基于SIMMOD仿真的机场拥挤时段推出率控制策略研究

当机场地面产生拥挤或将要产生拥挤时,持续的航班推出滑行势必会造成拥挤程度的恶化,进而延长离场航班在滑行过程中的滑行等待时间。滑行中航空器的发动机是不停歇的,滑行等待时间的增加意味着燃油消耗增多以及排放物的增加。针对这个问题,本文提出通过对离场航班的推出率控制来缓解机场拥挤,减少离场航班的滑行等待时间。本文首先对北京首都机场历史运行数据进行统计分析,探讨了当前离场航班滑行量与未来15分钟进场航班量以及未来15分钟起飞率三者之间的规律,提出推出率控制策略及实现方法;然后,设计了推出率的辅助计算程序;最后,使用SIMMOD仿真工具对北京首都机场进行建模,并对繁忙时段实施推出率控制。仿真结果显示:通过对离场航班实施推出率控制,选取时段中场面推出滑行量被控制在一个相对较低水平。该段时间内408架次航班平均每架次仅等待了3.3分钟,但总的滑行等待时间减少了63.2小时。     

基于深度学习的离场航空器滑行时间预测（英文）

随着航班数量的不断增加,机场协同决策系统(Airport collaborative decision-making,A-CDM)的使用也越来越广泛。滑行时间预测的准确性对A-CDM计算离场航空器起飞排序队列和给出准确的撤轮挡时间具有重要的作用。本文提出一种基于时间-空间-环境数据的深度学习模型(Spatio-temporal-environment deep learning model,STEDL)来提高滑行时间预测的准确性。该模型由时间-流量变量(机场实际容量,场面航空器数量,时间段)、空间变量(滑行距离)、外部环境变量(天气,流控信息,跑道运行模式,机型)3部分组成。使用STEDL模型对香港机场离场航空器滑行时间进行预测验证。实验结果显示,STEDL模型预测准确率为95.4%,预测精度明显优于其他机器学习算法。     

基于冲突避免的滑行路径动态分配问题研究

在保证地面飞行安全的前提下,为解决机场容量不足,减少航班延误,本文提出基于冲突避免的滑行道分配问题研究。在改进的Dijkstra算法的基础之上,结合机场场面运行规则、滑行冲突以及优先级限制等因素构建滑行道动态网络模型,给出不同冲突类型下的滑行时间求解方法。仿真实验表明,与未考虑滑行冲突的固定路径相比,动态滑行路径计算方法计算出的滑行路径可避免滑行冲突,一定程度上可缓解机场地面繁忙状态。     

航空器机场地面滑行时刻优化模型研究

空中交通量的急剧增长导致机场地面滑行网络效率的降低,造成航班延误。分析进／离场飞机的地面滑行过程,指出这一过程中可能出现的三类滑行冲突。引入混合整数规划方程表示飞机在机场地面的运动,建立一个规划飞机滑行时刻的最优模型。确定飞机通过指定滑行路径上各点的最优时刻,将滑行冲突产生的飞机延误降到最小,提高机场运作效率。利用成都双流国际机场的实际航班时刻数据进行算例分析,结果验证了该模型的可行性和优越性。     

基于聚类分析的航空器滑行过点时间预测

为了预测航空器滑行预计到达时间（Estimated time of arrival，ETA），减少场面冲突，提高机场运行效率，本文使用卡尔曼滤波算法对场面历史轨迹数据进行预处理。为了衡量轨迹样本间的距离，综合三类特征用于机场场面历史轨迹数据聚类。特征包含航空器滑行时段和场面航空器数量，以及参考动态时间规整（Dynamic time warping，DTW）算法提取的轨迹差异度特征。将两个样本特征的欧式距离作为样本间的相似度量；基于均差最大原则确定初始聚类中心，使用K-means算法对样本进行聚类，根据待规划航空器的所处时段和场面航空器数量选择匹配度最高的类簇，将其聚类中心样本的轨迹序列和塔台规划的静态路径相结合预测航空器滑行ETA。通过将实际轨迹数据与预测的滑行ETA进行对比分析，证明了本文预测航空器滑行ETA的准确性。     

基于GIS的机场场面路径优化算法的研究

利用GIS技术,研究了进出港航班滑行路径的优化问题。为机场上刚降落和即将出港的航班规划最短滑行路径。判断航班在规划的滑行路径上是否会发生对头相遇。考虑到机场安全性和使用效率,要求保证进出港航班在滑行过程中按最短路径连续滑行,并且不能发生对头相遇。本提出了两种解决方法：(1)改变进港航班的滑行速度;(2)延迟出港航班的时间。通过实例验证了该算法的可行性。     

多跑道机场离场航班排序优化方法研究

本文建立了以旅客总延误时间成本最小化为目标函数的多跑道机场离场航班排序优化模型，并考虑航路流控的影响，通过回溯算法求解，融合位置约束交换算法优先处理受流控影响的航班，最后采用南京禄口国际机场为例进行算例验证。与先进先出模式相比，优化后的离场模式降低航班延误时间效果显著，旅客总延误成本减少了44.81%，所提方法可显著提升多跑道协同运行能力，为当前多跑道机场的调度排序提供了思路与方法。     

