危险天气下的动态航班改航研究

发布时间：2017-08-14 17:02

  本文关键词：危险天气下的动态航班改航研究

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【摘要】：随着我国航空运输业的快速发展,危险天气已经成为影响我国航班延误的一个重要因素,如何减少危险天气下的航班延误、提高空域资源利用率是我们亟待解决的问题。改航作为空中交通流量管理的重要手段,能有效利用空域的剩余资源、减少航班延误,因此探究危险天气下的航班改航技术是目前研究的重点。本文在已有研究成果的基础上,对危险天气下的动态航班改航技术展开了新的研究。首先,对危险天气下的航空器飞行特点进行分析,结合图像处理技术对静态飞行禁止区进行精确划设,并在此基础上考虑天气运动特性提出三种飞行禁止区移动预测模型,以及一种基于历史数据的边界预测算法,采用实例进行仿真验证,结果表明划设的飞行禁止区在短时段内具备较高的精确性。其次,根据危险天气影响空域的情况,对基于最大流最小割理论的危险天气下的空域容量评估方法进行研究,结合管制员经验以及航空器偏航习惯,建立扇区动态容量评估模型以及终端区动态容量评估模型,采用实例进行仿真验证,结果表明模型评估结果能反映出危险天气下空域容量变化趋势,且与专家意见较为吻合。再次,根据危险天气影响航班计划航线的情况,对改航路径安全性进行研究,在充分考虑飞行员工作负荷、航空器性能等限制因素基础上,建立基于改航路径安全性的改航路径规划数学模型,并设计遗传模拟退火算法对模型求解,实施静态改航路径规划,同时考虑飞行禁止区移动情况,提出碰撞模型以及动态改航路径规划算法,采用实例进行仿真验证,结果表明动态改航与静态改航相比得到的路径更加经济,但改航效率较低。最后,结合地面等待策略和改航策略,将受危险天气影响的扇区视为流量约束区,根据扇区受危险天气影响的情况,建立基于改航策略的流量管理模型,并设计遗传模拟退火算法对模型求解,采用实例进行仿真验证,结果表明该模型提高了流量约束区以及航路的利用率,减少了航班总延误时间。
【关键词】：空中交通流量管理 危险天气 改航策略 空域动态容量 路径规划
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V355;V328.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 国内外研究状况14-17
• 1.2.1 飞行禁止区划设14-15
• 1.2.2 危险天气下的空域动态容量评估15
• 1.2.3 改航路径规划15-17
• 1.2.4 危险天气下的空中交通流量管理17
• 1.3 论文主要研究内容和结构安排17-19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 飞行禁止区的划设20-29
• 2.1 概述20-21
• 2.1.1 危险天气20
• 2.1.2 多普勒天气雷达20-21
• 2.2 静态飞行禁止区划设21-22
• 2.2.1 基本概念21-22
• 2.2.2 静态飞行禁止区划设22
• 2.3 飞行禁止区移动预测22-25
• 2.3.1 匀速移动预测模型23
• 2.3.2 匀变速移动预测模型23-24
• 2.3.3 一元线性回归移动预测模型24-25
• 2.3.4 飞行禁止区移动预测评估指标25
• 2.4 飞行禁止区边界预测25-26
• 2.4.1 飞行禁止区边界预测算法25-26
• 2.4.2 飞行禁止区边界预测评估指标26
• 2.5 实例验证26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 危险天气下的空域动态容量评估29-45
• 3.1 概述29-31
• 3.1.1 扇区容量定义29
• 3.1.2 终端区容量定义29-30
• 3.1.3 扇区容量与交通流复杂度、危险天气的关系30-31
• 3.2 最大流最小割评估扇区容量基本原理31-32
• 3.2.1 最大流最小割定义31
• 3.2.2 最大流最小割模型基本理论31-32
• 3.3 危险天气下的扇区动态容量评估32-35
• 3.3.1 扇区交通流源边和汇边划分规则32-33
• 3.3.2 模型符号定义33-34
• 3.3.3 扇区动态容量评估模型34
• 3.3.4 扇区动态容量评估算法34-35
• 3.4 危险天气下的终端区动态容量评估35-40
• 3.4.1 终端区进离场航线源边和汇边划分规则35-36
• 3.4.2 模型符号定义36-37
• 3.4.3 终端区动态容量评估模型37-38
• 3.4.4 终端区动态容量评估算法38-40
• 3.5 实例验证40-44
• 3.5.1 扇区动态容量评估实例验证40-42
• 3.5.2 终端区动态容量评估实例验证42-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 航班改航路径规划45-64
• 4.1 概述45
• 4.2 改航路径安全性指标45-46
• 4.3 静态改航路径规划46-56
• 4.3.1 相关概念说明47
• 4.3.2 假设47-48
• 4.3.3 模型符号定义48-49
• 4.3.4 静态改航路径规划模型49-50
• 4.3.5 遗传模拟退火算法设计50-56
• 4.4 动态改航路径规划56-58
• 4.4.1 碰撞模型56-57
• 4.4.2 动态改航路径规划算法设计57-58
• 4.5 实例验证58-63
• 4.5.1 静态改航路径规划实例验证58-61
• 4.5.2 动态改航路径规划实例验证61-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第五章 基于改航策略的流量管理64-76
• 5.1 概述64-65
• 5.2 基于改航策略的流量管理模型建立65-68
• 5.2.1 假设与模型符号定义65-66
• 5.2.2 流量管理模型建立66-68
• 5.3 遗传模拟退火算法参数设计68-71
• 5.3.1 遗传算法参数设置68-70
• 5.3.2 算法步骤70-71
• 5.4 实例验证71-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 成果与展望76-78
• 6.1 论文主要成果76
• 6.2 课题研究展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文83

【参考文献】

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本文编号：673712