一种基于空域数据库的多种数据融合算法的设计与实现

作为空中交通管制现代化的有机组成部分之一,实现全国空域数据库的建设和管理,统计和预测数据库的建设,用适当的数学模型和仿真模型对全国空域现状的容量进行评估是非常重要和必要的.本文讨论了如何设计并实现一套多数据融合的算法以生成一种统一的融合数据,这种融合数据是在现有的多种数据源的基础上,形成对大范围、全空域的实际飞行状况的现实情况进行监控,其特点之一就是具有统一的时空坐标系,以便为后续的统计和预测数据库的建设和仿真提供支持.     

空域数据库中航班航线嵌套表的设计与实现

本分析了空域数据库中航班航线表的数据存储特点，提出采用Oracle特有的嵌套表技术来设计航班航线数据表，并给出了具体的实现方案。     

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.     

兰州进近管制区运行状态仿真分析

本文通过计算机建模仿真分析方法对管制扇区运行状态进行了研究。首先概述了应用TAAM软件进行空域仿真建模的基本思路,并以兰州进近管制区为研究对象完成了对兰州空域的仿真建模;其次根据空域用户需求,利用仿真数据从冲突、扇区流量和管制负荷三个方面对进近管制扇区的运行状态指标进行了分析;最后找出了当前空域运行存在的较突出的问题,提出了未来扇区规划方面的建议,具有一定的实际工程指导意义。     

实时数据库在小型监控系统中的应用研究

本提出将实时数据库应用到实时性要求较高的小型监控系统中，对数据进行统一的、有效的实时管理；给出了实时数据库的设计，对实现中的关键技术进行了详细的讨论。     

依据管制工作负荷的扇区优化新方法

空域扇区优化划分问题是空域管理领域的一项重要的研究课题，对于提高空域容量和保障飞行安全均具有重要作用。本文根据空域中航路点的自然分布．利用算法几何的思想建立Voronoi图，统计由各Voronoi多边形包含的管制员工作负荷．然后以工作负荷均衡为优化原则，使用模拟退火算法对空域中的Voronoi多边形进行优化组合．并使优化组合的新解满足空域划分的两条重要的基本原则。这样，Voronoi多边形组合集合的边界就是优化的扇区边界。通过实际空域设计算例的计算结果，验证了本文提出的扇区优化方法的合理性。     

基于深度学习的离港航班延误预测模型研究

为了对离港航班延误进行有效预测,在融合航班数据和气象数据的基础之上,提出一种基于深度学习的离港航班延误预测模型。针对航班延误数据集的非平衡特性,提出利用焦点损失函数来减轻非平衡数据集对模型的影响;针对小数据集时模型预测效果不佳问题,提出了一种简单的数据集增强方法,在一定程度上提高了模型的预测精度。以成都双流机场的相关数据对模型进行仿真实验,结果表明模型可以达到85%以上预测精度,具有一定的实际价值。     

基于元学习和PINN的变工况刀具磨损精确预测方法

刀具磨损预测对保证零件加工质量和效率、降低加工成本具有重要作用,尤其是在广泛采用难加工材料的航空航天制造领域。数据与机理融合模型能够结合机理模型和数据驱动模型的优势,是实现刀具磨损预测的有效手段。然而现有的融合方法难以有效平衡数据和机理对模型的权重,导致难以真正实现融合模型的预期效果。本文提出了一种基于元学习（Meta learning,ML）和PINN（Physics-informed neural network）的刀具磨损预测方法,通过磨损机理约束数据驱动模型的解空间,并结合元学习算法优化融合模型的损失函数以合理利用数据和机理提供的信息。实例验证结果表明,本文所提出的方法能有效提高变工况下的刀具磨损预测精度和稳定性。     

空域拥挤风险管理时间决策模型与方法

针对目前日益严重的空域拥挤现象,缺乏有效的空域拥挤风险管理机制,造成拥挤难以应对等问题,建立了空域拥挤风险预测模型、空域拥挤风险解决模型和风险损失成本模型。采用风险预测模型和解决模型预测可能产生空域拥挤的时段、提出不同时段的实施流量管理策略,基于风险损失成本模型给出了不同时段调整拥挤的运行成本,通过比较运行成本和空域拥挤风险管理决策方法确定出解决空域拥挤的最佳时间点。采用实际运行数据进行验证,结果表明:所建立的空域拥挤预测模型、空域拥挤风险解决模型、风险损失成本模型和空域拥挤风险管理时间决策方法能有效地预测未来空域发生拥挤的时段,迅速找到运行成本最小的调整拥挤的时间点,为空中交通流量动态管理提供了新途径。     

基于改进区域生长算法的终端区扇区优化

针对民航业发展中空中交通流量不断增加以及空域划分不合理导致的流量分布、管制员负荷分布不均等问题,基于空中交通管制扇区划分的思想,对终端区扇区优化算法进行了研究。通过对终端区空域实际交通流网络进行数学描述,利用流量栅格矩阵划分空域单元,并以航迹数据作为统计依据建立扇区优化的数学模型,实现利用流量数据代替负荷计算,简化了扇区优化的过程。针对传统生长算法所得扇区不连续空域较多问题,提出环形生长的改进区域生长算法得到最优的扇区划分。最终,以厦门终端区为例,通过改进区域生长算法所得的扇区管制员负荷,经计算均小于总时间的80%,且最小负荷差为304 s,验证了所提出扇区优化方法的合理性。     

