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切入场景下基于碰撞风险聚类的改进车速预测方法

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第1期38卷 67-76页

作者：马彬周世亚姜文龙史立峰赵宇北京信息科技大学机电学院北京100192 新能源汽车北京实验室北京100192 北京电动车辆协同创新中心北京100192 中国人民公安大学交通管理学院北京100038 中国公路车辆机械有限公司北京100010 天津中德应用技术大学汽车与轨道交通学院天津300350

切入工况的高精度车速预测是保证自动驾驶切入安全的关键依据。为提高自动驾驶汽车切入工况安全,开展了基于车车耦合风险聚类的切入场景自车速度高精度预测方法的研究。首先,依据实验所得自然驾驶数据进行车辆切入切出片段提取,使用K-me... 详细信息

切入工况的高精度车速预测是保证自动驾驶切入安全的关键依据。为提高自动驾驶汽车切入工况安全,开展了基于车车耦合风险聚类的切入场景自车速度高精度预测方法的研究。首先,依据实验所得自然驾驶数据进行车辆切入切出片段提取,使用K-means方法依据碰撞风险与加速度关联特征进行聚类分析。其次,基于支持向量机(SVM)模型,对切入切出工况车车交互状态进行在线识别,对切入危险工况进行实时预测。最后,提出基于自回归综合移动平均(ARIMA)模型的改进车速预测方法,结合在线识别结果进行车速在线优化。仿真结果表明,所提出的基于碰撞风险聚类的改进ARIMA车速预测方法对提高切入安全效果明显,较传统的预测方法车辆的碰撞风险降低了10%~20%。研究结果表明,ARIMA模型的改进车速预测方法对提高自动驾驶车切入安全具有重要的研究意义。

关键词：车速预测碰撞风险 K-means聚类支持向量机 ARIMA模型

基于改进Event模型的通航空中交通碰撞风险研究

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基于改进Event模型的通航空中交通碰撞风险研究

作者：焦瑶瑶中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着时代的不断发展,国家对通用航空发展的促进力度也在不断增强,加之低空域的逐步开放,更为通用航空器提供了广阔的自由飞行平台。通用机场数量逐年递增,通用航空器的数量也在显著增加,通用航空领域正迈入一个繁荣发展的时期。但不可... 详细信息

随着时代的不断发展,国家对通用航空发展的促进力度也在不断增强,加之低空域的逐步开放,更为通用航空器提供了广阔的自由飞行平台。通用机场数量逐年递增,通用航空器的数量也在显著增加,通用航空领域正迈入一个繁荣发展的时期。但不可避免的是,空中日益密集的飞行器群导致飞行路径的交错复杂,大大提升了空中相撞的风险概率,从而对通用航空的安全运营构成了严峻挑战。如何在有限的空域资源中保证通用航空器的运行安全,成为亟待解决的问题。因此,本文立足于此研究背景,在传统Event模型的基础上进行改进,以评估通用航空器在不同运行场景下的碰撞风险。首先,本文重点研究了传统的Event碰撞风险模型及其已有的改进模型评估碰撞风险的理论原理,并结合通用航空器的结构及运行特点,提出将通用航空器简化为更符合其特点的拼接四棱锥碰撞盒。然后,基于拼接四棱锥碰撞盒和平面间隔层建立同高度平行航路纵向及侧向的碰撞风险评估模型,之后对其碰撞风险公式进行推导并改进,将公式中侧向重叠概率计算采用更为符合误差分布特点的广义帕累托分布,最终通过实例验证本文所建模型的可行性并与其他碰撞风险评估模型进行对比分析。其次,在拼接四棱锥碰撞盒的基础上,将传统Event模型的平面间隔层改进为曲面间隔层,建立基于拼接四棱锥碰撞盒和曲面间隔层的同高度交叉航路碰撞风险评估模型,并建立冲突保护区,然后推导其碰撞风险计算公式,并对公式中误差分布进行改进,之后通过实例计算研究所建模型在同高度交叉航路碰撞风险评估中的可行性,并与改进前模型进行对比分析。最后,建立基于改进Event模型的不同高度交叉航路碰撞风险评估模型,然后对其碰撞风险公式进行推导,之后采用实例计算验证本文模型的可行性,并与基于椭球体碰撞盒和基于长方体圆柱体组合体碰撞盒的改进Event模型进行对比分析。结果表明,本文所建改进Event模型经实例验证计算所得风险值均满足安全目标水平,具有一定的可行性,可应用于同高度平行航路、同高度交叉航路以及不同高度交叉航路的碰撞风险评估,并且基于本文改进Event模型计算所得风险值与其他碰撞风险评估模型相比具有更高的精度,能够更好的评估通用航空器的碰撞风险。

