军航活动下扇区动态容量评估研究

民航业迅速发展,空域资源的稀缺性日益凸显。科学合理地评估空域容量是解决空中交通流量瓶颈的关键,同时也为制定流量管理策略提供科学的依据。由于我国体制的特殊性,军航活动一直是我国空域资源限制的重要因素。研究并详细分析军航活动对扇区容量损失作用的机理,定量地评估军航活动对扇区容量的影响,建立军航活动影响下的扇区动态容量评估模型,结论表明模型有一定的参考意义。     

基于空中交通管制运行品质的扇区容量评估

扇区容量反映的是扇区空中交通管制运行品质诸多要素综合寻优下的流量水平,目前将扇区管制员工作负荷阈值映射为扇区容量的评估方法存在片面性。为改善扇区容量评估方法,以成都进近南扇为研究实例,采集198组实际运行数据建立样本集,确立了涵盖空中交通流密度、管制运行安全性能、管制运行效率性能及管制员工作负荷等4类因子的管制运行品质量化指标,并基于主成分分析法实现了扇区管制运行品质综合评价,经函数拟合确定扇区容量为29架次/h,新方法更具科学性、客观性。     

基于管制员负荷的西安终端区扇区优化

若扇区的工作负荷差别较大,会限制空域容量,给飞行安全和空域的利用造成不利影响.为了提高空域容量,缓解空中交通压力,构建基于管制员负荷的西安终端区扇区优化方法.通过对西安终端区近期雷达数据进行统计分析、量化管制负荷,得到符合西安终端区的管制员负荷综合值;对该终端区进行剖分得到Voronoi图,依据均衡扇区管制负荷的原则,加入实际约束条件,采用遗传算法对扇区进行优化.结果表明:通过扇区优化,提升了西安终端区的容量,均衡了各扇区的管制负荷,取得了较好的优化效果.     

基于管制员工作负荷的扇区优化

扇区划分是空中交通管理空域管理中一项至关重要的工作，它直接影响到空域的容量和安全性。为此本文提供了分析和确定管制空域结构的拓扑描述数学模型，管制工作负荷统计的方法以及计算工作负荷的数学模型等扇区优化设计工作的理论基础，从而建立扇区划分的数学方法，并可以直接应用于编制基于管制员工作负荷的扇区优化软件。     

考虑天气影响的区域飞行流量动态分配

我国民航业的不断发展,空中交通流量迅速增长,导致航班延误的情况时常发生。利用空域灵活使用机制降低航班运行成本至关重要。研究了在区域管制范围内,根据实际运行情况考虑了危险天气影响区域扇区容量以及合理利用临时航线的情况,通过遗传算法与启发式算法相结合的方式优化了航班的飞行方案降低总的运行费用。研究结果表明,经算法优化后,与现有的飞行方案相比,有效地降低了航班的运行成本,增加了空域利用率。     

基于整数规划的终端区空域扇区划分研究

扇区划分是终端区空域规划的研究内容之一,划分后能覆盖不均匀的交通分布,缓解需求与容量的不平衡,从而提高空域系统的运行效率。将终端区扇区划分作为一个整数规划问题,在约束条件中考虑了间隔规则、飞行路径需求和机场跑道结构的几何约束等,根据最优解来生成终端区扇区。以某终端区算例,验证了整数规划模型的可行性。     

空域扇区网络级联失效抗毁性及优化策略

应用复杂网络理论,从系统层面研究空域扇区网络的级联失效抗毁性,提出空域扇区网络级联失效抗毁性优化策略,以提升空域扇区网络级联失效抗毁性。首先,定义空域扇区网络节点负载和容量,分析空域扇区网络级联失效过程并建立模型,确立临界阈值和扇区非正常率为级联失效测度指标。然后,根据管制扇区运行特点,提出2种优化策略——基于扇区节点剩余容量的相邻负载再分配策略和局部负载再分配策略。通过仿真,分析了参数变化规律与网络抗毁性的关系,证明局部负载再分配策略可以大幅提升空域扇区网络级联失效抗毁性。     

基于复杂性的六边形扇区驶入问题研究

为解决飞机穿越扇区边界飞行时存在局部复杂性上升的问题，在未来航空统一化管理的前提下，使用六边形的扇区理想化模型，并针对六边形扇区的几何特性及驶入飞机与扇区内飞机的相对位置、速度关系，提出了飞机在驶入六边形扇区时的空中交通复杂性模型。根据构建的空中交通复杂性模型，进行了复杂性分布图的计算，为飞机选择驶入扇区的位置、航向提供了参考依据。     

