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。     

两车道交通流的波动分析

对一个由快慢两条车道组成的交通流系统,将基于速度梯度的动力方程应用到每条车道上,得到一种新的交通流动力学模型,可以用来揭示车流的小扰失稳和走走停停等非平衡特性.研究了该模型的波动特性,包括冲击波、稀疏波和一阶波传播,数值计算结果表明该模型能够较好地处理冲击波和稀疏波现象,也能够正确地再现走走停停的交通现象.此研究有助于进一步理解多车道的驾车行为和多车道交通流的非线性动力学特性,从而可以提高交通管理与控制水平.     

一种基于航空器气象资料下传数据的飞行剖面生成方法

由于飞行剖面识别是航空器四维(Four-dimensional,4D)航迹预测研究的热点问题,提出一种基于航空器气象资料下传(Aircraft meteorological data relay,AMDAR)数据的全飞行过程剖面生成方法,包括由高度-航程构成的标称高度剖面和空速-航程构成的标称速度剖面。首次将动态空间规整算法(Dynamic space warping,DSW)应用到飞行高度剖面的相似距离计算中,计算出标称飞行高度剖面;为解决在地速未知情况下标称速度剖面的计算问题,结合大椭圆距离算法与航空器基本性能数据库(Base of aircraft data,BADA),给出一种标称飞行速度剖面的计算方法,该方法保留了AMDAR实测历史数据中所隐含的飞行意图与气象因素。实际算例表明,本文提出的方法能够有效地得到真实反映航空器飞行状态的全飞行剖面。     

管制区短期空中交通流量管理的时隙-航线分配模型及算法

对管制区短期流量管理问题进行了研究,针对现有模型在约束条件和控制方法中的不足,不仅首次引入了流量控制事件的概念和相应的约束条件,而且在使用动态网络流理论建立了管制区短期空中交通流量管理模型过程中,还新增加了飞行高度层这一决策变量,使本文提出的时隙 航线分配模型与中国管制工作实际更加吻合。算例中采用中国华东空管中心实施的流量控制的真实数据,采用模拟退火遗传算法对其进行求解,求解结论直观、明确、可操作性强。仿真结果验证了模型及其求解方法的有效性和实用性。     

ADS-B监视技术在空中交通服务中的应用研究

直升飞机已成为渤海湾石油开采船（平）台运输人员和补充供给的主要交通工具。近几年,在渤海湾低空空域出现了多次潜在飞行冲突。ICAO推荐的新监视系统将在航空监视领域产生根本性变革,ADS—B是解决非雷达空域监视问题的好办法。依据渤海湾地区地理特征和目前石油开采船（平）台的分布,提出在渤海湾地区应用UAT方式的ADS—B系统建议,提出了四站式和两站式ADS—B系统地面站建设方案。     

基于不安全事件等级的空管风险管理研究

空中交通管制是航空安全的重要保障,为有效避免空管不安全事件的发生,找出导致不同等级空管不安全事件的风险因素并提出针对性的控制措施,根据某管制中心发生的不安全事件信息,结合其严重性等级进行风险管理研究。首先对该管制中心进行风险识别,在统计并分析其2001—2010年不安全事件的数据后,选择SHELL模型按照人员（L）、人员与人员（L-L）、人员与软件（L-S）、人员与硬件（L-H）和人员与环境（L-E）方面系统地识别出风险因素集;在此基础上,运用灰色关联分析进行定量评价,得出不同等级不安全事件风险因素评价结果;最后根据评价结果制定出不同等级不安全事件相应的风险控制措施。     

基于交通波模型的交叉点航班排序研究

为了缓解在终端区的航班延误问题,保证空中交通的安全有效运行,引入交通波模型针对交叉点航班的排序进行研究,首先对交通波模型的具体原理以及在空中交通管理问题中的应用进行分析,然后构建以延误成本为目标函数的排序模型,结合交通流的实际运行状况进行分析,确定决策变量.最后进行仿真实验,实验结果显示这种方法的总延误成本要小于FCFS算法,可以证明基于交通波模型的交叉点航班排序方法是有效的.     

航空器飞行状态预测的混合模型研究

航空器的飞行状态预测是飞行冲突探测的核心问题,也是保障飞行安全的关键所在.为了准确、高效地预测航空器的飞行状态,提出了一种HMM-BP混合模型.首先深入分析了航空器的飞行特点,从不同角度定义飞行状态并建立几何判定方法;然后通过HMM模型分别对航空器的飞行高度、航向以及速度特征进行时序建模;最后利用BP神经网络对航空器的飞行状态进行了推理预测.研究结果表明,该方法通过分析航空器在扇区内最初5min的雷达航迹数据,能够准确地预测其在扇区剩余时间的飞行状态,且计算速度快、预测效率高,可以有效协助管制员正确掌握航空器的飞行状态.     

空中交通相依网络的脆弱性研究

机场、航路和管制扇区构成空中交通相依网络,节点在受到扰动时,网络运输性能下降,引发网络脆弱性。提出一种空中交通相依网络脆弱性的度量方法,首先构建机场网络、航路网络和管制扇区网络3个层网络,基于空中交通管理规则与层网络间的逻辑连接关系,建立空中交通相依网络模型。在随机扰动和蓄意扰动节点两种不同失效模式下,采用最大连通度和结构熵两个指标,并给出了相应算法,分析相依网络的结构脆弱性;创建流量熵和交通流损失比指标,设计了相应算法,研究相依网络的功能脆弱性。研究结果表明,随机扰动对空中交通相依网络影响更大;网络的结构脆弱源与功能脆弱源是机场网络;网络的脆弱性与层网络间的连接方式和层网络的交通量不匹配有关。     

基于多目标算法的空中作战任务规划框架研究

空中作战任务规划是一项复杂的任务,随着空中作战飞行器的种类、数量及其之间交互性的增加,任务规划也变得越来越复杂。任务规划人员必须在有限的时间内制定出最优的任务分配策略。决策支持工具可以辅助任务规划人员找到最优的规划方案。介绍了设计多目标进化算法以及在空中作战任务规划领域的框架和工作流程,具体的任务包括空中打击动态目标的定位问题和情报监视侦察（ISR）任务规划。总结了这些研究的经验教训,探讨了未来可能的发展方向。