基于改进人工势场法的多机改航路径规划

恶劣天气是航空运输中造成航班延误的主要因素,实施改航策略是减少延误的一种有效方法,多航空器路径规划是改航策略的关键环节.针对恶劣天气造成大量航班延误情况,提出了采用人工势场法进行多机改航路径规划.根据航空器所受引力和斥力建立了传统人工势场模型,为解决在改航期间航空器受力出现局部最小值的问题,在航空器之间、航空器与恶劣天气之间引入不同的旋转控制力.仿真结果表明,改进的人工势场法规划的路径更短、更平滑,没有大角度转弯和反复振荡的情况,且计算效率提高了33％.     

飞行冲突下改航模型和算法研究

为解决飞行冲突下的改航问题,将不具备优先权的飞机看成是沿预定航路动态移动的威胁体,其保护区即看作该威胁体的威胁区域,建立改进的威胁概率模型——两机冲突概率模型,以确定其临界圆。在考虑改航偏离预定航路飞行代价的基础上,建立了改进的改航模型。针对三种飞行冲突分别给出了相应的改航最优路径规划分析。基于最短航程设计了相应的启发式算法,并对两种场景进行算例仿真。仿真结果表明,该模型和算法是有效可行的,可以很好地处理这类改航问题,为飞行冲突下的飞机规划出相对安全经济的改航路径,以及时解脱飞行冲突。     

地面等待和改航策略的流量管理方法

恶劣天气下,过多的地面等待往往造成终端区的拥堵和航班的过分滞留,充分利用航路容量是解决这一问题的途径之一。结合地面延误程序和改航策略,建立了动态不确定性情况下航班起飞时刻和航路选择模型,基于当前的航班计划,通过迭代算法和Dijkstra算法,获得优化的起飞时刻和航路选择。仿真结果表明,结合改航策略后,可提高航路容量的利用率,航班的总体延误可在一定程度上减少。     

雷暴天气下的仪表进近航段航线规划研究

雷暴天气会对飞机运行安全产生严重影响,在进近航段中若遭遇雷暴天气会造成改航不经济、实时性差、效率低等问题,采用改进的动态窗口法（DWA）对雷暴天气下的进近航线进行仿真规划。算法前期通过建立DWA 下的飞机运动模型及人为设定雷暴轨迹进行模拟仿真,验证算法躲避雷暴改航仿真的功能性;通过对案例中的雷暴位移坐标进行时间相关的拟...     

单体雷暴下的改航模型研究

针对变化的单体雷暴同高度改航问题,建立了以多边形顶点发展来代表整体变化的危险模型,并设定危险区域顶点的危险系数。在选定的改航区域内,考虑改航航线整体的危险系数,改航过程中的转弯角度,以及改航航线的长度,寻求最佳的改航点。仿真计算各个改航点的性质：危险系数、转弯角度和改航航程,从中选出最佳改航点。结果表明,模型有效可行,可以为这类改航问题提供一种解决方法。     

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。     

散点状分布危险天气区域下的航班改航路径规划

针对沿航线散点状分布的危险天气区域影响下的航班改航问题,提出了基于多目标遗传算法(MOGA)的航班改航路径规划方法。首先建立了基于网格的改航环境模型,并给出散点状分布危险天气区域的描述方法。然后以改航航段的航段距离、平均偏离距离和转弯点个数为目标,应用带精英保留策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对改航路径规划进行研究,提出了适用于改航路径规划的编码方法,同时引入了删除算子。最后,以昆明—广州航线为例,研究了散点状分布危险天气区域下的改航路径规划,并与基于多边形的改航路径规划算法作了比较。仿真结果表明：采用本文方法运行一次即可得到多条安全、可行的改航路径,且无需先验知识,为决策者选择改航路径提供了充足的依据。     

基于动态人工势场法的多机改航路径规划研究

在危险天气条件下,需要研究航班改航路径规划的问题。对传统人工势场法中的斥力势函数进行修正,将目标点与障碍物的距离以及航空器与受限区的运动速度考虑在内,建立了动态人工势场法的多机改航路径规划模型。模型解决了障碍物附近目标不可达问题,并且适应动态运行环境。算例验证了模型的有效性和可行性。     

开放区域航路网战术协同控流策略研究

为降低航班运行延误、提高航路资源利用率,从空管部门和航空公司协同角度研究空中交通开放区域战术控流问题。引入协同决策理念和航路配流思想,考虑航路瓶颈点容流关系和航空器时间间隔标准,整合空中等待和改航等策略,研究建立了开放区域航路网络交通流模型,给出了协同控流策略及其执行程序。采用实际航班运行数据,对所提方法进行了仿真验证。结果表明,用于仿真验证的30架航班总延误时间降低了17.7%,不仅有效减少了航班延误、充分利用了航路资源,而且提高了航空公司参与决策的自主性与积极性,有利于区域航路交通流协同优化控制。     

飞行冲突条件下基于几何算法的改航策略研究

航班改航飞行是在空域受危险天气及飞行冲突影响时的一种重要策略。针对初始改航航迹的生成,提出了改进的几何圆切法,用其规划出临时航线,绕过危险区。为避免潜在的飞行冲突,应用几何线性规划法进行了改航策略修正。最后,通过对我国现有航路的仿真分析,表明了算法的有效性。     

移动式发散型恶劣天气下改航模型和算法研究

针对边界匀速向外发散且整体按一定速度移动的危险天气影响区,考虑高空风对飞机航向的影响,提出了一种新的动态改航模型,包括改航判断模型、两段式改航模型和航迹检查模型。首先,设计了判断是否需要改航及改航侧选择的程序及启发式算法;然后,设计了航迹检查模型以检测航线与动态凸多边形危险区是否有冲突,并通过反复调用启发式算法来消除冲突,使飞行航迹以最小的角度调整获得最短改航航程。仿真结果表明了模型和算法的有效性。     

基于数值气象预报的飞行受限区自动划设

合理有效的飞行受限区划设是航空器规避恶劣天气进行改航策略选择的重要前提。为提高划设的实时性及充分考虑危险天气的随机动态连续变化,借助于气象预报信息,运用Matlab对图像矩阵进行处理,自动将影响飞行安全的区域边界多边形化。通过仿真分析,所提出的划设方法复杂度较低,效果令人满意,具有一定的可行性。     

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。     

航班改航路径规划研究综述

航班改航飞行是空中交通流量管理的重要组成部分,在发生危险天气时可安全有效地为航班选择一条临时航路,提高了空域的利用率,具有广阔的应用前景。针对航班改航路径规划的研究现状做了系统、全面的分析,按改航实施时间的不同将改航路径规划方法分为两类,即飞行前改航路径规划和实时改航路径规划,并分别予以分析和总结。最后,指出了当前研究中存在的问题和未来改航研究领域的发展方向。     

进场航班双目标调度的鲁棒优化研究

由于天气变化,导致进港飞机降落的处理时间不确定的情况经常发生.因此,需要在受到天气影响,进港飞机在跑道的处理时间不确定时提高跑道的利用率,减少飞机的延误成本.以最小化航班总延误成本和跑道总工作量为优化目标,建立降落飞机的处理时间的鲁棒优化模型,设计出Epsilon约束算法对能够快速得出进港飞机降落方案的Pareto前沿.通过实例证明了模型的可行性及有效性,对机场终端在天气变化时对进港航班的合理调度具有一定的指导作用.