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基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模 被引量:12
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作者 王红勇 郭宇鹏 《交通运输系统工程与信息》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期305-312,321,共9页
针对航空器自主运行模式的空中交通运行态势评估问题,本文重构了基于分布式空中交通管理系统的空中交通复杂性评价方法,并仿真验证了该方法在航空器冲突探测和自主航迹规划中的应用。首先,基于自由航路空域和航空器自主运行模式定义了... 针对航空器自主运行模式的空中交通运行态势评估问题,本文重构了基于分布式空中交通管理系统的空中交通复杂性评价方法,并仿真验证了该方法在航空器冲突探测和自主航迹规划中的应用。首先,基于自由航路空域和航空器自主运行模式定义了空中交通复杂性,在通过三维空域栅格模型量化航空器时空位置的基础上,构建复杂度计算模型以反映航空器位置、航向、航速对空域各栅格的实时复杂性影响;其次,基于实际管制扇区(ZSSSAR01)及高度层,分别模拟自由航路与固定航路运行模式,对比两者空中交通复杂度时空分布差异;并结合自由航路运行模式,在空中交通复杂性与航空器冲突指标(冲突率、冲突比例)相关性分析的基础上,研究空域复杂度阈值确定方法;最后,初步探究基于空域复杂度阈值进行航空器自主航迹调整的方法,评估其运行效果。仿真实验结果表明:自由航路运行模式相对固定航路运行模式可显著降低空域最大复杂度值(平均降幅119%);模型计算得到,空中交通复杂度与空域中航空器冲突指标有强相关性(相关系数大于0.90);基于复杂度和复杂度阈值的航迹调整策略具备一定可行性。 展开更多
关键词 航空运输 空中交通复杂性 自由航路空域 航空器自主保持间隔运行 空中交通管理
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终端区离场航空器自主路径规划 被引量:1
2
作者 王红勇 郭宇鹏 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第2期446-456,共11页
随着航空器自主保持间隔运行概念的逐渐发展,基于连续爬升运行(CCO)模式,可有效解决当前终端区内航空器离场路径固定单一所造成空域运行效率低问题。为此,提出一种基于人工势场-粒子群优化(APF-PSO)联合算法的终端区离场航空器自主路径... 随着航空器自主保持间隔运行概念的逐渐发展,基于连续爬升运行(CCO)模式,可有效解决当前终端区内航空器离场路径固定单一所造成空域运行效率低问题。为此,提出一种基于人工势场-粒子群优化(APF-PSO)联合算法的终端区离场航空器自主路径规划方法。构建面向航空器自主运行模式的空域环境模型,对空域环境进行栅格化处理并计算各栅格的空域复杂度,限制离场航空器进入高复杂度栅格以保障运行安全;构建基于BADA数据库和减退力爬升模式的航空器爬升性能约束模型;应用APF-PSO联合算法进行路径规划,通过粒子群优化(PSO)算法广域搜索思想解决人工势场法(APF)固有的局部极值-目标不可达问题;使用贝塞尔曲线法优化该路径,引入滑动时间窗口理念优化航空器离场时刻;使用上海终端空域的实际结构和运行数据,应用所提方法进行仿真模拟。仿真结果表明:APF-PSO联合算法可有效生成航空器无冲突离场路径并规避繁忙空域,优化处理后的路径满足航空器爬升性能约束,且优于实际运行路径(路径长度减少23.78%,最大转弯率降低55.73%,最大爬升率降低9.94%);离场航空器自主运行模式下的空中交通复杂性较当前运行模式更为均衡(栅格复杂度峰值降低3.92%),可有效提升空域利用率。 展开更多
关键词 航空运输 航空器自主运行 连续爬升运行 路径规划 人工势场-粒子群优化算法 空中交通管理
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面向自主运行的多航空器路径博弈协调
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作者 李克南 杨凯琪 +1 位作者 郭宇鹏 王红勇 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3747-3758,共12页
针对自主运行模式下的航空器路径冲突问题,提出一种基于分布式决策的多航空器路径博弈协调方法。所提方法设计构建了自主运行航空器路径规划混合策略-演化博弈模型,分为两部分:基于混合策略博弈思想,通过剔除无法达到均衡状态的博弈策... 针对自主运行模式下的航空器路径冲突问题,提出一种基于分布式决策的多航空器路径博弈协调方法。所提方法设计构建了自主运行航空器路径规划混合策略-演化博弈模型,分为两部分:基于混合策略博弈思想,通过剔除无法达到均衡状态的博弈策略而缩减航空器路径博弈的解空间构成,极大简化博弈问题的求解过程;将该问题设定为不完全理性的演化博弈问题,进而设定各航空器路径选择偏好的演化规律,求解该演化博弈问题的均衡解。应用实际扇区结构和数据进行仿真实验,结果表明:执行自主运行模式的航空器,其平均路径长度仅增长了9.15%,但是可以促进空中交通复杂度峰值降低30.15%,空域中得到高效利用的栅格数量增加了26.46%。在模拟晴空湍流和座舱失压扰动环境下,该路径的抗扰动能力得到显著提升,受扰航空器数量分别下降了32.39%和56.72%。 展开更多
关键词 航空运输 航空器自主运行 路径规划 博弈论 混合策略纳什均衡 空中交通管理
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基于连续下降运行的终端区环形进场航线设计 被引量:1
4
作者 程骁丁 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第4期1724-1732,共9页
为了提高多机场终端区运行效率,增加其空域容量,构建基于连续下降运行模式的终端区环形进场航线结构和运行规则,并使用实际扇区结构和数据进行仿真验证。首先构建环形进场航线,由多条椭圆矩形等待航线和圆形准备航线组成;其次设计相应... 为了提高多机场终端区运行效率,增加其空域容量,构建基于连续下降运行模式的终端区环形进场航线结构和运行规则,并使用实际扇区结构和数据进行仿真验证。首先构建环形进场航线,由多条椭圆矩形等待航线和圆形准备航线组成;其次设计相应的进场运行规则;然后建立航空器进场顺序优化模型,使用模拟退火算法对其进行求解;并应用蒙特卡洛仿真方法计算终端区极限进场容量;最后使用实际终端区(ZSSSAP)结构数据进行实例验证。实验结果表明:环形进场航线在繁忙状态时可有效减少终端区内进场航空器瞬时峰值数量(降幅21.90%)和平均进场时间(降幅3.14%),平均进场时间可在顺序优化后进一步降低(降幅6.59%);并提高终端区进场航空器容量(增幅4.82%);在空域运行态势方面,环形进场航线模式可大幅度降低空域复杂度峰值(降幅61.29%)。 展开更多
关键词 航空运输 环形进场航线 多机场系统(MAS) 连续下降运行 航空器自主运行 空中交通管理(ATM)
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