多机场系统内外部航线网络构建的优化问题

区域多机场系统已经成为航空业中颇具规模的机场群实体,但是现阶段区域多机场系统的发展面临诸多问题:系统内部各机场的发展不均衡,客源主要集中在区域内的主要枢纽机场;整体规划不严谨,造成各机场内出现不良竞争.针对此问题建立了0-1整数规划模型,通过合理地整体规划来满足航线流量的需求,同时减轻枢纽机场的负担.实验表明,利用求解该整数规划问题,经过模型优化后,使得整个区域多机场系统的运作效率大大提高.     

反思我国的中枢轮辐式航线网络建设

早在"九五"期间,中国民航总局即提出了"枢纽"概念,明确了建设大型枢纽机场的发展思路.此后,"中枢轮辐式航线网络(Hub and Spoke System,HSS)规划"作为我国航线网络规划的主体思路,在"十五"、"十一五"期间一直在不断地向前推进.     

我国民航的航线网络规划

航线网络的发展经历了分散的机场服务阶段、航线渗透阶段、最大限度地连接阶段，充分连接阶段、轮辐式航线阶段和减轻枢纽城市压力阶段六个阶段。本文分析了不同的航线网络对成本，服务要求和市场份额带来的影响、从而得出结论中国民航的航线网络应当将轮辐式航线模式和减轻枢纽城市压力航线模式结合起来。 航线网络规划与规模经济 航线网络规划经历了从无到有、从城市对科轮辐式网络发展过程，期间也经历了从航线、机队等的规模经济到规模不经济再到规模经济的过程。航线网络的正常运作需要有劳动和资本的投入。随着生产规模的不断扩大，…     

联盟环境下航空公司航线网络优化

航空公司如何设计航线网络满足自身运营需求,同时便于同联盟伙伴开展多国际航线合作,是联盟合作领域中亟需解决的问题.在经典UMpHMP模型基础上,综合考虑联盟航线网络的特性,以最小化航空公司运输总成本为目标,构建了联盟航线网络优化设计模型.选取国内某航空公司进行实例分析,得出最佳枢纽位置和旅客运输最优路径,并分析了枢纽数目和成本分摊比例对网络布局的影响,验证了模型的实用性和可行性.     

美国航线网络结构的演变历程及发展趋势

中枢辐射航线网络(HSS)结构起源于美国,1978年美国政府放松管制后得到蓬勃发展,逐渐成为世界上诸多大型航空公司的竞争利器。本文从美国航线网络的演变过程讲起,进而分析美国枢纽机场的运营特点,最后展望了未来航线网络的发展趋势,希望对国内航线网络的规划有所启示。     

大型机场停车设施规划研究

针对现有大型机场停车设施规划存在的问题,对大型机场停车设施规划进行了初步研究,提出了大型机场停车设施性质定位及分类和大型机场停车设施规划布局的基本思路,简单介绍了约束型选址规划模型并将选址规划模型用于广州新白云机场停车设施规划中,所得结果证明此模型用于机场停车设施规划是切实可行的。     

发挥航线网络的效用——重新审视航空公司网络管理

引言 航空公司深知其枢纽轮辐式航线网络（hub—and—spoke system）的宝贵价值。旅客看重大型航线网络所能提供的中转联程服务，商务旅客尤其青睐大型枢纽机场之间的频繁班次。诚然，这同时也带来一些问题，如枢纽机场过分拥挤，旅客经常滞留等候，等等。而旅客们认为，这些麻烦和不便是他们旅行过程中必然要经历的，他们可以容忍。从某种意义上来说，航空公司的核心产品是航线网络，而不仅仅是交通运输。     

考虑机场位置与航线流量影响的航空网络防御资源优化策略

传统复杂网络领域对网络防御问题的研究未考虑影响航空网络防御资源配置的主要因素,为此提出 一种考虑机场位置、航线流量等因素的基于航空网络实际的防御策略,来降低网络风险。首先,利用节点脆弱 性减少模型确定不同类型防御资源防御量与节点防御能力的函数关系;然后,对传统的重要度评价矩阵做出改 进,考虑航线流量、机场位置等影响航空网络防御资源配置的因素对节点进行重要度排序,并分析节点与整个 航空网络风险的关系;最后,在总防御资源量一定的情况下,利用模拟退火算法对各个节点配置的防御资源量 进行求解,使得网络总风险最小。通过对随机生成网络与中国航空网络的实验发现,该优化策略在分配防御资 源时,能够区分机场节点位置和流量的差异,相比于传统方法能够有效降低网络总风险。     

中枢航线结构建设

“ 十五”期间我国民航发展的一项重 要任务，就是要实施航空枢纽工 程，进行中枢航线结构的建设。这是民 航经济结构战略性调整的重点之一，对 促进我国民航持续快速发展具有重大而 深远的意义。 为什么要进行中枢航线结构的建设 中枢航线结构建设涉及航空运输布 局的理论与实践问题。航空运输布局的 三大要素是航线、机场和运力。运力配 置是随基地机场和运营航线的状况而定 的，因此，航空运输布局的状况基本上 取决于航空网络的结构形式和机场布局 的状况。航空运输布局能否达到资源的 优化配置，其中航线网络采取何种结构 形式是一个非…     

