隨著航空運輸產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展,如何通過有效的空中交通流量管理來科學應對不斷增長的交通需求,有利于推進安全、高效的空中交通運輸系統(tǒng)建設進程,已成為民航運輸業(yè)未來發(fā)展所亟需解決的重要議題。本文聚焦航路交通流,在對網(wǎng)絡交通流需求預測的基礎上,從中長期和短時兩種時間維度對航路流量管理方法進行深入研究,研究成果能為實現(xiàn)安全、便捷、高效、綠色的現(xiàn)代民用航空系統(tǒng)提供理論基礎和技術支持。本文在厘清國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、研究航路流量管理基本概念和主要技術的基礎上,結(jié)合我國在航路流量管理中存在的實際問題與不足,分別從航路交通需求中長期預測、航路交通戰(zhàn)略流量管理關鍵技術、航路交通需求短時預測以及航路交通流動態(tài)優(yōu)化等四個方面展開了深入研究,主要研究內(nèi)容包括:(1)構(gòu)建了航路交通流動態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),為交通流特性分析和交通流建模奠定了基礎。本文建立了既能描述空域系統(tǒng)靜態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)、又能刻畫交通流飛行動態(tài)性的航路交通流動態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),有利于捕捉空域系統(tǒng)內(nèi)航空器飛行速度在時間和空間維度上的變化特征。(2)提出了航路空域交通需求中長期預測方法,明晰了以城市對飛行量以及區(qū)域保障量為對象的交通需求中長期發(fā)展趨勢。針對現(xiàn)有空中交通需求預測方法的不足,本文采用狀態(tài)空間模型中的動態(tài)線性模型以及考慮周期性波動因素的改進模型來分別預測城市對交通需求和區(qū)域交通需求。該模型不要求時間序列平穩(wěn)性假設,對于處理易受惡劣天氣、重大事件影響的空中交通需求數(shù)據(jù)具有顯著優(yōu)勢;此外,動態(tài)線性模型求解采用貝葉斯估計與預測理論,不僅可以預測交通需求的未來發(fā)展趨勢,還能考慮隨著預測步長的增加所產(chǎn)生的累積誤差對預測結(jié)果不確定性的影響,并給出相應的預測置信區(qū)間。實例分析表明,無論從預測精度還是從預測穩(wěn)定性方面而言,本研究所提出的基于狀態(tài)空間模型的兩種預測方法要明顯優(yōu)于現(xiàn)有的預測模型。(3)研究了航路交通戰(zhàn)略流量管理決策支持方法及其關鍵技術,提出了航路空域容量需求規(guī)劃及其排放量分布估算方法。在航路空域未來容量需求規(guī)劃方面,提出航路交通需求時空分布預測推演方法,進而構(gòu)建航路空域容量需求預測模型,從而實現(xiàn)了航路空域容量需求的量化描述;在航路空域未來排放量分布估算方面,采用適用于巡航高度非標準大氣條件的BFFM2航空排放指數(shù)估算方法,根據(jù)區(qū)域交通需求中長期預測結(jié)果,構(gòu)建了一種新的航路空域排放量分布預測模型,該模型考慮了從飛行計劃和雷達數(shù)據(jù)中提取的航空器運行信息,以及由于航空器/發(fā)動機新技術發(fā)展而帶來的節(jié)能減排效果,從而實現(xiàn)了一種更為精確、實用的航路空域排放量分布預測方法。實例分析表明,本研究所提方法能對航路扇區(qū)未來容量需求進行準確預測,能較好的追蹤航路空域未來排放量分布的動態(tài)性及不確定性。(4)提出了一種基于航路交通流動態(tài)模型的交通需求短時預測方法,預測了航路空域系統(tǒng)中航路、扇區(qū)等不同空域單元的短時交通需求。借助流體力學中的連續(xù)性方程,描述航路交通流的連續(xù)性行為;在此基礎上,引入元胞傳輸模型中的時空離散概念,提出了航路交通流動態(tài)模型,用于預測航路以及航路扇區(qū)交通需求的未來演變趨勢及其不確定范圍;并根據(jù)交通流特性以及最新預測結(jié)果,采用蒙特卡洛仿真方法對模型參數(shù)進行同步更新。實例分析驗證了所提方法的可行性和有效性,預測結(jié)果表明,本文所提方法能較好的描述航路交通流的動態(tài)性,因此,無論從預測精度還是從預測穩(wěn)定性方面而言,基于航路交通流動態(tài)模型的短時交通需求預測方法要明顯優(yōu)于基于其它交通流現(xiàn)有模型的預測方法。(5)提出了航路交通流動態(tài)優(yōu)化方法,從流量管理角度闡明了航路空域容需平衡問題的解決方法。本文提出了一種新的網(wǎng)絡交通流動態(tài)模型,在此基礎上,針對航路和航路網(wǎng)絡,提出了兩種航路交通流優(yōu)化方法,即航路層面交通流優(yōu)化調(diào)配方法和航路網(wǎng)絡層面交通流優(yōu)化調(diào)配方法,前者通過局部優(yōu)化調(diào)配某條航路的交通流來滿足由該航路所經(jīng)過航路扇區(qū)的容量限制,后者通過對空域系統(tǒng)內(nèi)整個航路網(wǎng)絡交通流的全局優(yōu)化調(diào)配來滿足空域系統(tǒng)的容量限制。根據(jù)實際雷達運行數(shù)據(jù),驗證了本文所提方法的可行性。結(jié)果表明,本文所提兩種交通流優(yōu)化方法均能有效解決航路空域的容需平衡問題,其中,航路網(wǎng)絡交通流優(yōu)化方法能從全局優(yōu)化角度對交通流進行系統(tǒng)化建模與控制,在解決容需平衡問題的同時,還能有效降低運行成本、飛行時間以及航空二氧化碳排放。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V355
【部分圖文】：

