空中交通管理中的防撞策略问题研究.pdf

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1、国内图书分类号：V37国际图书分类号：629西南交通大学研究生学位论文空中交通管理中的防撞策略问题研究年姓级：三QQ四级名：垒查丝申请学位级别：工堂擅±专业：交通运箍趣划皇筐堡指导老师：王慈出教援二零一零年六月十二日————————————————————————————————————————————————————————————]'ClassifiedIndex：V37U．D．C：629SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationCOLLISIONPREVEN

2、TIONSTRATEGYPROBLEMRESEARCHⅢAIRTRAFFICMANAGEMENTGrade：2004Candidate：MouQifengAcademicDegreeAppliedfor：Ph．DSpecialty：TrafficandTransportationPlanandManagementSupervisor：WangCiguang学位论文作者签名：*舛日期：o一／口年／1月ol吉日7指删撇：彩秒日期：∥年f／月咖西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进

3、行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1．提出航空器相对于飞行高度层的一般性指派问题(AP)的研究方法。引入广义指派(GAP)扩展效率矩阵，分析单架飞机占用一个飞行高度层和多机共用一层效率矩阵元素G，的定义方法，借助匈牙利算法求解得出垂直剖面的优化航迹。效率矩阵如果随条件发生变化，问题变为不确定型，对此，本文给出了将其转换成确

4、定型问题处理的一般方法。实例表明，直接或间接应用匈牙利算法对于ATC决策的实时求解是有效的。该研究在国际尚属首创(具体章节为论文第3章)。2．提出进港飞机队列排序问题的动态规划算法。推导了在符合先到先服务(FCFS)排序规则的队列中任意两架飞机进近优先权的判定准则，并根据空中交通管制(ATC)现实环境对已知条件进一步简化，最后给出刀架飞机进近序列优化的快速判定方法。实例计算表明，该方法不仅符合ATC现实的复杂约束以及操作习惯，同时能快速达到优化目标，因此有很好的实践应用价值(第5章第3节)。3．提出水平冲突解脱的0．1型整

5、数规划与目标规划模型(第4章第4节)。通过对s(t)求导，取得两机间最小水平间距＆；。的数学描述，提出基于神经网络的速度控制方法(第4章第2节)。运用空气分子运动论的研究方法定义模型的极限容量(第4章第3节)。4．通过协调机载防撞、目视紧急避让和ATC管制调配三种防撞处理模式，取得ATC决策时段的科学配置。利用VB、Matlab混合编程和几何图形两种方法进行防撞仿真，实现算法验证(第5章第4节)。学位论文作者签名．彳都专日期：^口／口年／／月立汨7西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要空中交通管理(ATM)中的防撞策略不

6、仅是一个短期的安全和效率的协调问题，而且关系到国家空域政策和航空运输系统的长远规划。凡涉及方案的优化和处理，都应在了解掌握设备、人员、程序状况和运行限制的基础上，满足实时性和完整性的要求。空中交通管理防撞策略的实质是寻求综合有效的自动化避让手段以减少飞机间危险接近或碰撞的发生，其中关键技术理论包括冲突探测、冲突解脱和解脱航迹优化等三个方面。论文从系统工程的角度，对智能防撞的标准、优化理论与方法进行了研究。较全面地建立了对空中交通管制(ATC)决策流程的系统描述，确立了管制决策的优化目标，提出多机在4D空间内的冲突探测和冲突

7、解脱优化方案，形成了相对完整的理论体系，为新一代智能化空管系统的研制奠定了理论基础。本文的研究工作对于提升空管系统的服务质量具有重要的现实意义。论文的主要研究工作包括以下几个方面：1．研究了飞机位置及动态的识别方法，分析和比较了三种防撞处理方式在工作原理、运作机制上的共性和差异。将空中交通管理中的防撞策略从时序上划分成中长期和短期两种形式，确定了先高度、再速度、后航向的决策次序。ATC决策分析则进一步量化了与决策相关的参数。2．研究了简化4D空间飞行冲突探测的方法。最小安全间隔的初始确定实际隐含了对碰撞概率的评价，由此验证

8、了以最小安全间隔为基础所建立的确定型冲突探测算法的正确性。飞机位置及动态的识别是实施冲突探测和解脱的基础。研究卡尔曼滤波可用于跟踪飞机的飞行状态和轨迹，在多扰动情况下，飞机的速度、位移随时间的变化关系用神经网络对非线性函数任意逼近的特性来表达。通过S(t1对时间t求导，得出S’(f1=0时两机的最近距离