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。     

基于Netlogo的终端区进场交通流建模与仿真

终端区进场交通流特性参数研究对于解决复杂空域结构下航空器拥堵、航班延误具有重要的实际意义。基于元胞传输模型将进场航线划分元胞,并且在数理推导的基础上,基于Netlogo仿真建模平台搭建进场交通流元胞传输模型仿真环境,对进场交通流的宏观涌现行为进行仿真模拟,得到交通流基本参数速度、流量、密度之间演变趋势。研究结果表明,终端区进场交通流三大基本参数之间存在明显的数量关系,关系曲线相对应分为自由流、拥挤流和阻塞流三种状态,并且受到管制间隔、飞行程序、管制策略的影响。利用相关研究成果,可通过改变管制策略、调整管制间隔、优化飞行程序的方法使得交通流特性向着可预知的方向演变,因此对终端区交通态势的判断具有应用价值。     

基于SPSS的终端区交通流态势评估

空中交通管理工作的实施必须以准确掌握各航线运行状况及其发展趋势为基础和前提。对终端区交通流的运行态势进行评估,即是对交通流实时运行状态及发展趋势进行分析。对终端区空中交通流进行现状评估,确定各个交通流参数的时序分布,评价终端区交通流运行状态。借助SPSS统计软件,剖析参数变量之间存在的关系,以线性回归模型为基础模型,了解变量之间如何相互影响,获取终端区流量出现拥塞的时段,反映终端区交通流特性。     

广义螺旋运动与复杂回转刀具几何建模

 针对现代机械加工中广泛使用的复杂回转刀具,如模具铣刀、旋转锉、球形滚刀等,提出了任意回转面上的点和线的广义螺旋运动概念,并运用这一概念分别建立了复杂回转刀具广义螺旋线模型和广义螺旋面模型。该模型适用于任意回转刀具,克服了传统的螺旋运动概念和螺旋线、螺旋面理论只是针对圆柱形回转刀具的缺点。最后以球头刀具前刀面几何建模为例说明广义螺旋运动概念和复杂回转刀具几何建模方法的具体应用。     

空中交通管理中的复杂性研究

 空中交通管理（ATM）领域不断更替的新概念与新技术对准确认识ATM底层结构及其运行机制提出了愈加多元的需求,其中复杂性研究作为基本问题之一,由于贯穿ATM的各个层面而成为认识系统涌现的重要线索。不断发展的复杂性科学更是从方法论上给予了ATM研究者理论支持,使得复杂性研究复兴成为欧美空管机构研究者的热点论题。针对ATM领域的复杂性研究尚未形成明晰体系之现状,本文尝试理清以往工作的范畴与框架,并重点介绍了关于动态密度、交通无序性、交通流扰动分析和空域复杂系统建模方面的理论成果,最后指出了该领域未来的研究趋势和尚待解决的关键问题。     

基于复杂网络的空中交通特征与延误传播分析

空中交通流量管理主要集中在尾随间隔、空中等待等局部战术空中交通流量调配,对空中交通流量整体运行规律、延误传播和整体解决的研究较少。航空运输网络是一个复杂系统,从复杂网络理论角度对航空运输网络进行研究很有必要。首先,分析了空中交通流量网络的度、度分布、权值、权分布、流量、容量、延误等静态特征;然后,提出了空中交通流量网络整体效能评估方法,使用选择性攻击和随机攻击方法分析了空中交通流量网络的抗毁性,基于负荷容量级联失效模型和病毒传播模型与空中交通延误传播的相似性建立了空中交通延误传播模型,最后,使用实际运行数据验证了空中交通流量网络的特征与延误传播模型的有效性,该研究可以为大范围空中流量管理提供决策支持。     

含SMA纤维的复合材料层合板的应力集中实验与分析

 由于具有形状记忆效应, 埋入复合材料层合板中的形状记忆合金纤维, 相变后将产生很大的回复应力, 不仅改善了整个承载结构的机械性能, 而且改变了危险区域的应力分布, 降低了应力集中程度。针对带孔的复合材料层合板, 通过拉伸实验及测定应力集中因子, 说明形状记忆合金纤维对于承载复合材料构件孔边附近区域的应力集中有很好的抑制作用, 孔边应力集中因子最大可降低9%。     

金属光谱发射率的仿真与分析

 在研究物体的辐射特性时,需要用到物体表面的发射率等物性参数作为输入参数。实验测量发射率数据的适用范围受到一定限制,不能满足所有情况的数值仿真需要。从电磁波传播的基础理论着手,结合金属自由电子气模型,考虑光学参数的色散关系和空气入射到金属内折射角的复数关系,并在随机模拟金属粗糙表面的基础上,模拟并讨论了不同影响因素下实际金属表面的光谱发射率变化趋势。将本文的数值仿真与其他相关的实验和仿真数据进行对比,结果表明,该方法从本质理解并计算金属实际表面光谱发射率数值,结果可信,并具有普遍适应性。     

地面等待策略中的时隙分配模型与算法研究

 机场拥塞是制约民航运输的瓶颈所在,地面等待策略(GHP)是解决机场拥塞的有效方法,其核心就是时隙分配问题。为适应我国空中交通持续发展需要,实现科学时隙分配的要求,对GHP已有的研究进行分析和归纳,重点论述了时隙分配的概念、属性、模型和算法,在此基础上总结了时隙分配的关键问题,即随机容量的影响、均衡模型的建立以及模型求解算法的研究。最后指出了时隙分配问题未来的研究方向。     

