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区域管制高度分配辅助决策技术研究

区域管制高度分配辅助决策技术研究

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作者：涂诗晨南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来中国民用航空运输正处于飞速发展阶段,机场数量、航空公司数量、机队规模都在不断增加。然而,由于空域资源有限,持续增长的交通流量使得飞行冲突风险急剧增加,区域管制运行缺乏辅助决策系统的支持,针对繁忙航路交叉点,通常采用搭... 详细信息

近年来中国民用航空运输正处于飞速发展阶段,机场数量、航空公司数量、机队规模都在不断增加。然而,由于空域资源有限,持续增长的交通流量使得飞行冲突风险急剧增加,区域管制运行缺乏辅助决策系统的支持,针对繁忙航路交叉点,通常采用搭建空中立交桥固化高度层分配的方式,虽然降低了飞行冲突风险,但也造成了高度层资源使用上的浪费,导致航空器的飞行剖面难以优化,增加航空公司运行成本。本文拟研究区域管制高度分配问题,最小化飞行冲突风险的同时最大化航班的经济性,为区域管制辅助决策提供理论支持。利用历史雷达轨迹数据,分析航路飞行基本特征,总结影响区域管制高度分配的主要因素。针对航路交叉点的高度分配问题,以最小化飞行冲突数量,最大化航班经济性为目标,考虑航路可用高度层资源、航空器性能等约束,建立了多目标分配模型,引入滚动时域策略实现动态分配,验证实验采用多目标遗传算法求解,实验结果表明:在HFE航路交叉点的54个仿真航班场景中,高度分配模型可以将无干预情况下的32个冲突减少至2个、航班飞行高度与最佳巡航高度之间的偏差值从356个缩减至180个。针对高度分配优化后仍然存在的飞行冲突,基于高度调配、速度调配和等待策略,建立了战术冲突解脱模型,并利用粒子群算法对模型求解,实验结果表明:针对高度分配未解决的2个飞行冲突,战术冲突解脱模型可以快速求解出解脱策略。基于空中交通运行仿真系统,构建实验平台,将高度动态分配模型与战术冲突解脱模型进行有机组合,对典型繁忙交叉点的航班运行进行优化仿真,获取了HFE航路点真实航班数据进行实验,结果表明:当航班量从50增加至100时,提出的模型和算法能够将冲突数量从10个减少为2个,将高度偏差值从1016个减少为344个,并且对遗留的2对冲突航班生成了基于等待的解脱策略,高度层使用率增加了9%,最佳巡航高度层飞行的航班增加了26%。本文研究成果能够支持打破航路交叉点高度层固化使用的运行限制,对降低航路交叉点的冲突风险,改善航班的飞行剖面,具有重要意义,也为未来区域管制辅助决策系统的研究提供了技术参考。

关键词：多目标优化区域管制辅助决策高度分配冲突解脱

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