航路网络关键结构分析及优化

发布时间：2020-09-29 06:28

　　近年来,快速增长的空域资源需求与增速缓慢的航路网络导致空域资源供需间的差距扩大,造成日益严重的空中交通拥挤和航班延误。航路网络增长的资源性困难,使得航路网络结构优化成为一种提升空域使用效率和容量,缓解航班拥挤和延误的有效方法和重要的研究问题。本文针对航路网络关键结构航路交叉点,从航路基本相交结构入手,系统研究了航路交叉角度、交叉航段长度等结构要素对空中交通流影响的内部机理,揭示了交通流运行参量与航路结构要素间的相互演变关系。在此基础上,从数理统计的角度,分析了航班飞行时间和航班油耗与航路基本相交结构的关系,基于交叉航路交通量的非线性分布特征,建立了带偏好的航路交叉点结构优化模型,并设计了相关的求解算法,最后通过仿真验证了模型的有效性。根据航路网络基本结构要素的研究,基于改进的人工势场模型,建立了一种多航路点结构及位置布局优化模型,并提出了航路网络系统性优化框架,实现对不同空域构型(交叉航段数量、有无空域限制等)的优化。最后,设计仿真实验验证了所提模型和框架的普适性及在解决实际航路网络优化问题中的有效性。本文的研究有助于从空域资源供给侧提升空中交通运行的质量,通过调整权重系数,可以有效协调不同空域用户对航班飞行时间和油耗的需求;提出的航路网络结构优化框架,在空域结构适用性、基于交通流量优化特性等方面的表现突出,且对其他方式的交通路网建模与优化同样具有启发意义。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V355
【部分图文】：

交叉点,飞行航迹,航迹,聚类

分布杂乱规律不清晰，采用聚类分析方法研究大王庄交通量分布规律[52]，得到结果如图2-3(b)。（a）原始飞行航迹（b）航迹聚类结果图 2-3 大王庄交叉点历史航迹分析对比原始飞行航迹和聚类结果，航空器实际运行与计划航路偏差较大，测算得 358条航迹数据中 18%偏离预定航路。经分析，偏航原因主要为：（1）实际飞行可能遇到同

航班,空域,运行情况,航路

至 ARNN8 和 ARNN9 终止，以及与之相对应的 4 条反向航路。CWP1_1航路节点航路航路交叉点ARNN3_1 ARNN5_1ARNN8_1ARNN6_1ARNN2_1 ARNN4_1ARNN9_1ARNN7_1CWP2_1图 3-14 初始仿真实验空域结构图 3-15 为仿真实施过程航班流在实验空域运行的情况。为了保证每组仿真实验航班飞行距离相等，改变 CWP1 和 CWP2 之间距离时，同时平移 CWP1，ARNN2 和 ARNN三个点。这样，每组仿真实验空域构型和航班飞行路径相等。通过只改变两个交叉点之间的距离，来分析其改变对空域内航班运行时间和油耗的影响。

空域结构,航路

图 5-4 仿真空域结构结构优化设计构信息之后，采用本文提出的航路网络系统立优化模型并实施计算和优化。得到优化后3.43.53.63.73.83.944.14.2Y标坐Sector 1Sector 2Sector 3Sector 4Sector 5现行航路优化后航路三区制当前航路节点交叉点移动迹

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