关键词：通用航空碰撞风险 Event模型拼接四棱锥碰撞盒曲面间隔层广义帕累托分布

基于位置误差模型的机场侧向跑道碰撞风险评估

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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航空计算技术 2024年第1期54卷 27-31页

作者：董兵吴悦郝宽公彭自琛李昕倩中国民用航空飞行学院四川广汉618000

针对侧向跑道相关运行模式下航空器进离场安全间隔问题进行碰撞风险评估。为保证航空器之间的安全运行,对机场侧向跑道运行模式进行分析,计算两跑道航空器之间的动态间隔,并考虑导航误差、速度误差等因素建立位置误差碰撞风险模型。以... 详细信息

针对侧向跑道相关运行模式下航空器进离场安全间隔问题进行碰撞风险评估。为保证航空器之间的安全运行,对机场侧向跑道运行模式进行分析,计算两跑道航空器之间的动态间隔,并考虑导航误差、速度误差等因素建立位置误差碰撞风险模型。以成都天府机场侧向跑道为例,利用MATLAB软件对航空器间的碰撞风险进行仿真,并进一步得到碰撞风险值与侧向跑道汇聚交叉角度的关系。仿真结果表明:在起降相关运行模式下,当终端区航空器起始水平间隔距离为6 km,侧向跑道交叉角度为90°时,总的碰撞风险为5.14×10^(-9),满足航空器之间安全水平要求,且随着侧向跑道汇聚交叉角的增大,跑道上两架航空器的碰撞风险逐渐减小。

关键词：侧向跑道碰撞风险位置误差安全目标水平

基于3D蒙特卡洛的TCAS告警下的碰撞风险评估

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航空计算技术 2024年第3期54卷 71-75页

作者：许亚星覃莉茹陈海明方航安徽民航机场集团有限公司安徽黄山245000 中国民用航空飞行学院四川广汉618000

对于同时拥有运输和飞行训练任务的单跑道机场,运行过程中常出现为了避免与运输航班发生冲突而延长训练机三边的情况,从而导致运输机的交通碰撞避免系统(TCAS)产生TA告警。提出了一个3D碰撞风险评估模型来评估此场景下两机的碰撞风险。... 详细信息

对于同时拥有运输和飞行训练任务的单跑道机场,运行过程中常出现为了避免与运输航班发生冲突而延长训练机三边的情况,从而导致运输机的交通碰撞避免系统(TCAS)产生TA告警。提出了一个3D碰撞风险评估模型来评估此场景下两机的碰撞风险。建立了飞机位置预测模型,使用蒙特卡洛方法得出飞机在每一时刻的位置分布;根据TCAS系统定义建立了TCAS碰撞模型;最后,统计训练机的蒙特卡洛样本进入TCAS碰撞模型的次数,对飞机间的碰撞风险做出评估。结果表明:三边航线与跑道间的侧向间距不小于2037 m时,两机触发TA告警后,两机可以分别沿三边以及五边继续飞行。在后续的飞行过程中,两机的碰撞风险小于ICAO规定的1×10-7次/h,满足安全目标水平。

关键词：碰撞风险 3D蒙特卡洛 TCAS告警碰撞模型训练机与运输机

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基于PID的陆区航路纵向碰撞风险控制

中国安全科学学报 2023年第9期33卷 86-93页

作者：卢飞陈昊南中国民航大学空中交通管理学院天津300300

为提高陆区航路运行的安全性,减少间隔冲突隐患,仿真研究陆区航路纵向碰撞风险,首先,基于位置误差理论建立陆区航路的纵向碰撞风险数学模型,综合考虑飞行员干预时间,使用安全目标水平反推,确定航空器运行安全区域的前后边界;然后,使用Ma... 详细信息

