空域拥挤资源分配的拍卖方法研究和博弈均衡分析(英文)

基于协调决策的各种流量管理策略已被广泛应用于空域拥挤问题,但是如何整合这些流量管理策略重排拥挤的航班,实现空域资源公平有效地分配,一直是一个难题。流量管理部门对拥塞空域的主要管理目标是系统总延误成本最小,而航空公司则是以自身获利最大化为目标。航空公司可在协调决策过程中,隐藏必要的信息,以实现自身利益的最大化,但是这样会增加系统的总延误成本。为实现流量管理部门与航空公司的目标一致性,提高空域资源的分配效率,文中提出了基于拍卖的方法解决预战术和战术流量管理阶段的空域拥挤问题,并利用博弈理论对航空公司的决策进行了分析建模。通过一个仿真实验,验证了拍卖的分配结果能够降低拥挤空域的总延误成本。最后,根据实验数据分析了通过按拥挤航班数量比例重分配拍卖收入给航空公司方案,该方案能有效地降低航空公司的航班延误损失,提高空域资源分配的公平性和有效性。     

基于交通复杂性的扇区资源管理

为了理解未来空域系统下空中交通的组织水平,确保地面决策系统的必要干预能力,本文首先在比较两类常用交通复杂性测度模型的基础上引入了基于连携效应的交通复杂性测度模型.利用该模型针对两类典型交通拥塞态势讨论了扇区范围内改航航段的生成和使用策略,与基于航空器数量的扇区资源管理方法相比,能够更为有效地实现空域的灵活使用,为动态空域管理和多扇区协同流量管理提供了可行的解决途径.     

基于灰色系统理论的战略流量预测方法研究

战略流量预测是空中交通流量管理系统的一个重要部分.借鉴新陈代谢思想,通过灰色系统理论建立了GM(1,1)模型,在统计离散数据的基础上对未来战略流量进行了预测,并利用实际数据对模型进行了验证.分析结果表明,基于灰色系统理论的战略流量预测模型符合精度检验要求,具备一定合理性,可以为战略流量管理提供决策支持.     

空域复杂性建模

下一代空中交通管理系统致力于推进管理决策中心从地面转向空中,实现统筹分布-集中决策模式,提高交通服务能力,适应未来航运需求.为探索空域系统承载复杂交通的能力,空管业界对以动态密度为代表的空域复杂性模型进行了大量研究.运用复杂性学科研究的基本思想,以对空域状态进行客观描述为重点,反映空域以及其中交通关系的变化过程,提出了综合迫近、几率和连携因素的空域复杂性模型,最后,通过仿真实验数据和广州地区的实际运行数据验证了模型的可行性.弥补了空域状态评估领域航空器计量方法的不足.     

基于鲁棒控制理论的轨迹规划方案

为了在大流量、高密度和小间隔条件下获取多航空器鲁棒无冲突轨迹,针对不同的航路空间分布结构,通过将单架航空器视为一个批次以及引入缓冲时间参数,基于航路冲突点保护区竞争机制,在极大代数框架下根据管制间隔约束构建了单航段和多航段航空器流控制模型,建立了模型输入变量、状态变量和输出变量之间的约束关系。从各类子模型的空间逻辑结构出发,进一步构建了空域多航空器极大代数耦合模型。基于不同的调配目标,设定了多类鲁棒优化指标函数,采用调整航空器到达航段入口时刻和在航段上运行速度两种策略,提出了多航空器轨迹规划鲁棒优化模型。算例分析表明,本文所提出的规划模型可行有效。     

终端区动态容量预测模型

为有效预测终端区动态容量,提出了一种危险天气影响下的动态容量预测模型。该模型根据危险天气预报概率的大小,将受影响空域的范围做区间化处理,认为危险天气预报概率大于70%的空域为完全避让空域,危险天气预报概率在70%以下的空域为可能避让空域。引入航班进离场优化排序和危险天气避让路径规划策略,以平均航班延误最小为目标,采用捕食搜索算法予以求解;并根据终端区实际容量评估的一般流程,运用仿真方法预测一定延误水平下的动态容量区间。以某机场终端区为例,验证了模型的有效性。     

多机场地面等待问题模型研究

近几年世界民用航空事业的飞速发展 ,机场容量的限制引起了交通拥挤并造成了巨额损失 ,使得流量管理问题变得越来越迫切。文中针对多机场的地面等待问题 ,建立了一种行之有效的地面等待管理系统模型 ,并提出了忽略航路交叉点容量、空中延误为 0及起飞容量无限的简化模型。     

基于分类与优化的进场航空器调度方法

为兼顾进场运行效率与管制工作经验,提出了一种基于分类与优化的进场调度方法。在分析进场管制特点的基础上,将进场排序问题转化为机器学习领域的分类问题,并构建随机森林分类器预测航空器着陆次序;利用综合得分机制和滑动时间窗实现进场航空器动态在线排序;针对预测着陆次序建立多目标优化模型,实现着陆时间优化;采用长沙黄花机场3组繁忙时段的进场运行数据,验证方法的可行性。结果表明：随机森林分类器预测着陆次序与实际着陆次序高度吻合,正确率达到99.00%以上;相比于传统先到先服务策略,本文方法减少了平均延误时间、平均飞行时间、最大飞行时间、最大延误时间和着陆位置变动次数;相比于常规优化方法,本文方法能够在保障优化指标的基础上,将航空器着陆位置变动由12次降为2次。     