珠三角机场群协同发展定位分析

目前我国各区域机场群内各机场功能定位趋同化严重,严重的同向定位导致各机场之间恶性竞争。尤其是地理位置相距较近的机场,旅客有多种选择。各个机场开辟相似的航线结构,都趋于构建大中型航空枢纽。以珠三角机场群为例,从旅客运力的角度构建趋同模型,提出趋同系数评价方法,对各机场进行区分定位。实行梯度定位,使该机场群内各机场之间协同发展,避免不必要的航线网络竞争,同时能够减轻空中交通管理的巨大压力,进一步促进航空运输的良性发展。     

恶劣天气条件下航路网络修复优化

针对恶劣天气条件下可用空域资源不足导致的航班大面积延误问题,基于复杂网络修复理论和交通流分配理论,借鉴交通网络设计思想提出了一种航路网络修复优化策略。首先,建立了航路网络修复场景,基于气象信息生成了恶劣天气飞行受限区。然后,建立了上层模型以修复成本最低为目标函数、下层模型为多约束交通流分配模型的双层规划修复模型,应用改进粒子群算法对模型整体进行求解,结合K最短路径算法对下层模型进行求解。最后,提出局部和全局两类指标对航路网络修复效果进行评估。基于典型航路网络,以两类基础修复策略为对比方法,同时对比了实际运行结果,研究了不同修复策略的修复效果和适用性。仿真结果表明：航路网络修复优化策略既能弥补原有拓扑结构修复策略的结构受限不足,又能解决拓扑结构调整修复策略带来的巨额协调费用问题,能够保证在对正常运行航班干扰最小的同时,以最小的修复成本使所有受影响的航班都恢复正常运行,对于减缓航路拥堵和航班延误有极大的意义。     

航路容量受限的多机场终端区放行策略研究

航路容量制约了民航的发展,考虑影响航路容量的基本因素,建立仿真模型确定航路容量。根据机场终端区分布、航线网络等因素,利用模糊评价排序算法确定多机场终端区的放行策略,解决基于航班时刻优化的多机场地面等待问题,有效地提高机场运营效率和安全性。     

飞行器体系优化设计问题

针对传统的飞行器设计与体系（SOS）设计相互独立造成的飞行器实际作战效能不足的问题,对同时考虑飞行器与体系耦合设计的飞行器体系优化设计问题展开研究。首先,根据体系工程（SOSE）原理给出了耦合飞行器设计与体系结构设计的飞行器体系优化设计问题的基本概念与通用数学定义;其次,基于多层体系架构,构建了飞行器体系设计优化模型,提出了包含问题定义、体系架构建模、学科建模、优化求解4个步骤的通用建模求解流程;最后,以巡飞/精确打击武器协同作战为例,构建了面向任务成本最低、时间最短的协同作战体系最优化问题并对其进行优化求解。与先设计飞行器后设计体系结构的解耦设计结果对比表明,解耦优化设计忽略了体系结构与飞行器的强耦合特征,无法最优化体系效能;耦合优化设计能够获得体系效能最大化的飞行器设计方案。     

Air route network optimization in fragmented airspace based on cellular automata

Air route network optimization,one of the essential parts of the airspace planning,is an effective way to optimize airspace resources,increase airspace capacity,and alleviate air traffic con gestion.However,little has been done on the optimization of air route network in the fragmented airspace caused by prohibited,restricted,and dangerous areas (PRDs).In this paper,an air route network optimization model is developed with the total operational cost as the objective function while airspace restriction,air route network capacity,and non-straight-line factors (NSLF) are taken as major constraints.A square grid cellular space,Moore neighbors,a fixed boundary,together with a set of rules for solving the route network optimization model are designed based on cellular automata.The empirical traffic of airports with the largest traffic volume in each of the 9 flight information regions in mainland China is collected as the origin-destination (OD) air port pair demands.Based on traffic patterns,the model generates 35 air routes which successfully avoids 144 PRDs.Compared with the current air route network structure,the number of nodes decreases by 41.67％,while the total length of flight segments and air routes drop by 32.03％ and 5.82％ respectively.The NSLF decreases by 5.82％ with changes in the total length of the air route network.More importantly,the total operational cost of the whole network decreases by 6.22％.The computational results show the potential benefits of the model and the advantage of the algorithm.Optimization of air route network can significantly reduce operational cost while ensuring operation safety.     

