民用机场及附近空域空中交通流量优化

针对民航客运需求快速增长所带来的航班延误和空域拥塞问题,提出一种优化民用机场及附近空域空中交通流量的方法。通过空中交通走廊容量评估方法,对经典优化模型进行了发展和改进,建立起综合性优化模型;将机场和附近空域视为一个整体系统,根据交通需求和容量的相互关系动态调整航班流量和机场起降容量;在优化计算时,提出一种兼顾效率和准确性的新型优化算法。通过算例对所述优化方法进行了验证,该方法可以为空中交通管制人员进行流量优化分配提供参考。     

空中交通管制服务与航班延误

造成航班延误的原因主要有:天气、机务、商务、航空公司的调配、机场地面保障以及空中交通管制等等,其中空中交通管制原因是最复杂的,往往还与其它原因相互关联。因此如何解决空管的难题,就显得尤为突出了。大部分旅客甚至包括许多民航业内人士对空中交通管制的工作内容,空中交通管制如何影响航班运行不甚了解。下面从空中交通管制服务为什么会造成航班延误,以及空中交通管制部门为减少航班延误所做了哪些努力谈谈认识。空中交通管制职责主要是:防止航空器之间相撞,航空器与地面障碍物相撞,确保安全,而加速空中流量,使空中交通更加安全有序…     

基于功能脆弱性的空中交通相依网络流量分配

依据空中交通管理与航班运行规则,采用复杂网络理论构建由机场、航路与管制扇区组成的相依网络模型,建立不同扰动策略的影响规则,提出以网络流量熵和交通流损失比变化率为指标识别网络功能脆弱性。并以网络总流量熵最小为目标,建立基于改进遗传算法的网络流量协调分配策略,以降低空中交通相依网络的脆弱性。以民航华北地区空域为原型,发现了其相依网络脆弱性表现规律和脆弱源,采用遗传算法求解网络流量分配方案,优化结果降低了网络总熵值和功能脆弱性,其中机场网络流量分配后效果最为显著,验证了方法的有效性,研究结果可为空中流量管理决策提供一定的理论支撑。     

空中高速路匝口排序延误研究

航空运输业的迅速发展,空中交通流量需求越来越大,空中高速路的规划和设计有助于缓解日益严重的空中交通拥挤问题。从空中高速路的基本概念入手提出了匝口容量计算方法,运用Monte Carlo方法对匝口排序进行仿真并计算匝口排序延误。考虑到匝口容量和排序延误在很大程度上受空中高速路航路流量的影响,研究了航路上不同流率情况下的匝口容量和排序延误。结果表明：该方法能够仿真和计算不同情况下的排序延误,具有很好的实用性。     

突发事件下大规模空中交通流量管理的组合优化模型

为了解决危险天气和军航活动对管制运行的影响，使用动态网络流方法对突发事件下短期空中交通流量调度问题展开研究。首先，结合中国民航管制的特点，分析了突发事件对流量管理的影响。同时，根据航路航线网络及其高度层的特点，给出了网络和高度层的数学描述，并根据机型将航空器分成大、中和小3种交通流，介绍了使用多品种流描述3种机型的必要性；其次，根据网络拥挤程度随时间和流量变化的特点、危险天气随机变化的特点、空中等待和地面等待费用差异的特点构建了3个优化目标，考虑机场容量、扇区容量、航班连续性和扇区连续性约束建立了多目标优化模型；再次，针对军航活动时需要协调空域的特点，多品种流模型求解时间复杂度高，不能适应短期流量管理的缺陷，改进了逐步宽容约束法，设计了一种阶段式求解的近似算法；最后，以西南空管局管制的空域为例，利用实际流量数据，设计了3个场景进行仿真。结果表明，所提模型和算法能有效求解突发事件下的短期流量调度问题，算法效率比起传统算法在大流量下更具优势。     

