飛行程序運(yùn)行評(píng)估的理論方法及仿真應(yīng)用研究.pdf

1、飛行程序是以保障終端區(qū)內(nèi)的交通安全與提高運(yùn)行效率為目標(biāo)，對(duì)進(jìn)離場(chǎng)航線(xiàn)及其網(wǎng)絡(luò)所進(jìn)行的科學(xué)規(guī)劃和合理設(shè)計(jì)工作。飛行程序是重要的空域資源，是空域規(guī)劃、空中交通運(yùn)行和機(jī)場(chǎng)建設(shè)的基本依據(jù)。同時(shí)，基于程序的運(yùn)行也是未來(lái)航空運(yùn)輸系統(tǒng)的重要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。飛行程序運(yùn)行評(píng)估是對(duì)飛行程序設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行效果進(jìn)行審核、評(píng)價(jià)與認(rèn)證的工作，是保證飛行程序科學(xué)性、可行性的必要環(huán)節(jié)。但是，目前尚缺乏完整、有效的飛行程序運(yùn)行評(píng)估的理論模型與技術(shù)方法。
　　本論文深

2、入地剖析了飛行程序運(yùn)行評(píng)估問(wèn)題的概念和內(nèi)涵，總結(jié)了有關(guān)方面的最新研究成果，創(chuàng)新性地提出了由安全風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)效率、管制適用性和環(huán)境影響4個(gè)方面組成的飛行程序運(yùn)行評(píng)估理論體系，構(gòu)建了結(jié)合飛行動(dòng)力學(xué)和飛行運(yùn)動(dòng)學(xué)的動(dòng)態(tài)航跡運(yùn)行模型，并以此為基礎(chǔ)研發(fā)了功能較完備的飛行程序運(yùn)行仿真與評(píng)估平臺(tái)。
　　首先，從多側(cè)面、多階段和多層次對(duì)飛行程序運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)展開(kāi)系統(tǒng)地研究。安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括飛行過(guò)程中的近地風(fēng)險(xiǎn)和空中交通沖突風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)側(cè)面。其中，近地風(fēng)險(xiǎn)又

3、包括兩個(gè)階段，第一階段針對(duì)離場(chǎng)飛行程序以及進(jìn)進(jìn)飛行程序的進(jìn)場(chǎng)、起始和中間進(jìn)近階段，建立了航空器運(yùn)行過(guò)程中穿透超障高度的累積概率模型;第二階段針對(duì)儀表著陸系統(tǒng)進(jìn)近過(guò)程，分析了航空器與具有不同位置關(guān)系的多個(gè)建筑物間的總體碰撞概率。沖突風(fēng)險(xiǎn)從宏觀和微觀兩個(gè)層次對(duì)多航空器運(yùn)行中因爭(zhēng)搶時(shí)空資源而發(fā)生交通沖突的現(xiàn)象展開(kāi)研究。從預(yù)測(cè)飛行程序運(yùn)行沖突的總體狀態(tài)角度出發(fā)，應(yīng)用隨機(jī)過(guò)程方法，計(jì)算面向交叉/匯聚交通流沖突頻次的數(shù)學(xué)期望及方差，推導(dǎo)出宏觀沖突風(fēng)

4、險(xiǎn)模型。從沖突發(fā)展演化過(guò)程的角度出發(fā)，提出了面向微觀沖突分析，計(jì)算沖突嚴(yán)重度、沖突強(qiáng)度和累積沖突風(fēng)險(xiǎn)的三個(gè)模型。最后進(jìn)行了算例仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　飛行程序運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性分析，在于研究發(fā)現(xiàn)飛行程序經(jīng)濟(jì)性提升的潛在空間和優(yōu)化方向。結(jié)合航空器運(yùn)動(dòng)模型、飛行成本指數(shù)和燃油消耗模型，創(chuàng)新性地提出了飛行程序運(yùn)行成本的概念及其計(jì)算模型，提出了具體空域條件下的受限運(yùn)行航跡和基準(zhǔn)運(yùn)行航跡的概念。在直接運(yùn)行航跡基礎(chǔ)上，利用連續(xù)下降進(jìn)近/連續(xù)

