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平行跑道机场场面冲突热点解脱分析——以海口美兰机场为例

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平行跑道机场场面冲突热点解脱分析——以海口美兰机场为例

作者：周云帆中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

近年来快速增长的航空需求给机场运行提出了极大的挑战。实施有效的机场飞行区场面热点管理是利用好平行跑道机场的场面运行资源,保证机场运行效率与安全的重要手段。以美兰机场为例研究平行跑道机场场面运行中的热点管控,使用“节点-... 详细信息

近年来快速增长的航空需求给机场运行提出了极大的挑战。实施有效的机场飞行区场面热点管理是利用好平行跑道机场的场面运行资源,保证机场运行效率与安全的重要手段。以美兰机场为例研究平行跑道机场场面运行中的热点管控,使用“节点-路段”模型对机场飞行区进行建模,利用AirTOP软件对场面运行进行建模与仿真。通过ADS-B数据和仿真数据对比,验证场面运行模型的有效性。使用逐步回归分析法对滑行冲突的影响因素进行分析,预测疑似冲突热点区域的冲突数,使用F检验和t检验验证了方程及自变量的显著性。使用矩阵法识别冲突热点的热度,以受阻频率和受阻率来表述冲突热点区域的特性并划分危险等级。为了寻找滑行冲突的解脱策略,使用A*算法对进离场航空器滑行路径进行求解,分别得到最短路和“大循环”两种静态路径规划方案。在静态路径规划的基础上,提出了动态路径规划,即根据逐步回归法的结果对时段内冲突次数进行预测,通过矩阵法判断各疑似冲突热点区域的冲突等级,当整个机场的冲突等级超过临界值,该时段选择“大循环”的策略,否则采用最短路的滑行策略。此外,由于动态路径规划无法解决交叉冲突,因此提出了基于深度Q值网络(DQN)的智能调速方案。最后利用AirTOP对机场典型日的滑行策略方案进行了验证,同时使用Python编程对基于DQN的冲突解脱进行了仿真,分析了各方案的进离场延误和冲突次数。结果显示动态路径规划可以有效兼容两种静态方案的优势,有效对滑行冲突进行解脱,基于DQN的智能调速可以在动态路径的基础上再次提高运行效率。

关键词：机场管制冲突热点路径规划深度Q网络 AirTOP

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基于冲突热点的航空器场面滑行路径优化算法

基于冲突热点的航空器场面滑行路径优化算法

作者：李志龙四川大学

学位级别：硕士

近年来,随着国内民用航空事业的飞速发展,航空器在多跑道机场场面滑行的过程中频繁发生冲突碰撞及跑道入侵等事件,从而导致进离港航班的延误率的增高,严重影响了机场场面的运行效率及安全性。如何合理地规划航空器场面滑行路径及高效地... 详细信息

近年来,随着国内民用航空事业的飞速发展,航空器在多跑道机场场面滑行的过程中频繁发生冲突碰撞及跑道入侵等事件,从而导致进离港航班的延误率的增高,严重影响了机场场面的运行效率及安全性。如何合理地规划航空器场面滑行路径及高效地完成冲突解脱策略是现阶段国内机场最关注的问题之一。基于上述问题,本文提出了一种基于冲突热点的航空器场面滑行路径规划算法,来提高复杂场面环境下的航空器滑行效率。本文的主要工作和创新点如下:获取真实数据及生成模拟飞行计划,结合蒙特卡洛仿真完成了冲突热点的预测与识别,分析了基于改进Q-learning的路径规划算法与基于改进A*的路径规划算法之间的优势,在此基础上利用冲突热点来对场面路径规划策略做出合理的选择。1、本文分析了多跑道机场场面运行区域各个系统之间的交互关系,通过节点-路径方式对多跑道机场场面运行区域完成了建模工作并构建了对应有向图。通过空管模拟机解析并导入了机场场面真实数据并构建了模拟飞行计划,同时结合蒙特卡洛仿真策略完成了冲突热点区域的预测及识别,检测出了未被标识的潜在冲突热点,并对冲突热点划分了等级。2、为了让航空器在场面滑行的运行效率更高,本文提出了两种静态路径规划策略,分别为基于改进Q-learning的静态滑行路径规划策略与基于改进A*算法的静态滑行路径规划策略。基于改进Q-learning的路径规划算法通过引入动态搜索因子来提高航空器在场面滑行的效率,基于改进A*的路径规划算法则是从根源上避免了对头冲突的发生,同时将会发生冲突碰撞的区域集中在部分热点来减少管制负荷,同时也便于管制员对滑行路径的掌握。最重要的是通过这种滑行优化方式可以减少冲突热点发生的频率,提高场面运行的安全性。在上述两种静态路径规划算法的基础上,提出了一种基于冲突热点等级分配的动态路径规划算法,当机场冲突等级之和高于最低阈值时,采用基于改进Q-learning的路径规划算法,否则采用基于改进A*的路径规划算法,当航空器在滑行期间发生冲突时会采用Q-learning算法实现冲突解脱。3、本文通过实验验证并分析了基于改进Q-learning的路径规划算法的有效性。同时对比了在不同冲突等级下,基于改进Q-learning的滑行路径规划算法与基于改进A*的滑行路径规划算法的优劣势,通过在单位时间段内动态选择场面路径规划算法,最终验证了基于冲突热点的路径规划算法的有效性,提升了机场场面滑行效率并给管制人员在现场管制中提供了一种辅助决策的功能。综上所述,本文的研究工作结合了场面建模、数据处理与强化学习Q-learning等,为提高机场场面滑行效率探索了新的研究策略,为提高场面安全性问题提供了有效的解决手段,同时,结合实验来对本文所提出的方法进行了验证。

