风险,首先结合非配对进近飞机的运动过程,建立配对进近飞机对的间隔模型,确定任意时刻飞机对之间的理论间隔值;其次分析飞机的尾涡流场特性,建立前机尾流的强度计算模型和消散模型,并分析飞机遭遇尾流后的响应机制,建立后机在前机尾涡流场内的力矩平衡模型,从而确定前后机的尾流安全间隔;然后分析飞机的侧向定位误差,得出飞机对之间实际间隔的概率分布,并建立侧向碰撞风险计算模型;最后利用模型分析配对进近过程中前后机之间侧向碰撞风险的变化情况。结果表明:侧向碰撞风险随初始间隔值、正侧风值增大而增大,随后机副翼偏转角度增大而减小,配对飞机对在到达跑道口时碰撞风险值达到最大。     

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。     

近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险评估

为研究近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险及相关参数对碰撞风险的影响,首先分析飞机位置误差的影响因素;其次基于配对进近的2架飞机实际运行过程和尾流避让的要求,考虑侧向误差概率密度函数截断补偿系数,建立近距平行跑道配对进近侧向风险评估模型;然后计算不同实际导航性能(ANP)条件下的侧向碰撞风险值;最后编制ANP数值表,并建议配对飞机速度差不超过7.5 m/s,初始安全间隔为1 000~1 200 m。结果表明,后机采用进近偏角可以有效降低对ANP的要求;大风速时,侧向碰撞风险对风向更敏感。     

基于不同安全性的机场净空区障碍物管理方法研究

为解决净空区障碍物安全性评价中没有定量指标的问题,通过对调研资料的分析,建立净空区障碍物安全性指标体系及评价模型,在定量评价障碍物安全性的基础上对障碍物进行安全等级划分.为制定更合理的障碍物限制高度,以实测数据为依据,首次提出了净空安全系数概念,并在分析安全系数概率分布规律的基础上,提出了基于不同风险性的各类机场的净空安全系数,从而确定不同风险条件下各类机场的障碍物限制高度.     

机场原因航空器受损事件防控风险评价*

为有效提高机场风险管控能力并保障航空器安全运行,建立科学的机场原因航空器受损事件防控风险评价方法。通过分析航空器过站机场保障作业识别风险因素,采用事故树分析法构建出共包括107个中间事件和207个基本事件的9个机场原因航空器受损事故树;根据机场原因航空器受损事件的千架次风险值确定出整体防控风险等级;应用事故树分析法（FTA）-优劣解距离法（TOPSIS）构建防控风险贴近度指标,对机场各业务风险防控现状进行评价。结果表明:机坪引导工作的防控风险最大,机场原因航空器受损整体防控风险等级评价结果符合机场的整体防控风险状况,与FTA法相比,FTA-TOPSIS法能够更准确地对机场各业务的防控风险进行区分及排序。     

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。