飛行危險天氣下的航班改航路徑規(guī)劃研究.pdf

1、危險天氣是影響航空運輸飛行安全和導致航班延誤的重要原因。當發(fā)生危險天氣時,我國現(xiàn)行的流量管理策略只能讓航班被動的地面等待,其結果是大量航班在起飛機場被迫延誤,進而影響到整個航線網絡的順暢,致使航空公司和旅客蒙受巨大的經濟損失。實施改航策略,即安排航班臨時選擇一條不受飛行限制區(qū)域影響的航線,是解決這一問題的有效方法。本論文將對改航策略中危險天氣影響區(qū)域的劃設和航路飛行階段改航路徑的規(guī)劃展開深入的研究。
　　 本文分析了影響飛行安全

2、導致航班改航的各種因素,重點研究了航路飛行階段的危險天氣。提出應用Graham算法劃設靜態(tài)飛行受限區(qū)的方法,同時在考慮危險天氣的移動、邊界變化和隨機因素的影響下,提出動態(tài)飛行受限區(qū)的劃設方法。在此基礎上,給出了飛行受限區(qū)域劃設準確性的評估方法,并對上述方法進行了仿真驗證。
　　 根據飛行受限區(qū)的形狀、影響范圍、尺度及分布特點,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)和散點狀分布飛行受限區(qū)。針對塊狀飛行受限區(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.然后在考慮轉彎角度約束、航段距離約束和改航點數量約束的情況下對初始改航點進行了修正,并以我國西南雷暴多發(fā)地區(qū)為例對該算法進行仿真分析。
　　 針對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計劃航路點周圍確定備選改航點的新方法。以改航路徑的航程和平均偏離距離為目標,應用

4、多目標動態(tài)規(guī)劃算法在備選改航點和計劃航路點組成的航線網絡中對改航路徑進行規(guī)劃。最后,以昆明-海口航線為例,對三種典型帶狀分布的飛行受限區(qū)進行了仿真分析。
　　 針對散點狀分布飛行受限區(qū)域的改航路徑規(guī)劃,建立了散點狀分布飛行受限區(qū)域改航模型,在網格改航環(huán)境模型下,給出散點狀分布飛行受限區(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彎點數量為目標,應用帶精英保留策略的非支配排序遺傳算法NSGA-Ⅱ對改航路徑規(guī)劃進行了研究

5、,提出了適用于改航路徑規(guī)劃的編碼方法,同時引入了刪除算子。最后,以昆明-廣州航線為例,對散點狀分布飛行受限區(qū)影響下的航班改航進行了仿真分析。
　　 從航線的安全性、經濟性、管制員及飛行員的工作負荷、同計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、平均側向偏離距離、新增轉彎點數量、新增大轉彎角數量和新增穿越相鄰管制區(qū)航段數量5個指標對改航飛行路徑進行評估。應用層次分析法分別確定在飛行-空管評估模型、航空公司評估模型和綜合

6、評估模型下各指標的權重,并將各評估模型應用于對仿真算例中改航飛行路徑的評估分析。
　　 此外,對考慮改航策略下的空中交通流量模型進行了初步研究,提出了多機場動態(tài)空中交通流量模型,并給出了目標函數和約束條件的數學描述。對模型目標函數中航班延誤成本的確定作了深入的分析,應用模糊ISODATA法對航班進行分類,同時給出了各類航班延誤成本的確定方法.
　　 全文對飛行危險天氣影響下的改航路徑規(guī)劃問題進行了深入的研究,所提出的改航