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.     

基于航路耦合容量的协同多航路资源分配

针对中国当前航路空域拥挤日益严重的问题,分3个步骤进行解决:第1步,对空域管制单元之间存在的交通流耦合因素进行分析,建立基于空域管制单元耦合因素的航路容量模型;第2步,为反映不同类型航班对计划到达时间变动范围的不同接受程度,定义了航班的延误成本函数和改航成本函数;第3步,在上述两步的基础上,为充分利用可行的航路空域资源...     

基于航行系统体系结构的动态空域规划

基于新航行系统体系结构的动态空域规划方法可以充分挖掘和发挥空域的潜能,不仅能够完成国家战略层面的航路、航线、管制扇区结构设计,还可以作为评估现有独立管制扇区是否最大限度地满足空域用户不断增长需求的依据。本文在参考美国航行系统体系结构发展的基础上,提出基于该体系的空域规划建模过程,以及关键性指标的应用,对动态空域划分与协调规则进行初步分析,为科学规划空域提供技术支     

区域管制空域航班延误实时预测模型

目前航班延误是航空运输业亟待解决的问题之一,建立有效的预测模型实现较准确的实时延误预测,对管制员解决空中交通拥挤、减少航班延误意义重大.基于航班计划,建立区域管制空域内单航路的平均延误时间实时预测模型,通过求和可得到空域内多航路的延误预测模型.算例分析表明,模型能够实时预测区域管制空域平均延误时间,是可行有效的.     

基于管制员工作负荷的终端区容量评估

对现有的基于管制员工作负荷的空域容量评估方法进行分析,并比较各自的特点。提出了改进的基于管制员工作负荷的容量评估模型,模型的建立不仅考虑了管制员工作负荷的不同类别,即通信负荷、非通信负荷和思考负荷,还考虑了空域内航路结构的复杂性,即区分空域内不同航路走向上运行的航空器数量。描述了基于新建模型的容量评估方法。以哈尔滨机场终端区为背景,在雷达管制的基础上,使用新建立的模型,采用回归分析方法,计算了终端区容量,验证了所提模型和方法的可行性与适用性。     

基于空域灵活使用的区域航路航线运行管理

利用临时航线和固定航线等手段,建立了区域管制下以最小运行成本为目标的规划模型,在模型中引入了不同机型单位时间的运营成本和临时航线的运营成本来计算总运行成本,并以此为适应度函数,通过遗传算法实现对航班选择飞行航路航线优化,以降低运行成本。计算结果表明:利用模型管理机制进行优化后,经过指定区域的所有航班运行成本与航班在区域外等待成本之和比之前降低约10%。     

平行区域导航航路安全性分析

空域容量不足是导致对空域结构进行修改的决定因素之一。修改空域结构又需要一系列技术分析和论证工作,而对修改后的空域进行安全性评估是其中最重要的工作之一。在总结Reich模型和相关文献基础上,完善了在雷达间隔条件下的碰撞风险模型,提出了有雷达管制间隔分别无非侵入区和有非侵入区条件下出现飞行冲突需要管制员干预的计算模型。在上述模型基础上,对现有京沪单航路结构增加了一条平行航路,从而构成平行区域导航航路并对其航路间隔大小进行了分析论证,评估其安全性,同时分析了管制员的干预情况,也为进一步的空域扇区结构调整提供了依据。     

单向循环航路改造对空中立交桥的影响

随着我国民航事业的飞速发展，航班流量持续增长，在我国现有空域管理体制下，有限的民航可用空域资源与持续增长的飞行流量之间的矛盾变得愈发突出，给民航空管运行安全带来了前所未有的压力。为保证飞行安全，降低冲突调配难度，在航路运行中，空管部门往往利用搭建空中立交桥的空域使用手段来缓解管制运行压力，降低管制运行风险，但立交桥的固化使用同时又在一定程度上影响了空域资源的使用效率。为解决该问题，空管部门提出了应用单向循环进行航路改造的思路。本文从空域管理视角阐述空中立交桥的概念、成因、利弊以及单向航路改造对空中立交桥所产生的影响，以期更多人能对该问题有所了解，并提出有益建议。     

基于Volterra捕食模型的飞行流量动态调配

为缓解当前飞行流量需求与空域资源限制间的矛盾,改善静态流量分配方式下航路飞行流量限制问题,提出飞行流量动态调配概念并建立动态调配模型及算法.首先根据Volterra捕食模型的思想,以航路负荷值大小为依据划分种群,依据航路飞行流量的调配速度建立飞行流量的动态调配模型,然后提出实时流量动态调配算法,按时段周期性对航路的飞行流量重新划分种群,并根据航路当前状况对飞行流量进行动态调配.最后运用Matlab软件进行算例分析,结果表明了模型及算法的有效性,可以很好地应用于飞行流量的动态调配研究中.     