机载间隔保持系统建模及仿真

空中间隔保持是让飞机获得所处空域的交通态势,在尚未构成威胁而告警以前,预先自主保持间隔,维持对空中交通态势的自我警觉。其作用和责任是不能由基于空域组织的战略级冲突管理、近距离的机载交通防撞系统所替代。本文提出利用ADS-B、ACAS信息源的空中间隔保持系统,研究了系统模型并进行了仿真测试,验证了系统具有的自主冲突探测与规避能力,系统融合ADS-B和ACAS信息,间隔保持到近距离的防撞系统可平稳过渡,过渡区实现双重覆盖。     

低空开放背景下我国低空旅游发展前景分析

在新的历史时期,伴随着我国国民经济的持续快速发展和军队现代化建设水平的不断提高,低空空域的改革开放势在必行。通过介绍低空空域、通用航空产业等基本概念,对我国低空空域改革的制度变迁以及低空开放的历史必然性展开全面分析。在此基础上,指出低空旅游就是通用航空与旅游产业相结合的产物,是通航产业链在旅游领域延伸和扩张的必然结果,并从五个方面对低空旅游开发的主要内容进行了深刻阐述。最后,对低空开放背景下我国低空旅游的发展前景进行了充分展望,大胆预测在未来若干年内,我国低空旅游将迎来一个前所未有的发展机遇。通过这些研究,对加快推动我国通用航空与旅游产业的融合发展,将起到前瞻性的指导作用。     

基于调速法的交叉航路空域复杂度研究

目前基于航空器架次的空域容量评估方法很难映射出交通态势、扇区结构及管制员负荷之间复杂关系,采用复杂度评估空域系统运行能力是当前空中交通管理领域的研究热点。本文基于空域复杂度评估方法中的扰动分析思想,根据扇区实际运行中交叉航路、航班流随机到达等实际情况,建立扇区-航班流模型,采用调速法进行飞行冲突探测与解脱,进而定义交叉航路扇区空域复杂度计算方法,设计了瞬时和平均空域复杂度可视化表示方法,对预测和降低空域复杂度提供支持。仿真结果表明,该方法与基于航空器架次的评估模型相比更能反映出扇区交通态势微观特征,向空中交通管理提供了决策支持工具。     

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。     

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。     

灰色优势分析在多雷达低空小目标跟踪中的应用

在多部雷达同时跟踪低空／超低空飞行的机动小目标时，因受低空杂波，电子干扰和雷达自身探测精度等因素影响，易使部分雷达探测的数据不完整，不精确，不可靠，甚至相互矛盾，结果造成融合中心数据处理精度下降，针对这一情况，本文应用灰色系统理论的绝对关联度定义和性质，提出了一种改进的绝对关联度计算方法，并在此基础上将多部雷达经一次融合后的数据作为特征数据进行优势分析，把每时送入融合中心比较差的雷达数据用特征数据替换，再进行二次融合，仿真结构表明，应用改进的绝对关联度对雷达数据进行灰色优势分析和二次融合，可进一步提高雷达系统的跟踪精度和可靠性。     

测量点云数据的多视拼合技术研究

在实物反求中，往往需要将从各个不同视角测得的点云数据进行多视定位，统一到一个全局坐标系下，并经过数据融合使之能够便于后续的模型重建。本文首先提出了一种改进ICP算法，在采用标签法进行预定位的基础上，选取两个视图重叠区域中不同位置的数据点集作为控制点集，建立控制点的名义对应关系，然后进行坐标变换迭代求解，从而方便快速地实现了两个不存在明确对应关系的点云视图之间的准确定位。在进行多视拼合时，提出一种边定位边合并的方法，减少了多视顺序拼合时所产生的积累误差。对拼合后的视图，本文根据在重叠区域的缩小包围盒内采用加权平均的方法进行了数据融合。实例表明，本文提出的方法是行之有效的。     

基于Gamma过程的碳化钨涂层磨损剩余寿命

通过对碳化钨涂层磨损数据的分析,引用Gamma过 程,提出了一种有效融合现场监测数据和先验历史数据的碳化钨涂层磨损剩余寿命预测方法。首先,在历史磨损数据的基础上,确定了Gamma过程参数的先验值;其次,采用贝叶斯方法融合最新磨损监测数据,得到Gamma过程参数的更新值;然后,通过建立碳化钨涂层的实时 可靠度函数,实现剩余寿命预测;最后,通过实例对该方法进行了验证,结果表明精度比采用固定参数下的预测方法有所提高,满足工程实际的需求。     

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。     

一种低成本的无人机监控方法

本文根据无人机的用途特点,提出了一种低成本的无人机监控方法。充分利用现有网络及监视技术,在无人机上加装ADS-B发射装置或4G物联网卡,通过地面的数据融合处理技术,与载人机的报文信息进行冲突检测,借助无人机地面站或4G网络把冲突检测的结果传输给无人机,从而实现了无人机主动避让载人机的目的,同时把无人机的信息编码为TIS-B报文发送给ADS-B数据处理控制中心,将无人机的监视融入到民航的CNS/ATM系统中,为无人机在融合空域中的飞行提供了一种解决方案。