基于Agent模型的机场网络延误预测

准确可靠的机场网络航班延误预测是科学认知空中交通运行态势,动态精准实施国家空域系统容流协同调配策略的重要依据。提出了基于Agent的机场网络延误模型,表征机场网络系统中各元素及子系统间的交互作用下的延误特征涌现。针对机场节点动态容量、预计起飞时间、最小飞行与周转时间等Agent模型中的关键参数,适应性选用了贝叶斯估计、模糊k近邻等数据挖掘方法建立参数模型,并采用2015—2017年全美历史航班和气象数据进行训练学习。为综合评价模型性能及泛化能力,选取全美2018年3个不同延误程度的典型日进行测试。实验结果表明,在全美34个核心机场组成的网络中,各节点在4小时预测区间内延误最大误差不过27.9 min,其中约80%的节点误差小于5 min,验证了所提延误预测模型在时空范围内的准确性和稳健性特征。另外,通过与其他模型对比,展示了本模型优良的延误预测性能。     

基于Multi—Agent的空中交通流量仿真研究

针对传统空中交通流量仿真过程中灵活性和智能性的不足，将分布式人工智能Multi—Agent的理论和方法应用到空中交通流量管理领域中，提出了基于Muhi-Agent的空中交通流量仿真方法。介绍了空中流量管理的体系结构和流量管理的具体措施，详细设计了与流量仿真相关的重要Agent，包括航班Agent、航路Agent、机场终端区Agent和区域流量管理Agent等，探讨了各Agent的内部运行机制和在流量管理中的职能，构建了基于Multi．Agent的空中交通流量仿真子系统的整体框架．为实际空中交通流量管理系统的建设提供重要的指导和拳者。     

基于扇区复杂性因素的管制员工作负荷分析

管制员工作负荷已成为制约航空运输进一步发展的关键因素之一,有效的管理管制员工作负荷对确保空中交通安全意义重大。考虑单纯使用扇区流量评价管制员工作负荷的不足,以扇区复杂性因素作为管制员工作负荷的测评指标;通过设计并实施管制运行仿真实验,获取相关运行参数数据;分别构建基于扇区复杂性因素及单纯扇区流量的管制员工作负荷评估模型并予以对比分析。分析结果显示,较之单纯使用扇区流量,基于扇区复杂性因素的评估模型其评估效度优势明显。     

空中交通网络流量短期概率预测方法

流量预测是空中交通流量管理的重要内容。为提高空中交通流量预测的准确性和时效性,减小空域拥堵和航班延误,促进空中交通流快速、高效的运行,在确定性流量预测方法的基础上研究空中交通网络流量短期概率预测方法。通过分析不确定性因素影响航空器飞行时间的概率分布规律,建立了不确定性条件下航空器航段经验飞行时间和偏差数据库,提出了空中交通网络流量短期概率计算方法及预测算法。实例验证结果表明,所提概率预测方法与确定性预测方法相比更接近实际运行结果,预测准确率提高了18.6%,更能适用于复杂多变的空中交通环境。     

加强国际合作实现空中交通管理现代化

中国民用航空事业的发展,给空中交通管理事业带来了发展的机会。自1949年以来,中国民航的空中交通管理事业从无到有,从小到大,经历了46年的风风雨雨。建国初期至1985年我国的航空运输发展缓慢,党的十一届三中全会后,中国执行改革开放政策,航空运输飞速发展,特别是近几年来,航空需求更为广泛,飞机急速引进,促使空中交通管制的现代化。空中     

地面管制阶段航空器等待策略研究

地面等待策略是空中交通流量管理的主要组成部分,有利于节约飞行成本,提高安全水平。建立了空中交通多目标地面等待策略的整数线性规划模型,模型包括所有航班的总等待时间最短和总等待费用最小两个优化指标,约束条件考虑了指定空域容量的限制和各航班等待时段上限的限制。考虑到该优化问题求解的计算复杂度,应用基于自然法则的模拟退火随机搜索优化算法来解决该问题。数值模拟算例表明了所建立数学模型的正确性和算法的可行性和有效性。     

航路网络生成及优化

空中交通流运行的安全性和成本取决于航路网络结构。基于节点度实现航路网络枢纽节点和干线节点分层,利用全局耦合生成主干网络,运用距离连接概率实现干线节点社区化,采用连接概率生成社区网络;采用DBSCAN聚类算法,基于角度和距离实现航路网络优化;以中国大陆空域为例,实现了主干航路网络和局部干线航路网络的生成及优化,验证了方法的可行性。在与相关研究对比,基于节点度的枢纽节点选取更加客观合理,所构建的分层航路网络结构符合机场点的分布特性,采用DBSCAN聚类算法优化效率明显提高。     