5、航路交通流動態(tài)模型構(gòu)建實現(xiàn)航路交通流需求短時預測的準確性、有效性和科學性，其核心問題在于建立能路交通流需求短時推演規(guī)律的交通流模型。以航段、扇區(qū)等空域單元作為控制體，研流在相鄰控制體之間的流動規(guī)律，建立能反映航路交通流推演分布情況的交通流需求測模型。6、航路交通流動態(tài)優(yōu)化調(diào)控戰(zhàn)術航路流量管理的核心問題是根據(jù)航路交通流需求和管制保障能力，制定航路流優(yōu)化調(diào)配方案，以保障航路交通安全、高效運行。依據(jù)航路交通流需求短時預測結(jié)果管制保障能力對航路交通流量的約束，以航路空域系統(tǒng)內(nèi)航空器總飛行時間最短為目出滿足未來交通流需求條件下的航路流量動態(tài)優(yōu)化方法。.3 技術路線本文主要包括五個方面研究內(nèi)容，采用的技術路線如圖 1.1 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 馬園園;胡明華;張洪海;尹嘉男;吳凡;;多機場終端區(qū)進場航班協(xié)同排序方法[J];航空學報;2015年07期

2 彭瑛;胡明華;李印風;;基于航班時刻優(yōu)化的跑道運行容量提升方法[J];系統(tǒng)工程理論與實踐;2014年10期

3 顧欣;胡明華;李杰;馬勇;;基于高空風修正的四維航跡優(yōu)化算法[J];航空計算技術;2014年05期

4 張軍峰;蔣海行;武曉光;湯新民;;基于BADA及航空器意圖的四維航跡預測[J];西南交通大學學報;2014年03期

5 吳剛;夏洪山;高強;;機場群運行方式下的航班時刻與頻率優(yōu)化模型[J];交通運輸工程學報;2013年04期

6 盧奕羽;湯新民;徐琴;;基于動態(tài)氣象預報數(shù)據(jù)的4D航跡預測[J];航空計算技術;2013年04期

7 樊娜;趙祥模;戴明;安毅生;;短時交通流預測模型[J];交通運輸工程學報;2012年04期

8 ;國務院關于促進民航業(yè)發(fā)展的若干意見[J];中華人民共和國國務院公報;2012年21期

9 張穎;謝華;胡明華;;確定性空域容量約束下的區(qū)域流量管理優(yōu)化模型[J];西南交通大學學報;2012年02期

10 湯新民;韓云祥;韓松臣;;基于混雜系統(tǒng)模型的航空器4D航跡推測[J];南京航空航天大學學報;2012年01期

相關碩士學位論文 前5條

1 何琛;基于容量的交叉點航路構(gòu)型研究[D];中國民航大學;2017年

2 朱杰杰;航班優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];中國民航大學;2017年

3 萬小艷;基于改進引力模型的主干航路網(wǎng)絡規(guī)劃方法研究[D];中國民航大學;2014年

4 王冉冉;空中交通流量統(tǒng)計預測技術研究[D];南京航空航天大學;2010年

5 郭爽;空中交通流量長期預測方法研究[D];中國民航大學;2008年

本文編號：2811509