机场航空器场面轨迹预测和路径规划关键技术研究

发布时间：2022-02-23 05:06

　　随着全球民用航空运输业的高速发展,机场场面交通越发繁忙,场面布局日趋复杂,呈多跑道、多滑行道和多航站楼趋势发展,机场运行逐步成为限制民航交通流量发展的瓶颈,场面剐蹭现象频出,航班延误逐年增长,使得国内外民航机场对场面航空器滑行路径的无冲突、滑行距离及滑行时间最优的需求越来越迫切。为此,本文围绕航空器场面轨迹预测和路径规划关键技术展开了深入的研究。首先,分析了场面的运行过程和影响场面运行决策的相关约束因素,以及对场面滑行道的冲突进行分析,并针对滑行道系统中不同的交叉口类型作同构处理,构建了场面结构图,再通过邻接矩阵表示出网络结构中路径节点之间的连接关系。其次,针对场面滑行路径冲突问题,分析滑行轨迹数据特点,对数据进行概率采样、一阶差分、标准化等预处理,构建出基于长短期记忆网络的轨迹预测模型,并结合场面航空器的运动状态变化,引入衰减记忆窗口改进模型中隐藏层结构,通过在不同参数下进行对比验证,进一步提升了预测精度,再利用曲线拟合的方法对预测结果进行多项式拟合,减小数据集在不同采样因子下进行训练所带来的预测误差,实现航空器场面中长期位置预测的目标,为滑行冲突探测及解脱方案的实施奠定基础。最后,... 

【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 先进场面活动引导与控制系统的研究及应用现状
        1.2.2 场面轨迹预测方法的研究现状
        1.2.3 场面路径规划算法的研究现状
    1.3 研究目标与研究内容
    1.4 论文结构安排
第二章 场面系统运行分析和场面结构建模
    2.1 场面系统运行分析
        2.1.1 机场系统介绍
        2.1.2 场面运行过程分析
        2.1.3 场面运行管制约束
        2.1.4 场面滑行道冲突分析
    2.2 场面结构建模
        2.2.1 场面结构建立
        2.2.2 场面网络结构表示
    2.3 本章小结
第三章 场面航空器轨迹预测模型构建
    3.1 循环神经网络方法引入
        3.1.1 传统循环神经网络
        3.1.2 长短期记忆网络
    3.2 网络模型参数设定
        3.2.1 激活函数选择
        3.2.2 损失函数选择
        3.2.3 优化方法选择
    3.3 场面航空器轨迹预测模型构建
        3.3.1 轨迹数据预处理
        3.3.2 基于LSTM的轨迹预测模型构建
        3.3.3 带衰减记忆窗口改进的轨迹预测模型构建
    3.4 模型验证与结果分析
        3.4.1 模型验证环境与验证方案设计
        3.4.2 不同网络模型参数下预测结果对比
        3.4.3 带衰减记忆窗口下预测结果对比
        3.4.4 中长期预测结果分析
    3.5 模型预测位置拟合
    3.6 本章小结
第四章 场面航空器路径规划算法设计
    4.1 场面航空器路径规划问题分析
        4.1.1 场面路径规划流程分析
        4.1.2 场面滑行冲突探测与解脱问题分析
    4.2 场面路径规划算法框架构建
        4.2.1 场面路径规划数学模型建立
        4.2.2 场面路径规划问题求解算法选择
        4.2.3 融入轨迹预测模型改进的遗传算法设计
    4.3 场面路径规划求解算法设计
        4.3.1 路径节点编码规则设计
        4.3.2 初始可行解种群生成
        4.3.3 适应度函数设计
        4.3.4 遗传算子操作
        4.3.5 基于轨迹预测模型的场面冲突探测与解脱方案设计
    4.4 场面路径规划算例验证及案例分析
        4.4.1 算例验证数据准备与验证方案设计
        4.4.2 路径规划算法性能分析
        4.4.3 融入轨迹预测模型的遗传算法案例分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]航空器跑道滑行轨迹预测方法研究[J]. 廖超伟.  舰船电子工程. 2015(08)
[2]基于Petri网与遗传算法的航空器滑行初始路径规划[J]. 朱新平,汤新民,韩松臣.  西南交通大学学报. 2013(03)
[3]基于IMM算法的机场场面运动目标跟踪[J]. 宫淑丽,王帮峰,吴红兰,黄圣国.  系统工程与电子技术. 2011(10)
[4]基于蚁群算法的航空器地面滑行研究[J]. 高国政.  山东交通科技. 2011(01)
[5]基于遗传算法的机场滑行调度优化策略[J]. 董天圣,彭舰.  计算机应用. 2010(02)
[6]基于布朗运动的空中交通短期冲突探测[J]. 李丹,崔德光.  清华大学学报（自然科学版）网络.预览. 2008(04)
[7]基于计算几何方法的飞行冲突检测[J]. 刘昕.  电子测量技术. 2007(04)
[8]A-SMGCS技术和应用介绍[J]. 吕小平.  空中交通管理. 2006(08)
[9]A-SMGCS技术和应用介绍[J]. 吕小平.  空中交通管理. 2006 (08)
[10]实数编码遗传算法的评述[J]. 田小梅,龚静.  湖南环境生物职业技术学院学报. 2005(01)

硕士论文
[1]基于4D轨迹的航空器地面滑行动态路径规划及仿真系统研究[D]. 周龙.南京航空航天大学 2015
[2]机场航空器滑行路径优化技术研究[D]. 陈浩.南京航空航天大学 2015
[3]A-SMGCS中动态路径规划的关键问题研究[D]. 柴琪琦.南京航空航天大学 2013
[4]机场场面运行优化技术研究[D]. 杨磊.南京航空航天大学 2012
[5]基于滑行道等待的地面冲突解脱策略研究[D]. 薛磊.南京航空航天大学 2010



本文编号：3640930