关键词：冲突热点路径规划 Q-learning A*算法

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机场场面关键节点风险评估方法

航空计算技术 2024年第1期54卷 46-50,56页

作者：周雪芳薛列龙田文南京航空航天大学江苏南京211000 空中交通管理系统全国重点实验室江苏南京211000

为评估机场场面关键节点风险等级,提出了一种场面关键节点风险评估方法。结合复杂网络指标提取场面关键节点构建网络模型,从时间和空间两个角度选取风险评估指标,构建场面关键节点风险评估模型,探究时间和空间因素对于机场场面冲突热点... 详细信息

为评估机场场面关键节点风险等级,提出了一种场面关键节点风险评估方法。结合复杂网络指标提取场面关键节点构建网络模型,从时间和空间两个角度选取风险评估指标,构建场面关键节点风险评估模型,探究时间和空间因素对于机场场面冲突热点的影响,对冲突热点区域进行风险等级划分,找出关键冲突热点区域。以深圳宝安机场为例,基于AirTop仿真数据对机场关键节点进行风险评估,结果表明,考虑时空分布特征对机场场面进行风险等级划分,可以更有效更准确地识别热点区域,为机场场面运行安全提供参考。

关键词：机场场面关键节点时空因素风险评估冲突热点

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航空器热点区域的滑行避让方法

计算机工程与设计 2015年第12期36卷 3324-3327,3384页

作者：潘卫军王玄夏正洪朱新平中国民用航空飞行学院空中交通管理学院四川广汉618307

通过对机场建模,分析机场冲突热点的时空分布特征,构建航空器的滑行和避让机制,提出基于机场冲突热点的时空分布特征的航空器地面滑行路径优化模型。以机场的实际运行数据为例,结合该模型进行仿真分析,分析结果表明,优化后,该时间段内... 详细信息

通过对机场建模,分析机场冲突热点的时空分布特征,构建航空器的滑行和避让机制,提出基于机场冲突热点的时空分布特征的航空器地面滑行路径优化模型。以机场的实际运行数据为例,结合该模型进行仿真分析,分析结果表明,优化后,该时间段内的航空器滑行总时间减少了238s,完全避免了潜在的滑行冲突,经过热点区域的航班由7架减少至3架,有效降低了原冲突热点区域的危险等级,对于保障机场安全运行效率有一定意义。

关键词：冲突热点地面滑行路由规划节点-路段模型热点避让机制优化路径

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交汇水域船舶冲突建模与时空特征研究

交汇水域船舶冲突建模与时空特征研究

作者：金辉武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,我国沿海航行的船舶数量与日俱增,并不断趋向大型化和专业化,交汇水域内船舶密度和流量的增加使得航行船舶之间冲突频发。现有的船舶冲突研究中对冲突的时空特征分析方面存在不足,为了能更加全面深入的挖掘交汇水域内船舶冲突的... 详细信息