5、爬升離場(chǎng)運(yùn)行模式，應(yīng)用四階龍格庫(kù)塔方法，以飛行成本最小化為目標(biāo)，對(duì)直接運(yùn)行航跡的垂直剖面進(jìn)行優(yōu)化，并擬合為基準(zhǔn)運(yùn)行航跡。分別計(jì)算了基準(zhǔn)運(yùn)行成本和受限運(yùn)行成本，將兩者的偏差作為飛行程序運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率評(píng)估指標(biāo)，并進(jìn)行了算例分析。
　　飛行程序運(yùn)行的管制適用性，是本論文飛行程序運(yùn)行評(píng)估中的一個(gè)創(chuàng)新內(nèi)容。在對(duì)航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析的基礎(chǔ)上，建立了基于軌跡點(diǎn)比對(duì)與交換的航跡相似性度量方法，使用分層數(shù)據(jù)聚類(lèi)法對(duì)航跡數(shù)據(jù)集進(jìn)行航跡聚類(lèi)分析，研究了

6、航跡聚類(lèi)集的平均飛行航跡構(gòu)建方法;提出了飛行程序運(yùn)行管制適用性的評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)度方法，包括:縱向偏離度、側(cè)向偏離度以及非常規(guī)航跡比例的概念及計(jì)算等，并進(jìn)行了算例分析。
　　飛行程序運(yùn)行造成的環(huán)境影響，包括噪聲影響和氣體排放影響。針對(duì)噪聲影響評(píng)價(jià)，分析了幾種常用的噪聲評(píng)價(jià)量模型及其標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)我國(guó)機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的不足，提出了適用于飛行程序運(yùn)行噪聲影響分析的評(píng)價(jià)量及其限值。建立了符合飛行階段特征的航跡分段模型，提出應(yīng)用狀態(tài)矩陣和控制

7、矩陣準(zhǔn)確表示飛行程序的數(shù)學(xué)方法?；谀：碚摻⒘嗽肼曈绊?、飛行成本和導(dǎo)航約束的滿(mǎn)意度評(píng)價(jià)函數(shù)，提出了應(yīng)用3種啟發(fā)式搜索規(guī)則和動(dòng)態(tài)臨域搜索方法的改進(jìn)模擬退火算法，并進(jìn)行了算例分析。根據(jù)具體機(jī)型的飛行程序運(yùn)行仿真數(shù)據(jù)，針對(duì)國(guó)際民航組織排放指數(shù)模型的不足，提出了一種能較準(zhǔn)確計(jì)算碳?xì)浠衔铩⒍趸己偷趸衔锱欧帕康男拚倪M(jìn)模型，并采用類(lèi)似于經(jīng)濟(jì)效率評(píng)價(jià)的比對(duì)法，用排放效率指標(biāo)來(lái)分析飛行程序運(yùn)行的氣體排放效率。
　　最后，研究了飛行程

8、序運(yùn)行仿真與評(píng)估平臺(tái)的體系架構(gòu)，重點(diǎn)闡述了飛行程序運(yùn)行仿真計(jì)算引擎和飛行程序運(yùn)行分析與評(píng)價(jià)子系統(tǒng);總結(jié)了有關(guān)理論研究成果，建立了飛行程序運(yùn)行評(píng)估的指標(biāo)體系;并以一個(gè)實(shí)際的終端區(qū)為例，在仿真平臺(tái)上進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　本論文對(duì)儀表飛行程序運(yùn)行評(píng)估的理論方法進(jìn)行了比較全面、系統(tǒng)與深入的研究，所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其測(cè)度模型具有較強(qiáng)的針對(duì)性和可操作性，并研發(fā)了相應(yīng)的仿真評(píng)估平臺(tái)。本論文的研究工作不僅完善了飛行程序運(yùn)行評(píng)估的理論與方法，也彌補(bǔ)