飛行危險(xiǎn)天氣下的航班改航路徑規(guī)劃研究.pdf

1、危險(xiǎn)天氣是影響航空運(yùn)輸飛行安全和導(dǎo)致航班延誤的重要原因。當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)天氣時(shí),我國(guó)現(xiàn)行的流量管理策略只能讓航班被動(dòng)的地面等待,其結(jié)果是大量航班在起飛機(jī)場(chǎng)被迫延誤,進(jìn)而影響到整個(gè)航線網(wǎng)絡(luò)的順暢,致使航空公司和旅客蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)施改航策略,即安排航班臨時(shí)選擇一條不受飛行限制區(qū)域影響的航線,是解決這一問(wèn)題的有效方法。本論文將對(duì)改航策略中危險(xiǎn)天氣影響區(qū)域的劃設(shè)和航路飛行階段改航路徑的規(guī)劃展開(kāi)深入的研究。
　　 本文分析了影響飛行安全

2、導(dǎo)致航班改航的各種因素,重點(diǎn)研究了航路飛行階段的危險(xiǎn)天氣。提出應(yīng)用Graham算法劃設(shè)靜態(tài)飛行受限區(qū)的方法,同時(shí)在考慮危險(xiǎn)天氣的移動(dòng)、邊界變化和隨機(jī)因素的影響下,提出動(dòng)態(tài)飛行受限區(qū)的劃設(shè)方法。在此基礎(chǔ)上,給出了飛行受限區(qū)域劃設(shè)準(zhǔn)確性的評(píng)估方法,并對(duì)上述方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　 根據(jù)飛行受限區(qū)的形狀、影響范圍、尺度及分布特點(diǎn),將飛行受限區(qū)分為三類,即塊狀飛行受限區(qū)、帶狀分布飛行受限區(qū)和散點(diǎn)狀分布飛行受限區(qū)。針對(duì)塊狀飛行受限區(qū)域的

3、改航路徑規(guī)劃,首先建立了塊狀飛行受限區(qū)改航模型,給出了兩種初始改航點(diǎn)的確定方法,即基于幾何算法的確定法和快速確定法.然后在考慮轉(zhuǎn)彎角度約束、航段距離約束和改航點(diǎn)數(shù)量約束的情況下對(duì)初始改航點(diǎn)進(jìn)行了修正,并以我國(guó)西南雷暴多發(fā)地區(qū)為例對(duì)該算法進(jìn)行仿真分析。
　　 針對(duì)帶狀分布飛行受限區(qū)域的改航路徑規(guī)劃,建立了帶狀分布飛行受限區(qū)域改航模型,并提出了在航線兩側(cè)計(jì)劃航路點(diǎn)周圍確定備選改航點(diǎn)的新方法。以改航路徑的航程和平均偏離距離為目標(biāo),應(yīng)用

4、多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法在備選改航點(diǎn)和計(jì)劃航路點(diǎn)組成的航線網(wǎng)絡(luò)中對(duì)改航路徑進(jìn)行規(guī)劃。最后,以昆明-?？诤骄€為例,對(duì)三種典型帶狀分布的飛行受限區(qū)進(jìn)行了仿真分析。
　　 針對(duì)散點(diǎn)狀分布飛行受限區(qū)域的改航路徑規(guī)劃,建立了散點(diǎn)狀分布飛行受限區(qū)域改航模型,在網(wǎng)格改航環(huán)境模型下,給出散點(diǎn)狀分布飛行受限區(qū)域的描述方法.以改航航段的航線距離、航線平均偏離距離和轉(zhuǎn)彎點(diǎn)數(shù)量為目標(biāo),應(yīng)用帶精英保留策略的非支配排序遺傳算法NSGA-Ⅱ?qū)Ω暮铰窂揭?guī)劃進(jìn)行了研究

5、,提出了適用于改航路徑規(guī)劃的編碼方法,同時(shí)引入了刪除算子。最后,以昆明-廣州航線為例,對(duì)散點(diǎn)狀分布飛行受限區(qū)影響下的航班改航進(jìn)行了仿真分析。
　　 從航線的安全性、經(jīng)濟(jì)性、管制員及飛行員的工作負(fù)荷、同計(jì)劃航線的差異和航線飛行的舒適性角度出發(fā),選取新增航程、平均側(cè)向偏離距離、新增轉(zhuǎn)彎點(diǎn)數(shù)量、新增大轉(zhuǎn)彎角數(shù)量和新增穿越相鄰管制區(qū)航段數(shù)量5個(gè)指標(biāo)對(duì)改航飛行路徑進(jìn)行評(píng)估。應(yīng)用層次分析法分別確定在飛行-空管評(píng)估模型、航空公司評(píng)估模型和綜合

6、評(píng)估模型下各指標(biāo)的權(quán)重,并將各評(píng)估模型應(yīng)用于對(duì)仿真算例中改航飛行路徑的評(píng)估分析。
　　 此外,對(duì)考慮改航策略下的空中交通流量模型進(jìn)行了初步研究,提出了多機(jī)場(chǎng)動(dòng)態(tài)空中交通流量模型,并給出了目標(biāo)函數(shù)和約束條件的數(shù)學(xué)描述。對(duì)模型目標(biāo)函數(shù)中航班延誤成本的確定作了深入的分析,應(yīng)用模糊ISODATA法對(duì)航班進(jìn)行分類,同時(shí)給出了各類航班延誤成本的確定方法.
　　 全文對(duì)飛行危險(xiǎn)天氣影響下的改航路徑規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究,所提出的改航