基于高斯伪谱法的吸气式高超声速飞行器爬升弹道优化研究

吸气式高超声速飞行器爬升弹道设计是其总体设计的一个重要问题。这里提出一种基于高斯伪谱法的弹道优化方法,用于解决该问题。以末端弹道倾角为性能指标,飞行攻角为设计变量,建立了飞行器纵平面弹道优化模型。通过高斯伪谱法对状态变量和控制变量进行离散,将最优控制问题转化为非线性规划问题,再利用序列二次规划算法对其进一步求解。仿真结果表明,该方法收敛域大,对初值不敏感,设计精度高,是吸气式高超声速飞行器方案弹道优化的重要方法。     

Multiple air route crossing waypoints optimization via artificial potential field method

Air route crossing waypoint optimization is one of the effective ways to improve airspace utilization, capacity and resilience in dealing with air traffic congestion and delay. However, research is lacking on the optimization of multiple Crossing Waypoints (CWPs) in the fragmented airspace separated by Prohibited, Restricted and Dangerous areas (PRDs). To tackle this issue, this paper proposes an Artificial Potential Field (APF) model considering attractive forces produced by the optimal routes and repulsive forces generated by obstacles. An optimization framework based on the APF model is proposed to optimize the different airspace topologies varying the number of CWPs, air route segments and PRDs. Based on the framework, an adaptive method is developed to dynamically control the optimization process in minimizing the total air route cost. The proposed model is applied to a busy controlled airspace. And the obtained results show that after optimization the safety-related indicators: conflict number and controller workload reduced by 7.75% and 6.51% respectively. As for the cost-effectiveness indicators: total route length, total air route cost and non-linear coefficient, declined by 1.74%, 3.13% and 1.70% respectively. While the predictability indicator, total flight delay, saw a notable reduction by 7.96%. The proposed framework and methodology can also provide an insight in the understanding of the optimization to other network systems.     

基于闭环准则的LQG/LTR飞行控制律优化设计

针对LQG/LTR飞行控制律设计中加权矩阵的选取问题,提出了一种基于闭环准则的LQG/LTR飞行控制律优化设计方法。以俯仰姿态控制律优化设计为例,首先基于闭环准则选取了满足一级飞行品质要求的参考模型,并基于该参考模型使用粒子群优化算法优化得到了两个加权矩阵,从而得到了卡尔曼滤波器和相应的目标反馈回路。进而借鉴飞机等效系统拟配的方法,优化得到了另两个加权矩阵,从而得到了LQG最优控制器,完成了回路传递恢复的优化设计。仿真结果表明,通过该方法能够快速自动地选取合适的加权矩阵,使得优化设计的LQG/LTR飞行控制律较好地满足了俯仰姿态控制的要求。     

Robust optimization of control command for aerospace vehicles with aerodynamic uncertainty

To reduce the design burden of Aerospace Vehicles (ASVs) control systems, this paper proposes a multi-constrained robust trajectory optimization method, which provides a good front-end input for the control system. Differ from the conventional aircraft, some control performance of ASVs is not only related to the model parameters, but also affected by the flight status. Therefore, the robust optimization method combines this characteristic of ASVs, sets the control performance as one of the optimization objectives, and considers the influence of parameter uncertainty. In this method, the polynomial chaos expansion algorithm is used to transform the trajectory optimization problem with uncertain parameters into the equivalent deterministic robust trajectory optimization problem. Finally, compared with traditional deterministic trajectory optimization methods to illustrate the effectiveness of proposed control optimization method.     

应用轨迹优化策略的直升机任务科目基元仿真

任务科目基元的飞行试验是ADS-33E-PRF对直升机飞行品质的判定标准。针对直升机设计过程中飞行品质难以事先评定的特点,提出了一种基于轨迹优化策略的直升机任务科目基元数值仿真方法。该方法将飞行品质规范对直升机位置、姿态和速度的限制处理为状态量的边界约束,以完成任务科目基元的时间为目标函数,结合直升机自身的性能和安全性约束,建立了针对任务科目基元的直升机轨迹优化模型。求解该模型得到直升机完成相应任务科目基元所用的时间,便可定性判断直升机飞行品质是否满足ADS-33E-PRF对这一任务科目基元的要求,从而在设计之初对优化直升机总体设计参数提供参考。对某型直升机悬停转弯机动科目进行仿真计算,验证了该方法的正确性和有效性。     

空射弹道导弹助推段弹道设计与优化

在弹道优化设计研究中,针对空射弹道导弹弹道优化两点边值问题解析求解困难且对参数敏感的问题,基于将过程优化问题转化为参数优化问题的思想,采用了飞行程序角设计的参数优化方法。根据空射弹道导弹亚声速水平发射的特点,首先基于动力特性设计了其助推段飞行程序角模型,确定了恰当的控制变量参数化结构,在满足飞行过程的多种约束条件下,建立了弹道优化模型,引入序列二次规划法对其进行优化计算,从而实现了对确定优化目标的轨迹快速生成。仿真结果表明,弹道优化计算时间缩短,收敛速度明显提高,可在原有设计基础上,提升优化指标16%,验证了该方法的有效性。