空中交通流量管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和國防能力的增強(qiáng),軍民航飛行活動增長迅速,且空中交通流量分布極不均衡。當(dāng)空域容量無法滿足流量需求時,所導(dǎo)致的空中交通擁塞不僅嚴(yán)重影響飛行安全,而且給軍民航帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。空中交通流量管理(ATFM)是解決空中交通擁塞最有效、最經(jīng)濟(jì)的手段,美國、歐洲等航空發(fā)達(dá)國家已經(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。
　　 借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),建立我國的空中交通流量管理體系,是我國

2、航空運(yùn)輸快速發(fā)展的迫切需要和必然趨勢。有關(guān)部門已經(jīng)啟動對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)”納入國家863計劃“新一代國家空中交通管理系統(tǒng)”重大項(xiàng)目中,作為發(fā)揮新一代國家空管系統(tǒng)在空管運(yùn)行中技術(shù)優(yōu)勢的重要保證。
　　 本文首先闡述空中交通流量管理的基本概念和國內(nèi)外流量管理發(fā)展現(xiàn)狀,接著對國內(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)國家空中交通流量管理系統(tǒng)為目標(biāo),對空中交

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)場地面靜態(tài)和動態(tài)的容量評估模型,應(yīng)用Dijkstra算法和滑動時間窗對容量評估模型進(jìn)行求解,提高了動態(tài)容量評估模型的準(zhǔn)確性和靈活性,并將成果應(yīng)用于深圳寶安國際機(jī)場的改擴(kuò)建工程。
　　 本文對空中交通容量的定義、評估方法進(jìn)行了歸納、總結(jié),通過對不同空域單元影響容量因素和限制條件的對比分析,將影響因素分為空域(機(jī)場)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效性分別建立了靜態(tài)評估模型和動態(tài)評估模型,并與目前國內(nèi)大量機(jī)場改擴(kuò)建中需要對機(jī)場地面進(jìn)行容量評估的實(shí)際需求相結(jié)合,選取深圳寶安國際機(jī)場分別進(jìn)行了靜態(tài)和動態(tài)容量評估。針對機(jī)場地面動態(tài)容量評估,一方面在建立地面網(wǎng)絡(luò)模型的過程中采用Dijkstra算法,實(shí)現(xiàn)航班模型的最短路徑的搜尋；另一方面在對飛機(jī)動態(tài)分配路徑的同時,采用滑動時間窗方法優(yōu)化航班序列。評估結(jié)果表明,動態(tài)容量為一個時變量,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；在動態(tài)評估中通過搜尋最短路徑減小了以往采用固定滑行路徑評估的誤差,還大大提高了模型的靈活性,可對機(jī)場的改擴(kuò)建起到參考作用。
　　 2、建立了基于進(jìn)離場容量轉(zhuǎn)化的單機(jī)場地面等待策略及多機(jī)場地面等待策略的多目標(biāo)優(yōu)化模型,設(shè)計了多目標(biāo)遺傳算法,并應(yīng)用于全國航班計劃的優(yōu)化。
　　 在對現(xiàn)有單機(jī)場、多機(jī)場地面等待模型進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上,針對機(jī)場跑道同時用于進(jìn)場與離場的運(yùn)行實(shí)際,而目前大多單機(jī)場地面等待策略模型中只

6、專注于進(jìn)場航班對機(jī)場容量影響的實(shí)際情況,提出基于進(jìn)離場容量轉(zhuǎn)化的單機(jī)場地面等待策略模型。該模型通過進(jìn)場優(yōu)先級可對進(jìn)場、離場航班隊(duì)列進(jìn)行調(diào)節(jié),得到適合于離場、適合于進(jìn)場和進(jìn)離場均衡的最優(yōu)解。針對目前多機(jī)場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)場地面等待問題作為一個多目標(biāo)優(yōu)化問題處理,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)。最后以全國航班計劃為實(shí)例,對選取總延誤最小、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)際飛行計劃進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

8、
　　 4、對空域的靈活使用、空域分類研究進(jìn)行了總結(jié),結(jié)合我國國情對適用于我國的空域靈活使用方法和評估指數(shù)、空域分類空域動態(tài)管理機(jī)制的建設(shè)提出建議,并對空域運(yùn)行管理仿真與評估系統(tǒng)提出初步方案,對系統(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,參與容量評估系統(tǒng)和地區(qū)級流量管理系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工作,對“容量評估系統(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,“容量評估系統(tǒng)