基于交通场景的进离场航班联合调度双层规划模型（英文）

为适应协同决策需要,考虑进离场运行不同交通场景下空管、航司、机场和旅客的诉求差异,对进离场航班联合调度问题进行了系统的研究。根据容流匹配程度,判定进场/离场运行的交通状态为高峰或非高峰,分析不同交通状态下进场/离场运行各方诉求的差异,分别建立了各交通状态下进场/离场航班调度的数学模型;针对进场/离场运行交通状态组合所得的4种进离场联合运行交通场景,分别建立了相应的进离场航班联合调度双层规划模型并设计精英保留的遗传算法求解。结果表明:较先到先服务方法,在进场高峰/离场非高峰和进场高峰/离场高峰场景下,优化调度结果中离场航班均衡满意度得到提升,离场航班流的跑道占用时间减少了38.8%;在进场非高峰/离场非高峰和离场高峰/进场非高峰的场景下,优化调度结果中进场航班均衡延误时间大幅减少,离场航班均衡满意度提升了77.6%,离场航班流的跑道占用时间减少了46.6%。与其他4种策略相比,优化调度方法更好地权衡了公平与效率,调度结果更加合理可行。     

基于容流匹配的进离场航班调度优化模型和算法

综合考虑机场的空中等待航班数量、空域容量、场面容量以及机场起飞需求等约束条件,以可变的优先级为调配手段,以总延误时间最短为目标函数,建立了一个新的基于容流匹配的进离场航班调度优化模型。引入合作型协同进化遗传算法,设计了用一对代表个体形成合作团体的新选择方式,有效解决了传统遗传算法种群多样性低、易早熟等问题。仿真结果表明,该模型能够在满足机场容量限制的同时,有效降低航班的总延误时间。     

机场地面容量评估研究

提出基于滑行路径动态寻优的机场地面容量评估方法。对于结构复杂多样的机场地面,当跑道、滑行道和停机位使用情况和航班流变化时,根据机场地面运行的具体特点,首先建立机场地面有向网络模型,引入滑行道的权值概念,再通过D ijkstra算法进行动态路径寻优,并与冲突探测相结合,对滑行道和停机位进行合理分配。最后通过计算机仿真来评估容量。仿真实例表明,该方法不仅可以增强机场地面容量评估的灵活性和准确性,还可以应用于机场地面交通引导。     

A320飞机在低速滑行中滑偏的处理

A320系列飞机在运行中有时会出现低速滑行时滑偏的现象,给航班的安全、正点运行带来了很大的压力.本文分析了引起滑偏的原因,给出针对此类故障的快速处理建议及排故方法,以期节省排除此类故障的时间,对缓解航班运行压力提供帮助.     

基于RHC的航班着落调度多目标优化算法

研究了基于滚动时域控制(RHC)策略的终端区进场航班动态排序问题,目的是在终端区空中交通繁忙的情况下,有效地为到达航班安排合理的着陆次序,在满足安全间隔兼顾管制员负荷的情况下,给出航班经过多目标优化的着陆时间,提高航班进场率,降低飞行延误成本。建立了基于RHC的航班动态排序模型,并利用精英保留策略的遗传算法对一个算例进行验证计算。算例仿真结果表明,进场率得到了提高,延误时间和成本明显减少,验证了方法的有效性。     

基于功率谱密度法飞机地面变速滑跑动力学分析

提出了飞机地面变速滑跑的非稳态响应分析的新方法,该方法基于频域的功率谱密度法.建立了飞机地面滑跑的起落架分析模型;引入了概率平均意义上的当量线性化方法,用该方法处理了起落架缓冲器空气弹簧、油液阻尼和库仑摩擦力以及轮胎刚度和阻尼等非线性参数.利用变量代换和傅里叶变换导出了非稳态激励下的跑道不平度的功率谱密度函数.导出并分析了具有代表性的飞机重心过载的频率响应函数.工程算例表明,在达到相同的滑跑速度条件下,飞机加速滑跑引起的飞机重心过载响应比飞机地面匀速滑跑引起的飞机重心过载响应小;并且加速度越大,在达到相同的滑跑速度条件下所产生的飞机重心过载响应越小.     