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。     

考虑速度调节影响的进近空域容量评估

为了解决管制员在管理进近空域流量时出现实际流量低于理论流量的问题,根据运输类飞机适航标准和管制员调速规则和原则,提出了考虑下达指令时机的航段容量计算模型,由现行的进近空域结构能够发现进近空域是由多个航段连接形成了一个航路网络,根据历史统计数据得到的交通流比例,结合网络流中最大流最小割理论对进近空域容量进行评估。实例分析结果表明：在下达管制指令时间范围内,通过约束管制指令使航空器在同一减速点进行减速时,减速航段容量的最大值与最小值相差0.88架次/h,进近空域容量评估结果为：最大容量为43.79架次/h,最小容量为43.61架次/h;方法可以有效解决问题并且评估结果贴合运行实际容量。     

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。     

基于飞行需求的航路动态管理

针对空域与飞行需求日益突出的矛盾,以及目前空域管理运行模式难以满足持续增长的飞行需求,提出了一个航路动态调整模型.模型在考虑空管的实施情况、空中交通流量情况和天气情况相关的条件下,对航路进行动态调整,动态的开放和使用临时航路,优化航路区域容量从而减轻航班延误.然后利用动态规划及整数规划方法相结合,求解模型得出航路动态调整的最优方案.最后利用典型空域进行了验证,结果表明所建立的模型能够大大减少航班延迟成本与航路管理成本,优化空中交通的顺畅运行.     

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。     

TBO模式下终端区进场交通流优化模型与仿真分析

持续增长的交通需求量和日趋饱和的可用空域资源促使未来空中交通管理向基于航迹运行（TBO）的精细化管理模式转变。在TBO概念的基础上，依据目前繁忙机场终端区常见进场航线结构，提出了对应TBO模式下的截点直飞方式与融合点方式进场交通流优化模型，并以法国戴高乐机场终端区为例，构建了仿真运行环境。基于实际飞行计划与雷达记录轨迹模拟生成了航空器四维航迹，而后运用上述2种模型对进场交通流进行了优化，根据仿真结果对特定交通流参数展开了对比分析。研究结果表明，模型可通过航迹选择、时隙分配、顺序交换及动态间隔等方式有效化解终端区内潜在的航空器冲突并保持交通流安全高效运行，同时在一定程度上揭示了TBO模式下交通流的部分运行特性，为以四维航迹为核心的未来空中交通管理策略提供了理论支持。     

对流天气空域阻塞概率与阻塞指数模型

管制员高估对流天气的影响,发布不必要的流控指令,会使得航班过度延误;管制员低估对流天气的影响,会造成工作负荷的激增,也会使得航班飞行安全风险增大。为了准确评估空域受天气影响程度,减少管制员高估和低估天气影响次数,建立了特定方向对流天气空域阻塞概率模型和航路交通阻塞指数模型。测试结果表明,特定方向对流天气空域阻塞概率模型,用于衡量对流天气下交通流在各个方向被阻塞概率,为管制员决策是否允许航空器沿特定方向在扇区绕飞提供参考有实际意义;对流天气航路交通阻塞指数模型,用于衡量对流天气下沿航路交通流被阻塞的概率,为管制员决策是否允许航空器沿航路穿越对流天气提供参考是可行的。访谈数据表明,90%的参访者同意在这两个参数可得时,他们获取对流天气影响交通态势感知所需要的时间确实有所减少。     

空中交通流量信息发布系统数据规划研究

由于缺乏对空中交通信息的共享,在空中交通流量不断增长的状况下,一方面管制员的负荷不断增加,另一方面造成空域资源的浪费和大量的航班延误,所以有必要建立空中交通流量信息发布系统向民航各部门发布统一的信息.数据库是信息发布系统的核心,所以对数据进行规划是数据库建设的基础性工作.参考美国的空中交通管制系统指挥中心(ATCSCC)的信息发布系统的相关内容,对我国的空中交通流量信息发布系统的数据规划进行了研究,建立了系统的业务模型,分析绘制了系统数据流程图,说明了系统数据模型的建立过程.     

多元受限下离场时间多目标优化调配模型研究

在空中交通受到多元限制情况下,对航班离场时间的优化调配可以解决空域拥挤,减少航班总体延误成本。采用了基于航班流的公平性指标和基于个体航班延误成本的效率指标作为模型的优化目标,建立了离场时间多目标优化调配模型。通过仿真算例对比了只考虑效率目标的离场时间单目标优化调配模型和同时考虑效率和公平性目标的离场时间多目标优化调配模型,验证了离场时间多目标优化调配模型的有效性。