基于监视数据的实时飞行流量计算算法的设计与实现

实时飞行流量计算是空中交通流量管理的一个重要研究内容。本文构造了一种基于监视数据的实时飞行流量计算算法。算法将空域分为面空域、线空域和点空域三类,并针对3类空域结构设计了飞行流量计算方法,设计了避免重复计算处于特殊位置的航空器的计算流程。利用真实飞行轨迹进行验证,本文算法能实时计算出各类空域单元的交通流量,并且符合实际飞行原则和空域使用规则,是一种合理有效的实时飞行流量计算方法,具有一定的参考价值和实用性。     

天气影响的机场容量概率分布研究

天气是影响机场容量下降的主要因素,为了反映预测天气对容量的影响,建立了n-阶段到达容量分布模型。通过天气类型决策树将历史天气数据转换为每种天气类型的到达容量概率分布。根据天气类型的容量概率分布,用全概公式将概率天气预测转换为概率容量预测。基于5年的机场小时天气数据,对某一日的预测天气进行算例仿真,得到了一组基于预测天气的n-阶段容量概率分布。结果表明,n-阶段容量分布模型能够将机场不同时段的预测恶劣天气转换为预测随机容量,从而满足实时流量管理的需要。     

航班延误中的空管原因及对策探讨

经常大面积的航班延误问题日益受到关注,究其原因,主要是受天气、军方活动、空域管理和管制理念的影响.预防和解决航班延误需要改革空域管理体制,合理利用空域,改善空管基础设施,合理安排航班量及航班时刻,更新管理理念和管制理念,大范围统筹安排飞行流量,尽可能减少空管原因造成的航班延误.     

多元受限的航班时刻优化模型与方法研究

针对我国空域的实际，结合航班时刻制定的特点，在多元受限地面等待策略的基础上，建立了一个多元受限航班时刻优化模型，提出了一套求解该优化模型的改进启发式算法。并在所提模型和算法的基础上，开发了航班时刻优化系统，对全国实际的航班时刻进行了优化，验证了理论模型和方法的可行性。     

空防空管一体化运行体系能力需求分析

空管与空防联系紧密,空防空管一体化是空管系统建设中的重要问题。本文立足空防空管系统的体制和运行现状,着眼于空域资源集约化管理的运行环境,研究分析空防空管一体化运行体系能力需求,为建设空防空管一体化运行体系提供理论和技术支持。     

Analysis on Potential Conflict Frequency of Intersected Air Routes in Terminal Airspace Design

In order to obtain accurate conflict risks in terminal airspace design, the concept and calculation model of potential conflict frequency for intersected routes are proposed. Conflict frequency is represented by the product of horizontal conflict frequency and vertical conflict probability. The horizontal conflict frequency is derived from the probability density distribution of conflicts in a period of time. Based on the recorded radar trajectory data, the concept and model of ROUTE distance are proposed, and the probability density function of aircraft height at a specified ROUTE distance is deduced by kernel density estimation. Furthermore, vertical conflict probability and its horizontal distribution are achieved. Examples of three intersected arrival and departure route design schemes are studied. Compared with scheme 1, the conflict frequency values of the other two improved schemes decrease to 53 % and 24%, respectively. The results show that the model can quantify potential conflict frequency of intersec ted routes.     

基于微分Petri网的民机航迹演化通用模型构建

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下的空域实施管理,在战略航迹规划阶段,提出了一种模块化的战略航迹演化通用模型。建立了不同航段之间航空器状态动态切换的一类宏观Petri网演化模型,以及同一航段内航空器速度和高度两种特征参数值连续变化的3类微观Petri网演化模型。根据航空器特征参数值转化的4种不同形式并基于航空器全飞行剖面的混杂运行特性,运用微分Petri网理论,定义了航空器的4种演化模式,通过组合各种演化模式得到了3种航空器基本演化模型。在满足航空器性能约束的前提下,通过设定10个航段及15个高度和速度预设值,得到了全飞行剖面下各特征参数的演化图。结果表明,所设计的演化模型增强了航迹预测模型的通用性,能够反映航空器在水平剖面和垂直剖面内的状态变化。     

基于混杂系统模型的航空器4D航迹推测

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下空域实施管理,4D航迹推测是国内新一代空管自动化系统最为核心的一项技术。首先基于飞行剖面不同飞行阶段的航空器动力学模型,构造了在不同飞行阶段之间转移,而在同一阶段航空器重量、校正空速、高度和距离等状态连续变化的混杂系统模型。通过温度和风速风向修正航空器真空速及地速,利用混杂系统递推法求解航空器4D航迹。实际算例表明,本文提出的混杂系统模型推测得到的水平航迹和垂直剖面能够准确地反映航空器的飞行状态变化,单架航空器4D航迹推测计算时间可以控制在2 s以内。     

基于信息熵的危险天气下终端区管制风险评估

终端区结构复杂、飞机事故多，其中危险天气对航空器的安全运行影响极大，因此有必要对危险天气下终端区管制风险进行评估。针对终端区管制系统运行风险性大、易发不安全事件的问题，提出基于风险信息熵的危险天气条件下终端区管制系统风险评估模型。首先，通过分析危险天气条件下管制系统的运行过程，建立管制系统运行中的熵流模型，然后建立危险天气下终端区管制风险评估指标体系，给出评估指标灰色关联度属性的计算方法，利用其反映出的信息熵确定指标权重，最终建立危险天气下终端区管制风险评估模型，并通过算例验证了模型的可用性和有效性。     

空域安全评估中的碰撞风险模型分析

碰撞风险研究是空域安全评估的关键内容。随着空中交通管理设备和技术的发展,碰撞风险的研究也深入展开。本文总结了国内外学者对碰撞风险模型的研究及应用,介绍了几种常用的碰撞风险模型或方法,包括概率论理论方法、Reich模型、EVENT模型、随机分析模型、交叉航路模型和模糊数学综合评价法,分析了各自优缺点,并对上述模型进行简要对比,为我国空域安全评估提供参考。