大型繁忙机场场面离场交通流拥堵特征分析

阐明机场场面交通流时空演变规律,揭示离场交通流拥堵机理是科学制定场面交通流管控策略的重要基础。采用元胞传输机理论,建立线性滑行道元胞、机坪发散/交叉元胞、汇聚元胞的交通流传输模型,并基于NetLogo系统动力学仿真平台,以广州白云国际机场为例验证了模型的有效性,进而推演分析了离场交通流基础相变特征及其影响机理。研究表明,场面离场交通流存在自由态、亚稳态、拥堵累积态和拥堵死锁态4种基础相态,指出调节与进场率相协调的推出率是有效控制离场交通流密度,缓解场面拥堵的重要手段。研究结果可为大型繁忙机场场面交通智能管控提供一定的理论基础和决策参考。     

柔性空域结构下连续下降航迹多目标优化

连续下降运行（CDO）是基于航迹运行（TBO）概念的重要组成,对于减少机场终端区燃油消耗和环境影响具有显著效果。简洁、高效和灵活的进场空域,以及高度自动的无冲突节能轨迹规划,是实现高密度终端区连续下降运行的核心要素。设计了一种融合Point Merge理念的新型倒皇冠形进场空域（ICSAA）,规范了新型空域内航空器运行程序,建立了以燃油消耗和飞行时间最小为目标的连续下降进近无冲突四维轨迹优化模型,并选用基于精英保留策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行高效求解。论证了新型柔性空域下连续下降运行轨迹优化具备复杂高密度场景预战术和战术运行性能,对于飞行效率、经济性和空域容量提升具有显著效果,为促进繁忙机场全时段连续下降运行的推广应用提供新视角和新方法。     

多机场终端区进离场交通流协同排序方法

针对大都市及都市圈飞行冲突、空域拥堵和航班延误日益严峻的现状,研究了多机场终端区进离场交通流协同排序问题。综合考虑尾流间隔、跑道间隔、时间窗、进离场容量等约束限制,从时空多维角度引入航班满意度概念,建立了多机场终端区进离场交通流协同排序模型,设计了带精英策略的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-II),寻求多机场终端区进离场排序问题的Pareto最优解。实例验证表明,所提方法可对多机场终端区进离场交通流进行优化排序,有效降低航班延误总时间,显著提高航班总满意度,并实现多机场系统对终端区空域资源的公平均衡使用。与经典的先到先服务策略相比,协同排序策略的整体优化效果较为显著,其中航班延误时间得到了一定的降低。     

终端区飞行程序与军航起落航线安全风险分析

为了对终端区内民航进离场程序与军航机场起落航线间的安全风险进行分析,提出了一种基于计算几何的两阶段三维分析方法。首先对终端区空域进行建模,并利用军航机场起落航线保护区确定军航机场活动范围。在此基础上,第一阶段利用计算几何方法分析军航机场活动区与进离场航线间在二维上是否存在安全风险;第二阶段利用Route距离分析在二维上存在安全风险的程序段与军航机场活动区的垂直安全间隔。以国内某终端区为例进行了实例分析,证明方法能科学高效地对进离场程序与军航机场起落航线间安全风险进行三维空间分析。     

受限航路空域自主航迹规划与冲突管理技术

为了解决在基于航迹运行的空中交通管理自动化系统中人机意识同步的问题,以航路运行为对象,开展了面向受限空域的自主四维航迹（4DT）冲突探测与解脱（CD&R）技术研究。基于自由航线空域（FRA）环境,提出基于栅格的空域离散化处理与计算方法;在此基础上,提出受限空域自主航迹运行两阶段方法：阶段1运用可视图（VG）法和Dijkstra算法,实现了满足限制区约束的航空器期望航迹快速规划;阶段2提出航迹可达时空域模型及其图形化表达方法,并基于连续飞行动力学推导出了不同情况下的航空器位置更新模型,并采用局部冲突探测与解脱方法,以飞行距离最短为目标,实现航空器自主路径与速度联动规划,从而支撑空地、人机认知同步的无冲突四维航迹生成;最后,以中国西部典型空域为运行场景开展仿真实验,验证了所提方法的计算高效性和模型有效性,并对栅格尺寸和探测距离这2个关键参数进行了灵敏度分析。结果表明,所提方法能够支撑复杂空域高密度运行环境自主航迹运行,为推动自主空中交通系统发展提供了新思路和新方法。     

空域网格化方法及其在空管中的应用研究

传统的空域理论方法面临交通密度快速增长、空域管制对象复杂多类异构等一系列问题,研究空域数字化建模,发展出新的空中交通四维时空框架,在此基础上开展全新的空域与空中交通流量协同管理是当前的迫切需要。本文聚焦包括平面格网模型以及空域空间格网模型的空域网格化方法的总结,并对空域网格化方法的空管应用研究进行综述,在此基础上,对空域网格化及数字化研究重点及发展趋势进行综合分析。本文研究能够为空域网格化及数字化理论与应用的可持续发展提供科学指引。