Dynamics Analysis of Carrier-Based Aircraft with Off-Center Catapult Launch

In order to enhance the safety of the catapult launch of the carrier-based aircraft,the catapult launch multibody dynamic model is established aiming at the problem of off-center catapult launch. The whole catapult process including four stages which are buffering,tensioning,releasing and taxiing is taken into consideration and the body dynamics of the off-center catapult during each stage is analyzed. The catapult launch dynamic differences between the conditions only considering taxiing and that considering four stages are compared,and the effects of the different initial off-center distances considering four stages on the attitude,landing gear load and acceleration of the carrier-based aircraft during catapult launch are discussed. The results show that only considering taxiing may underestimate the dynamics of the carrier-based aircraft substantially. When taking four stages into consideration,the initial off-center distance has small influence on the aircraft dynamic characteristics during buffering and tensioning but has larger influence on that during releasing and taxiing. The increase of the off-center distance will cause the enhancement of the aircraft rolling and yawing,which may lead to the load difference between the left and right landing gears and the increase of the aircraft lateral acceleration. The establishment and simulation of the catapult launch multi-body dynamic model founded on buffering,tensioning,releasing and taxiing provide reference for the carrier-based aircraft design and analysis of the catapult launch dynamics.     

基于飞行资源分离的航班延误传播研究

在航班串设计及机组排班过程中,经常涉及飞行资源(飞机、机组)分离的问题。而延误航班的飞行资源分离将导致共享资源的衔接航班发生延误,并传播至后续航班串。本文考虑带有飞行资源分离的航班串,利用基于贝叶斯网络的比例风险回归模型,对资源分离后的航班离港延误进行分析。对比两种不同时刻飞机与机组资源分离方案下,各延误因素对衔接航班离港延误,以及整个后续航班串延误时间的影响,结果表明,不同时刻分离方案会造成不同的延误传播效果。本文为飞机、机组资源分离时刻的选择提供了定量分析方法,结果表明,资源分离时刻的不同对衔接航班的离港延误,以及整个后续航班串延误波及时间的影响都不同。     

基于分阶段跑道调度计划的停机位反推算法研究

以概率统计理论为基础,以不牺牲优化算法所得到的跑道利用率为目标,研究飞机退出停机位的时间调整量与退出顺序的变化关系,得到一种基于跑道调度计划的停机位反推算法,并对算法进行优化和分析。研究表明该算法能有效提高跑道利用率。     

MA600飞机高原机场和航线适航性分析

高教机航线训练经常涉及高原机场和航线,根据局方的要求在这些机场和航线进行飞行前需要对其进行适航性分析。本文从MA600的飞行手册和性能软件入手,重点对MA600飞机在高原机场和航线的适航性进行了分析,并给出了分析结论。     

飞机动态推出控制策略仿真优化模型

机场离港运行的无序化造成滑行过程中的长时间排队等待及大量燃油浪费。为了减少燃油消耗和废气排放,在已有的动态推出控制策略基础上提出了阶梯函数控制策略(Step function,SPC)和非线性函数动态推出策略(Nonlinear function,NPC)的一般形式,以离港成本为目标,建立了基于停机位等待惩罚的动态推出控制模型,在不延误的前提下提出了一种基于网格参数优化的蒙特卡洛仿真优化算法。通过北京首都机场实际运行数据对推出过程进行仿真计算,并与无控制策略以及传统N-control策略的最优可达解进行仿真对比,结果表明:在不延误的前提下,提出的推出策略可以更加有效地降低平均滑行道滑行时间,NPC策略的离港运行成本和燃油成本可降低45.52%和54.23%,SPC虽然成本节省劣于NPC策略,但是其简单的操作方式可以为离港推出调度方式的改进提供决策支持。     

任务耗时不确定的飞机过站保障车辆调度

针对多架飞机多个保障作业的保障车辆调度,考虑作业任务耗时的不确定性,构造递阶式染色体编码结构的单亲遗传算法。该算法采用保障作业编号构成控制基因染色体、车辆编号构成参数基因染色体,分别体现过站保障作业时序约束和车辆指派规则约束,使算法对问题具有良好的适用性。设计了基于车辆可调度能力空间概念的染色体解码方法;采用基于适应值的轮盘赌选择策略控制进化方向,并引入均衡算子来提高车辆资源的使用率。通过试验验证算法的有效性。结果表明,所给算法可以提高保障车辆资源的利用效率,同时减少保障花费。     

Optimal Preview Control for Automatic Carrier Landing System of Carrier-Based Aircraft with Air Wake

Carrier-based aircraft carrier landing is a special kind of tracking control problem and not suitable for classical control methods,which may miss the desired performance or result in overdesign.Therefore,we present an optimal preview control for automatic carrier landing system(ACLS)by using state information of system,as well as future reference information,which can avoid the shortcomings of classical control methods.Since the flight performance of carrier-based aircraft is disturbed by air wake when the aircraft flies near the area of carrier stern,we design a disturbance rejection strategy to ensure that aircraft track the glide path with high precision and robustness.Further,carrier-based aircraft is a complex nonlinear system.However,the nonlinear model of carrier-based aircraft can be linearized at equilibrium landing state and decoupled into the longitudinal model and the lateral model.Therefore,an optimal preview control system is designed.The simulation results of a carrier-based aircraft show that the optimal preview control system can effectively suppress air wake.Tracking accuracy of optimal preview controller is higher than that of the proportional integral differential(PID)control system.