空中交通流量管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和國(guó)防能力的增強(qiáng),軍民航飛行活動(dòng)增長(zhǎng)迅速,且空中交通流量分布極不均衡。當(dāng)空域容量無(wú)法滿足流量需求時(shí),所導(dǎo)致的空中交通擁塞不僅嚴(yán)重影響飛行安全,而且給軍民航帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失?？罩薪煌髁抗芾?ATFM)是解決空中交通擁塞最有效、最經(jīng)濟(jì)的手段,美國(guó)、歐洲等航空發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立、并仍在不斷完善各自的空中交通流量管理系統(tǒng),并因此取得了巨大的效益。
　　 借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),建立我國(guó)的空中交通流量管理體系,是我國(guó)

2、航空運(yùn)輸快速發(fā)展的迫切需要和必然趨勢(shì)。有關(guān)部門已經(jīng)啟動(dòng)對(duì)空中交通流量管理體系、流量管理核心技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)等方面的研究,并首次將“協(xié)同流量管理核心技術(shù)”納入國(guó)家863計(jì)劃“新一代國(guó)家空中交通管理系統(tǒng)”重大項(xiàng)目中,作為發(fā)揮新一代國(guó)家空管系統(tǒng)在空管運(yùn)行中技術(shù)優(yōu)勢(shì)的重要保證。
　　 本文首先闡述空中交通流量管理的基本概念和國(guó)內(nèi)外流量管理發(fā)展現(xiàn)狀,接著對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)行了綜述,在此基礎(chǔ)上以建設(shè)國(guó)家空中交通流量管理系統(tǒng)為目標(biāo),對(duì)空中交

3、通流量管理系統(tǒng)中的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要包括以下內(nèi)容:
　　 1、建立了機(jī)場(chǎng)地面靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的容量評(píng)估模型,應(yīng)用Dijkstra算法和滑動(dòng)時(shí)間窗對(duì)容量評(píng)估模型進(jìn)行求解,提高了動(dòng)態(tài)容量評(píng)估模型的準(zhǔn)確性和靈活性,并將成果應(yīng)用于深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)的改擴(kuò)建工程。
　　 本文對(duì)空中交通容量的定義、評(píng)估方法進(jìn)行了歸納、總結(jié),通過(guò)對(duì)不同空域單元影響容量因素和限制條件的對(duì)比分析,將影響因素分為空域(機(jī)場(chǎng))使用策略、航班流特性、實(shí)際管制

4、間隔三類,根據(jù)這三類影響因素的時(shí)效性分別建立了靜態(tài)評(píng)估模型和動(dòng)態(tài)評(píng)估模型,并與目前國(guó)內(nèi)大量機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建中需要對(duì)機(jī)場(chǎng)地面進(jìn)行容量評(píng)估的實(shí)際需求相結(jié)合,選取深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)分別進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)容量評(píng)估。針對(duì)機(jī)場(chǎng)地面動(dòng)態(tài)容量評(píng)估,一方面在建立地面網(wǎng)絡(luò)模型的過(guò)程中采用Dijkstra算法,實(shí)現(xiàn)航班模型的最短路徑的搜尋；另一方面在對(duì)飛機(jī)動(dòng)態(tài)分配路徑的同時(shí),采用滑動(dòng)時(shí)間窗方法優(yōu)化航班序列。評(píng)估結(jié)果表明,動(dòng)態(tài)容量為一個(gè)時(shí)變量,可為制定預(yù)戰(zhàn)術(shù)或戰(zhàn)術(shù)流量管

5、理方案提供決策支持；在動(dòng)態(tài)評(píng)估中通過(guò)搜尋最短路徑減小了以往采用固定滑行路徑評(píng)估的誤差,還大大提高了模型的靈活性,可對(duì)機(jī)場(chǎng)的改擴(kuò)建起到參考作用。
　　 2、建立了基于進(jìn)離場(chǎng)容量轉(zhuǎn)化的單機(jī)場(chǎng)地面等待策略及多機(jī)場(chǎng)地面等待策略的多目標(biāo)優(yōu)化模型,設(shè)計(jì)了多目標(biāo)遺傳算法,并應(yīng)用于全國(guó)航班計(jì)劃的優(yōu)化。
　　 在對(duì)現(xiàn)有單機(jī)場(chǎng)、多機(jī)場(chǎng)地面等待模型進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上,針對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道同時(shí)用于進(jìn)場(chǎng)與離場(chǎng)的運(yùn)行實(shí)際,而目前大多單機(jī)場(chǎng)地面等待策略模型中只

6、專注于進(jìn)場(chǎng)航班對(duì)機(jī)場(chǎng)容量影響的實(shí)際情況,提出基于進(jìn)離場(chǎng)容量轉(zhuǎn)化的單機(jī)場(chǎng)地面等待策略模型。該模型通過(guò)進(jìn)場(chǎng)優(yōu)先級(jí)可對(duì)進(jìn)場(chǎng)、離場(chǎng)航班隊(duì)列進(jìn)行調(diào)節(jié),得到適合于離場(chǎng)、適合于進(jìn)場(chǎng)和進(jìn)離場(chǎng)均衡的最優(yōu)解。針對(duì)目前多機(jī)場(chǎng)地面等待模型中大多以航班總延誤損失最小為單一的目標(biāo)函數(shù),難以滿足不同方、不同情景的需求,將多機(jī)場(chǎng)地面等待問(wèn)題作為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題處理,并采用快速非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)進(jìn)行求解,得到滿足約束的多個(gè)調(diào)配方案,為各方進(jìn)行協(xié)調(diào)、決策

7、提供了依據(jù)。最后以全國(guó)航班計(jì)劃為實(shí)例,對(duì)選取總延誤最小、準(zhǔn)點(diǎn)率最高和被調(diào)整航班數(shù)最少三個(gè)指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù),驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和有效性。
　　 3、建立了不確定天氣條件下空中等待、地面等待和改航三者相結(jié)合的改航策略,相比已有的改航模型,有利于提高航班的準(zhǔn)點(diǎn)率和空域的使用率,減少后續(xù)航班的延誤；利用馬爾可夫鏈中的最大轉(zhuǎn)移概率原理確定未來(lái)天氣狀態(tài)；采用人工智能中的A*算法進(jìn)行航路更改后最短路徑的求解,并結(jié)合實(shí)際飛行計(jì)劃進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

8、
　　 4、對(duì)空域的靈活使用、空域分類研究進(jìn)行了總結(jié),結(jié)合我國(guó)國(guó)情對(duì)適用于我國(guó)的空域靈活使用方法和評(píng)估指數(shù)、空域分類空域動(dòng)態(tài)管理機(jī)制的建設(shè)提出建議,并對(duì)空域運(yùn)行管理仿真與評(píng)估系統(tǒng)提出初步方案,對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各分系統(tǒng)功能進(jìn)行了描述。
　　 5、將理論研究的成果應(yīng)用于實(shí)際,參與容量評(píng)估系統(tǒng)和地區(qū)級(jí)流量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)工作,對(duì)“容量評(píng)估系統(tǒng)”和“中南地區(qū)流量管理系統(tǒng)”的研制概況、各分系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行了介紹。目前,“容量評(píng)估系統(tǒng)