为提高陆区航路运行的安全性,减少间隔冲突隐患,仿真研究陆区航路纵向碰撞风险,首先,基于位置误差理论建立陆区航路的纵向碰撞风险数学模型,综合考虑飞行员干预时间,使用安全目标水平反推,确定航空器运行安全区域的前后边界;然后,使用Matlab软件的System Identification工具箱拟合辨识快速存取记录器(QAR)数据,得到反映发动机推力手柄角度和速度变化对应关系的传递函数,依此设计比例、积分与微分(PID)控制系统,将航空器纵向间隔控制在安全区域内;最后,使用Simulink搭建控制系统进行仿真,以验证控制系统功能。结果表明:在给定航路流量(50架/h)条件下,该控制系统能够实时计算2机纵向安全间隔范围(3326~16674 m),并在产生间隔冲突时于70 s内将前后机间隔调整至标称值。PID控制系统能够将碰撞风险始终维持在安全目标水平之上,提高航空器运行的安全性。

关键词：比例、积分与微分(PID)控制陆区航路纵向间隔碰撞风险定位误差

城镇街巷空间人群通行疏散及碰撞风险定量模拟

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中国安全科学学报 2023年第11期33卷 133-141页

作者：刘晓芳吝涛于琪曹馨华侨大学建筑学院福建厦门361021 中国科学院城市环境研究所福建厦门361021 中国科学院大学北京100049

为合理规划城镇街巷空间布局,定量化研究城镇街巷空间人群通行安全风险,组织实地场景人群通行活动的模拟试验。设计瓶颈式街巷空间布局试验、窄径式街巷空间布局试验、窄径式街巷阻碍物布局试验、速度试验4种实地模拟试验,量化分析通行... 详细信息

为合理规划城镇街巷空间布局,定量化研究城镇街巷空间人群通行安全风险,组织实地场景人群通行活动的模拟试验。设计瓶颈式街巷空间布局试验、窄径式街巷空间布局试验、窄径式街巷阻碍物布局试验、速度试验4种实地模拟试验,量化分析通行时间、碰撞隔断设施次数、街巷宽度、街巷长度、阻碍物布局及通行速度等变量间的关系,探索城镇街巷空间布局及人群通行速度与人群疏散及碰撞风险的定量化关系。研究结果表明:瓶颈式街巷宽度与人群疏散及碰撞风险存在显著负相关,街巷宽度为1.5 m时出现安全风险拐点;窄径式街巷前的空间限定能起到较好引导组织人流的作用,减少人群疏散及碰撞风险;街巷空间内阻碍物集中设置在中间且变化频率大的布局对通行影响最大,增加人群疏散风险;狭窄街巷中快速行走未必能达到减少通行时间的效果。

关键词：街巷空间人群通行疏散碰撞风险瓶颈式街巷窄径式街巷

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大型船舶会船区碰撞风险的灰色评判模型

中国航海 2023年第3期46卷 1-8页

作者：徐东星尹建川孙珽广东海洋大学船舶与海运学院广东湛江524088 广东省船舶智能与安全工程技术研究中心广东湛江524088

为提高大型船舶会船区的航行安全,减少大型船舶在会船区内的碰撞风险,提出一种基于水上交通冲突和枢纽复杂度的灰色变权聚类模型,对大型船舶会船区的碰撞风险进行评价,并对容量不足的会船区进行扩展提供合理化措施。结合会船区交通流和... 详细信息

为提高大型船舶会船区的航行安全,减少大型船舶在会船区内的碰撞风险,提出一种基于水上交通冲突和枢纽复杂度的灰色变权聚类模型,对大型船舶会船区的碰撞风险进行评价,并对容量不足的会船区进行扩展提供合理化措施。结合会船区交通流和水上交通冲突状况,选取交通冲突率和交通冲突点作为会船区碰撞风险的评价指标,并考虑评价指标的意义、量纲和数值上差距较大及会船区附近的锚地环境等因素,综合利用交通枢纽复杂度与初值化算子灰色变权聚类算法,对会船区的碰撞风险进行评价。以湛江港南三岛西航道4号会船区(分为东段、中段和西段3段)为例进行验证,评价结果与实际调查情况基本相符,较好地解决了海上通航环境中数据信息不足和定性分析对碰撞风险评价的影响,为会船区的碰撞风险评价提供新的研究方法,并在此基础上结合湛江港大型船舶会船区的客观情况提出对会船区进行扩展的建议,从而满足湛江港对于大型船舶会遇的实际需求,为航道设计和科学制定水上交通管理措施提供参考依据。

