基于复杂天气下冲突避让的航路改航研究

发布时间：2021-01-31 17:13

　　复杂天气中雷暴是最为危险的一种天气现象,雷暴覆盖区会对飞行安全带来极大的危害。为避免航空器穿越雷暴覆盖区而对其造成安全威胁,地面等待是避开雷暴的常用方法。但这样会造成大量航空器无法离场或进场,从而给航空公司和社会带来巨大的经济损失。实施航路改航是有效应对该问题的方法。本文研究单架航空器绕飞雷暴的改航路径规划与多航空器冲突避让的改航路径规划。论文以现有的Graham算法和人工势场改进蚁群算法为理论从以下几个方面研究解决上述问题。（1）论文通过分析雷暴发生原因和发生过程,介绍了雷暴发生时伴随的其他天气对航空器安全的危害,如积冰、颠簸、风切变等。根据雷暴在空域中的的分布,将雷暴分为块状、带状和散点状。通过上述分析,用Graham算法划设不同形状的静态危险区,并分析了根据静态危险区拓展出的几种动态危险区划设方法。本文通过对空域信息编码构建空域信息矩阵,用栅格化的方式来描述雷暴危险区。（2）介绍了航路改航相关定义和路径规划的约束,对单架航空器和多架无冲突的航空器提出基于飞行计划航路的无冲突改航模型。全面的分析蚁群算法和人工势场法,通过结合两种算法在路径规划中的优点,得到用人工势场法改进蚁群算法的... 

【文章来源】：中国民用航空飞行学院四川省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的及意义
    1.3 航路改航国内外研究现状
    1.4 冲突避让国内外研究现状
    1.5 研究内容及章节安排
第二章 雷暴对航空飞行安全的影响及危险区的划设
    2.1 雷暴形成的原因和发展过程
    2.2 雷暴发生后对航行安全的危害
    2.3 雷暴危险区的划设
        2.3.1 直接划设法
        2.3.2 平移划设法
        2.3.3 外推划设法
        2.3.4 近似椭圆划设法
    2.4 雷暴形状的分类
    2.5 本章小结
第三章 基于人工势场改进蚁群算法的航路规划
    3.1 航路改航相关定义
    3.2 航路规划约束条件
        3.2.1 绕飞规则
        3.2.2 空域运行环境模型
        3.2.3 航空器性能要求
    3.3 基于人工势场改进蚁群算法的航路规划方法
        3.3.1 基于飞行计划的无冲突改航模型
    3.4 蚁群算法
        3.4.1 蚁群算法路径规划原理
        3.4.2 蚁群算法数学模型
    3.5 人工势场法
        3.5.1 人工势场法路径规划原理
        3.5.2 人工势场法计算模型
    3.6 基于人工势场的蚁群算法优化
        3.6.1 启发信息
        3.6.2 人工势场改进的蚁群算法
    3.7 基于人工势场改进蚁群算法的仿真验证
        3.7.1 基于人工势场改进蚁群算法对块状危险区的路径仿真
        3.7.2 基于人工势场改进蚁群算法对带状危险区的路径仿真
        3.7.3 基于人工势场改进蚁群算法对散点状危险区的路径仿真
    3.8 本章小结
第四章 雷暴天气下多航空器冲突避让的航路改航
    4.1 管制相关规定
    4.2 冲突探测模型及方法
        4.2.1 冲突探测分类
        4.2.2 冲突探测保护区模型
        4.2.3 冲突探测算法
    4.3 基于多航空器冲突避让的航路规划及仿真
        4.3.1 多航空器冲突避让改航方法与步骤
        4.3.2 基于人工势场改进蚁群算法对块状危险区避让冲突的路径规划仿真
        4.3.3 基于人工势场改进蚁群算法对带状危险区避让冲突的路径规划仿真
        4.3.4 基于人工势场改进蚁群算法对散点状危险区避让冲突的路径规划仿真
    4.4 本章小结
第五章 结论
    5.1 本文主要完成的工作
    5.2 后续工作及展望
参考文献
附录人工势场改进蚁群算法路径规划程序
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]雷暴天气下的航路改航及间隔配备研究[J]. 向征,张文军,祝琳芸.  科技资讯. 2017(34)
[2]动态恶劣天气下的多目标多机改航路径规划[J]. 齐雁楠,王兴隆,李庆阳.  中国民航大学学报. 2017(02)
[3]基于势场启发蚁群算法的远程水中兵器航路规划[J]. 刘海光,孙明太,王桂芹.  指挥控制与仿真. 2016(06)
[4]基于总体冲突概率和三维布朗运动的冲突探测算法[J]. 石磊,吴仁彪,黄晓晓.  电子与信息学报. 2015(02)
[5]基于动态人工势场法的多机改航路径规划研究[J]. 张兆宁,赵召娜.  航空计算技术. 2015(01)
[6]基于人工势场法优化的蚁群无人机航路规划[J]. 王芳,李昆鹏.  西安航空学院学报. 2014(05)
[7]突发天气条件下航空器改变高度的改航模型和算法研究[J]. 王莉莉,周娟.  中国安全科学学报. 2014(07)
[8]不确定强对流天气下动态改航路径规划[J]. 孟令航,徐肖豪,李善梅,耿增显.  西南交通大学学报. 2012(04)
[9]基于人工势场算法的改航路径规划[J]. 徐肖豪,李成功,赵嶷飞,李雄.  交通运输工程学报. 2009(06)
[10]基于几何算法的空中交通改航路径规划[J]. 李雄,徐肖豪,朱承元,李冬宾.  系统工程. 2008(08)

硕士论文
[1]基于空管运行的冲突探测与解脱[D]. 王凯.南京航空航天大学 2016
[2]基于四维航迹预测的冲突探测[D]. 谢丽.南京航空航天大学 2013
[3]恶劣天气下终端区进场航空器的改航研究[D]. 顾英豪.南京航空航天大学 2008
[4]空中交通流量管理改航策略初步研究[D]. 宋柯.南京航空航天大学 2002



本文编号：3011277