基于4D航迹的航空器场面滑行优化研究
发布时间：2024-01-25 14:32
近年来,我国经济的蓬勃发展带动着民航业迎来前所未有的增长,但同时快速的发展势头也为民航机场的运行带来了更大压力。机场资源紧张,滑行道拥堵和冲突、跑道入侵问题频发,进一步导致航班准点率下降,滑行燃油消耗量增加,严重威胁了机场运行安全及效益。为减轻机场运行压力,提升航班正点率及机场放行正常率,实现民航业可持续发展,本文提出了基于4D航迹的航空器场面滑行路径优化研究。首先,分析场面网络连接关系,在建立机场拓扑结构的基础上,根据航空器的路径请求信息,通过在传统静态路径规划中加入对转弯次数的考虑,采用改进的A*算法最终求得航空器滑行直线距离及转弯距离之和最短的P条静态路径,作为可行滑行路径集。其次,对航空器运动模型简化并对滑行道离散化建模,定义滑行不同阶段加速度、距离等独立变量,在权衡航空器滑行时间及燃油消耗的基础上,优化搜索独立变量的帕累托最优值确定航空器滑行速度剖面,为每条预选路径生成考虑时间和燃油效率的更加精确的多目标速度剖面,完成对场面航空器滑行4D航迹预测。最后,根据机场网络连接关系对场面活动区域进行划分,在此基础上求解4D航迹预测结果的区域占用时间窗,并对4D航迹的区域占用时间窗进行...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 4D航迹预测研究现状
1.2.2 机场场面滑行路径规划研究现状
1.3 研究内容及章节安排
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 章节安排
第二章 航空器场面滑行静态路径规划
2.1 机场场面结构建模
2.1.1 机场场面结构简化
2.1.2 机场场面网络结构表示
2.2 多条静态路径规划算法
2.2.1 静态路径规划模型建立
2.2.2 基于改进A*算法的场面航空器静态路径规划
2.3 静态路径规划算例及分析
2.3.1 静态路径规划算例
2.3.2 结果分析
2.4 本章小结
第三章 航空器场面滑行4D航迹预测
3.1 航空器滑行时间建模
3.1.1 航空器滑行航迹离散化
3.1.2 航空器滑行时间模型
3.2 航空器滑行油耗建模
3.2.1 航空器运动模型
3.2.2 航空器滑行油耗模型
3.3 航空器滑行4D航迹预测模型
3.3.1 构建目标函数
3.3.2 构建约束条件
3.3.3 优化算法
3.3.4 基于优化搜索的多目标速度剖面生成
3.4 航空器滑行4D航迹预测算例及分析
3.4.1 4D航迹预测算例
3.4.2 结果分析
3.5 本章小结
第四章 航空器场面滑行动态路径规划
4.1 机场场面管制规范
4.1.1 机场滑行道运行规则
4.1.2 机场滑行道冲突类型
4.2 机场场面区域控制及航空器滑行时间窗
4.2.1 滑行道区域划分模型
4.2.2 基于4D航迹预测的航空器滑行时间窗计算
4.3 基于滑行时间窗的场面冲突探测与解脱
4.3.1 航空器优先级的确定
4.3.2 对头冲突探测与解脱
4.3.3 交叉冲突探测与解脱
4.3.4 追尾冲突探测与解脱
4.3.5 场面滑行航空器动态路径规划求解
4.4 航空器动态路径规划算例及分析
4.4.1 动态路径规划算例
4.4.2 结果分析
4.5 本章小结
第五章 机场场面航空器滑行动态路径规划仿真
5.1 仿真系统设计需求分析
5.2 仿真系统组成及工作流程
5.2.1 仿真系统组成
5.2.2 仿真系统工作流程
5.3 仿真系统实现
5.3.1 仿真系统运行场景构建
5.3.2 场面航空器路径规划的实现
5.4 仿真系统操作流程
5.4.1 系统GUI界面介绍
5.4.2 系统操作流程
5.5 仿真系统模拟运行
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录A
附录B
作者简介
本文编号：3884991
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 4D航迹预测研究现状
1.2.2 机场场面滑行路径规划研究现状
1.3 研究内容及章节安排
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 章节安排
第二章 航空器场面滑行静态路径规划
2.1 机场场面结构建模
2.1.1 机场场面结构简化
2.1.2 机场场面网络结构表示
2.2 多条静态路径规划算法
2.2.1 静态路径规划模型建立
2.2.2 基于改进A*算法的场面航空器静态路径规划
2.3 静态路径规划算例及分析
2.3.1 静态路径规划算例
2.3.2 结果分析
2.4 本章小结
第三章 航空器场面滑行4D航迹预测
3.1 航空器滑行时间建模
3.1.1 航空器滑行航迹离散化
3.1.2 航空器滑行时间模型
3.2 航空器滑行油耗建模
3.2.1 航空器运动模型
3.2.2 航空器滑行油耗模型
3.3 航空器滑行4D航迹预测模型
3.3.1 构建目标函数
3.3.2 构建约束条件
3.3.3 优化算法
3.3.4 基于优化搜索的多目标速度剖面生成
3.4 航空器滑行4D航迹预测算例及分析
3.4.1 4D航迹预测算例
3.4.2 结果分析
3.5 本章小结
第四章 航空器场面滑行动态路径规划
4.1 机场场面管制规范
4.1.1 机场滑行道运行规则
4.1.2 机场滑行道冲突类型
4.2 机场场面区域控制及航空器滑行时间窗
4.2.1 滑行道区域划分模型
4.2.2 基于4D航迹预测的航空器滑行时间窗计算
4.3 基于滑行时间窗的场面冲突探测与解脱
4.3.1 航空器优先级的确定
4.3.2 对头冲突探测与解脱
4.3.3 交叉冲突探测与解脱
4.3.4 追尾冲突探测与解脱
4.3.5 场面滑行航空器动态路径规划求解
4.4 航空器动态路径规划算例及分析
4.4.1 动态路径规划算例
4.4.2 结果分析
4.5 本章小结
第五章 机场场面航空器滑行动态路径规划仿真
5.1 仿真系统设计需求分析
5.2 仿真系统组成及工作流程
5.2.1 仿真系统组成
5.2.2 仿真系统工作流程
5.3 仿真系统实现
5.3.1 仿真系统运行场景构建
5.3.2 场面航空器路径规划的实现
5.4 仿真系统操作流程
5.4.1 系统GUI界面介绍
5.4.2 系统操作流程
5.5 仿真系统模拟运行
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录A
附录B
作者简介
本文编号：3884991
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