南中国海,一片更完美的天空

南中国海空域是连接亚、美、欧几大洲的重要的国际航路空域，由于历史的原因，长期以来一直由外国人执管。在国际民航组织的大力支持下，随着中国经济力量的增强和中国政府长期以来的不懈努力，南中国海空域管制权终于在２００１年１１月２日交到了中国手中。南中国海空域管制权回到中国手中，该空域航路除了得到高科技、具备国际标准的设备、人员的保障外，该空域的航路结构调整和重组也得以展开，如在原来两条主要航路的基础上新增四条平行航路，原来绕道外海上空的航路此次直接取道海南岛上空，并将在一定空域缩小飞行的垂直间隔和侧向间隔。负责南中国海空域管制的中国民航三亚责任区的启动，对中国民航的发展具有重要的战略意义，对推动中国民航空中交通管制水平的国际化将起到重要作用。     

Dynamic airspace configuration method based on a weighted graph model

This paper proposes a new method for dynamic airspace configuration based on a weighted graph model. The method begins with the construction of an undirected graph for the given airspace, where the vertices represent those key points such as airports, waypoints, and the edges represent those air routes. Those vertices are used as the sites of Voronoi diagram, which divides the airspace into units called as cells. Then, aircraft counts of both each cell and of each air-route are computed. Thus, by assigning both the vertices and the edges with those aircraft counts, a weighted graph model comes into being. Accordingly the airspace configuration problem is described as a weighted graph partitioning problem. Then, the problem is solved by a graph partitioning algorithm, which is a mixture of general weighted graph cuts algorithm, an optimal dynamic load balancing algorithm and a heuristic algorithm. After the cuts algorithm partitions the model into sub-graphs, the load balancing algorithm together with the heuristic algorithm transfers aircraft counts to balance workload among sub-graphs. Lastly, airspace configuration is completed by determining the sector boundaries. The simulation result shows that the designed sectors satisfy not only workload balancing condition, but also the constraints such as convexity, connectivity, as well as minimum distance constraint.     

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.     

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.     

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。     

不同管制方法下空域运行的燃油经济性与仿真分析

为了提高空域运行的燃油经济性,提出了不同管制方案下空域运行的燃油经济性模型,通过仿真实验．对比分析了不同管制方案和飞机群体在空域运行的燃油消耗量。实验结果表明：通过使用该模型可以从管制方法上节省整体空域中飞机群体的燃油消耗,同时证明了该模型的可行性。指出了不同管制方法对空域运行的燃油经济性的影响和空管绩效评估的一项新指标。     

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。     

基于群智机理的集群防碰撞控制

在执行作战任务以及民用中,无人机集群由于具备高可靠性和高效费比的特点而受到广泛关注;随着城市低空空域的开放,作战环境的动态复杂性剧增,对无人机集群防碰撞提出了严峻的挑战。针对无人机集群执行任务时的编队个体之间防碰撞以及遭遇突发障碍时的集群防碰撞问题,提出了基于群智机理的集群防碰撞控制方法。通过引入力学概念,设计了集群内部吸引力、排斥力以及编队构型力的模型;通过集群个体间的信息共享以及类脑知识发育,构建了基于群信息共享和类脑反射的无人机防碰撞模型。仿真结果表明：所提集群控制方法提高了集群的集结效率,而且在遭遇突发障碍时能够规避动态障碍,再次完成编队重构;群智机理的引入缩短了无人机集群面临突发障碍时的反应时间。     

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。     

对流天气下空域通行能力短缺预警及响应综述

对流天气是空域通行能力短缺的主要原因之一。为了解决这一问题,需要通过理论和实践创新,建立对流天气条件下空域通行能力短缺的预警和应急响应机制,提高空域资源配置效率。从对流天气影响信息解释转换、容量评估与预警及空域响应预案三个方面梳理了国内外研究现状,总体趋势是:对流天气逐渐通过各种解释转换模型被量化为对空域和航路的影响;对流天气下空域通行能力主要受管制员工作负荷的限制,只有准确评估对流天气下的工作负荷,才能做出正确的通行能力短缺预警;对流天气响应方案,逐渐由地面等待、增加同航迹间隔、返航、备降等高耗能的流量控制措施,转向以灵活使用空域预案确保改航方案的实施方向发展。课题的应用前景是可以化解对流天气下交通需求与空域通行能力不平衡的矛盾,提高预警准确度,减少响应前置时间,提高流量管理与容量管理协同运行的效率,减轻对流天气造成的航班延误,减少航空器运行成本,实现节能减排的要求。