空中交通流量管理仿真系统方案研究

随着中国交通流量的不断增长，如何更有效地实施流量管理的问题日益突出。建立空中交通流量管理仿真系统，可以在计算机网络搭建的平台上全面模拟仿真空中交通流量情况，发现存在的问题，寻找合理有效的管理体制和管理方法，为建设流量管理系统提供有力的技术支持。针对流量管理仿真系统的特点，提出系统开发和建设中的总体技术方案和关键技术。     

中欧枢纽机场航班协同放行需求与对策研究

随着中欧之间航空运输量的不断增加,中欧几个主要枢纽机场之间互飞的航班量增长迅速,从欧洲空中交通流量管理系统发展的经验来看,协调枢纽机场航班放行时间可以显著地减少空域拥挤,减少航班延误,提高航班的正常性和可预测性.尝试从分析中国北京首都机场等几大枢纽机场中欧之间航班飞行流量、起降时刻出发,从减少中国枢纽机场拥挤的角度分析中欧协同放行的必要性,从航班和机场信息共享、协同放行机制等角度分析其可行性,以期望为进一步加强中欧航空合作打下基础.由于时间和数据限制,研究无法从欧洲空管角度做出类似的分析.     

基于MIT的扇区流量管理决策

为缓解空中交通拥堵和减少航班延误,建立了扇区流量管理模型,并定义扇区容量超负荷频率指标,提出基于尾随间隔(MIT)的3种扇区流量管理决策方案,分析了郑州某个高空管制扇区8:00~9:00时段流量管理实例,结果表明合理的流量决策方案不仅能够缓解扇区拥堵,而且减少了41%的延误,验证了扇区流量管理决策方案的有效性及实用性,可以为决策者提供一定的决策支持。     

基于进离场流量和冲突发生位置的扇区规划

随着空中交通流量的日渐增大，空域结构及交通流分布的不合理性导致空中交通管制与飞行安全存在着一定的隐患。鉴于机场进近区是限制空域运行能力的主要瓶颈，针对如何提高空域资源利用率从而提升空域容量进行了进近区扇区规划，提出了考虑飞行流量、冲突发生的位置以及空域运行情况等因素建立的扇区容量均衡模型，利用霍夫曼编码原理进一步找到了扇区边界，并验证了方法的科学性和合理性。     

管制区短期空中交通流量管理的时隙-航线分配模型及算法

对管制区短期流量管理问题进行了研究,针对现有模型在约束条件和控制方法中的不足,不仅首次引入了流量控制事件的概念和相应的约束条件,而且在使用动态网络流理论建立了管制区短期空中交通流量管理模型过程中,还新增加了飞行高度层这一决策变量,使本文提出的时隙 航线分配模型与中国管制工作实际更加吻合。算例中采用中国华东空管中心实施的流量控制的真实数据,采用模拟退火遗传算法对其进行求解,求解结论直观、明确、可操作性强。仿真结果验证了模型及其求解方法的有效性和实用性。     

空中交通相依网络的脆弱性研究

机场、航路和管制扇区构成空中交通相依网络,节点在受到扰动时,网络运输性能下降,引发网络脆弱性。提出一种空中交通相依网络脆弱性的度量方法,首先构建机场网络、航路网络和管制扇区网络3个层网络,基于空中交通管理规则与层网络间的逻辑连接关系,建立空中交通相依网络模型。在随机扰动和蓄意扰动节点两种不同失效模式下,采用最大连通度和结构熵两个指标,并给出了相应算法,分析相依网络的结构脆弱性;创建流量熵和交通流损失比指标,设计了相应算法,研究相依网络的功能脆弱性。研究结果表明,随机扰动对空中交通相依网络影响更大;网络的结构脆弱源与功能脆弱源是机场网络;网络的脆弱性与层网络间的连接方式和层网络的交通量不匹配有关。