近年来,我国沿海航行的船舶数量与日俱增,并不断趋向大型化和专业化,交汇水域内船舶密度和流量的增加使得航行船舶之间冲突频发。现有的船舶冲突研究中对冲突的时空特征分析方面存在不足,为了能更加全面深入的挖掘交汇水域内船舶冲突的时空分布及时空关联特征,本文以空间自相关理论为基础,提出了一种能够同时从时间和空间维度对船舶冲突特征进行分析和表征的时空统计模型;针对船舶冲突数据存在的空间自相关性质,通过构建空间回归模型来消除由空间特性带来的回归误差,提高模型的预测精度。论文主要工作有:(1)分析交汇水域船舶冲突作用机理并构建船舶冲突数学模型。本文以沿海交汇水域内两船间的船舶冲突为研究对象,总结归纳了船舶冲突基础知识,分析了冲突作用机理,并从不同的角度对船舶冲突进行了划分,最后构建了船舶冲突的数学模型。以虾峙门航道附近的典型交汇水域为例,利用Python实现了对AIS数据中船舶冲突数据的自动识别和提取。(2)对空间自相关理论进行时间维度的拓展,构建交汇水域船舶冲突数据的时空分析模型。首先对交汇水域内船舶冲突数据的时空分布特征进行研究,分析了不同空间网格尺度、时间延迟长度及空间权重矩阵阶数对冲突时空分布模式的影响,并识别了船舶冲突的时空热点。在此基础上,使用适当的时空尺度和空间权重矩阵对冲突数据的时空相关性进行研究。实验表明,船舶冲突的时空自相关性会随着空间网格之间距离的增加和时间延迟的增加而逐渐减小,船舶冲突数据具有明显的空间异质性和时间动态性。(3)对船舶冲突数据进行回归分析,发现回归模型残差具有空间自相关性质。为了消除由模型残差空间自相关性带来的影响,建立了SEM和SLM两种空间自回归模型。实验结果表明,船长的回归系数为负,即小型船舶相较于大型船舶更容易发生船舶冲突;空间网格内货轮数量的回归系数最大,说明水域内货轮航行数量的增加将增加水域船舶冲突发生概率。论文实现的船舶冲突自动识别系统为船舶冲突的时空特征研究提供了数据基础,冲突数据进行的时空相关性分析为水域内风险区域的识别提供了新方法,同时,船舶冲突数据的空间回归分析能有效的分析各个船舶交通流参数对船舶冲突的影响程度。

关键词：船舶冲突冲突热点时空特征时空自相关分析空间回归分析

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大型机场飞行区场面热点动态识别方法研究

大型机场飞行区场面热点动态识别方法研究

作者：苏庭文中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

大型机场场面交通系统日益复杂,潜在的冲突将影响到机场乃至整个航空运输系统的运行安全和效率。开展场面航空器活动冲突热点识别研究,可增强管制员的场面冲突预判与管控能力,提高管制指挥安全裕度。然而,以往的场面热点划设以“定性”... 详细信息

大型机场场面交通系统日益复杂,潜在的冲突将影响到机场乃至整个航空运输系统的运行安全和效率。开展场面航空器活动冲突热点识别研究,可增强管制员的场面冲突预判与管控能力,提高管制指挥安全裕度。然而,以往的场面热点划设以“定性”经验为主,尚需进一步研究“定量”依据,并构建系统科学的热点识别方法。本文主要对此展开研究,具体内容包括:分析了飞行区场面交通系统的静态特征和动态特性,并系统研究了航空器场面动态特征、特种保障车辆场面动态特征、场面交通参与人员动态特征;将场面交通系统划分为不同的典型“运行单元”,基于此类单元的基本拓扑结构分析,给出对应单元的节点-路段类模型构建和合成方法,并结合具体机场展示了建模方法的有效性。分析了典型的场面活动冲突特征;改变以往依靠定性经验为主的场面热点划设方法,提出“定性+定量”相结合的方式,对场面运行历史轨迹数据进行处理和分析,设计量化的冲突热点提取方法;进一步地,结合管制经验性规则,最终完成各个时间片段动态热点识别。着眼于从战略层面减少冲突热点,开展航空器场面滑行方案优化设计研究,基于“固定,单向,顺向,循环”的原则给出多跑道机场机动区滑行道系统运行方案的设计范式,设计了基于仿真的标准滑行路线设计及优选方法。并以具体的机场为例设计了滑行道系统运行方案。采用AirTOp仿真平台开展天府机场场面运行仿真,利用得到的航空器场面仿真轨迹数据,提取场面动态热点并验证所给方法的有效性。

关键词：机场冲突热点滑行道运行方案仿真 AirTOp

基于Floyd算法的双流机场滑行路径优化研究

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舰船电子工程 2023年第6期43卷 54-58页

作者：侯冲何秋钊宋金豆吕晨辉中国民用航空飞行学院机场学院广汉618307

随着大型机场航班量不断扩大,机场的运行效率成为了急需解决的关键问题,而航空器滑行时间减少可以直接有效地提高机场整体运行效率。论文围绕机场航空器滑行路径优化这一目标展开研究,针对双流机场为实例进行研究分析。首先对机场场面... 详细信息

随着大型机场航班量不断扩大,机场的运行效率成为了急需解决的关键问题,而航空器滑行时间减少可以直接有效地提高机场整体运行效率。论文围绕机场航空器滑行路径优化这一目标展开研究,针对双流机场为实例进行研究分析。首先对机场场面运行进行了介绍与分析,进而利用Floyd算法针对滑行过程中的冲突进行最短滑行路径优化分析,最后基于SIMMOD仿真软件对Floyd算法计算的考虑冲突情况下的最短滑行路径进行仿真分析,得到优化前的航班运行总时间为4164s,优化后的航班滑行时间为3788s,总的运行效率提高了9%。

关键词： Floyd算法滑行路径冲突热点 SIMMOD