关键词：会船区水上交通冲突交通枢纽复杂度初值化算子灰色变权聚类碰撞风险

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定位误差影响下的配对进近纵向碰撞风险研究

交通信息与安全 2023年第4期41卷 24-32页

作者：卢飞赵二丽梁献匀中国民航大学空中交通管理学院天津300300

近距平行跑道(closely spaced parallel runways,CSPRs)配对进近纵向碰撞风险研究对评估配对进近程序的安全性至关重要,其中定位误差又直接影响配对进近纵向碰撞风险。针对以往研究中缺乏对定位误差分布的实际数据的拟合,进行基于实际... 详细信息

近距平行跑道(closely spaced parallel runways,CSPRs)配对进近纵向碰撞风险研究对评估配对进近程序的安全性至关重要,其中定位误差又直接影响配对进近纵向碰撞风险。针对以往研究中缺乏对定位误差分布的实际数据的拟合,进行基于实际数据拟合的定位误差影响下的配对进近纵向碰撞风险研究。根据配对进近的实施流程,建立配对前后机纵向间隔随时间变化的运动学模型。对于飞行过程中定位误差,采用实际航空器定位误差统计数据拟合定位误差分布。基于广播式自动相关监视(ADS-B)数据,对航空器最后进近阶段的纵向定位误差进行拟合分析,匹配出适配程度最佳的分布——正态分布。分别研究配对2架飞机机身之间的碰撞风险和前机尾流与后机机身之间的碰撞风险,确定每类碰撞风险模型中积分区间上下限。在正态分布的基础上结合配对进近2架飞机的运动过程,建立配对进近纵向碰撞风险评估模型。收集2020年12月上海虹桥机场B737-800机型相关参数数据并进行算例分析,对给定初始纵向间隔分别为926 m和2778 m时,机身碰撞风险(P_(x1))和尾流碰撞风险(P_(x2))随时间的变化进行计算仿真,同时进一步仿真分析不同起始纵向间隔与P_(x1),P_(x2)以及总体纵向碰撞风险最值之间的关系。结果表明:(1)初始纵向间隔为926 m时,随着时间的增长,P_(x1)逐渐减小,P_(x2)逐渐增大,且P_(x1)远大于P_(x2);(2)初始纵向间隔为2778 m时,结果相反;(3)P_(x1)随初始纵向间隔的增加逐渐减小;(4)P_(x2)随初始纵向间隔的增加逐渐增大;(5)前后机的总体纵向碰撞风险随初始纵向间隔的增加有先减小后增大的规律,当初始纵向间隔小于2136 m时纵向碰撞风险主要取决于前后2架飞机机身在纵向上的碰撞风险,反之则取决于前机尾流与后机机身之间的碰撞风险。

关键词：民航运输安全配对进近碰撞风险定位误差数据拟合

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基于蒙特卡罗的平行跑道进近碰撞风险分析

安全与环境学报 2023年第3期23卷 659-666页

作者：王超李一可李昊昱中国民航大学空中交通管理学院天津300300

为在新的导航方式下对具有随机复杂特性的平行跑道进近碰撞风险进行评估,构建了一种面向多个对象集的进近碰撞风险仿真模拟模型。首先根据实际航迹数据获取基于性能导航(Performance Based Navigation,PBN)的实际导航性能(Actual Naviga... 详细信息

为在新的导航方式下对具有随机复杂特性的平行跑道进近碰撞风险进行评估,构建了一种面向多个对象集的进近碰撞风险仿真模拟模型。首先根据实际航迹数据获取基于性能导航(Performance Based Navigation,PBN)的实际导航性能(Actual Navigation Performance,ANP)分布规律特征,基于ANP分布函数可得进近轨迹偏离概率;随后构建了仿真轨迹模拟模型,并将国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)的经典失误进近场景应用其中;最后针对不同非侵入区(No Transgression Zone,NTZ)宽度、不同失误场景进行仿真试验。结果表明:此模型可以快速且合理地对进近场景进行仿真模拟;在安全目标水平下的PBN导航进近可缩小NTZ宽度,从而减轻管制员工作量,提高进近运行效率。

关键词：安全工程平行跑道碰撞风险蒙特卡罗仿真模拟