隨著航空運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展,如何通過(guò)有效的空中交通流量管理來(lái)科學(xué)應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的交通需求,有利于推進(jìn)安全、高效的空中交通運(yùn)輸系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程,已成為民航運(yùn)輸業(yè)未來(lái)發(fā)展所亟需解決的重要議題。本文聚焦航路交通流,在對(duì)網(wǎng)絡(luò)交通流需求預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,從中長(zhǎng)期和短時(shí)兩種時(shí)間維度對(duì)航路流量管理方法進(jìn)行深入研究,研究成果能為實(shí)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(chǔ)和技術(shù)支持。本文在厘清國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)、研究航路流量管理基本概念和主要技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)在航路流量管理中存在的實(shí)際問(wèn)題與不足,分別從航路交通需求中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)、航路交通戰(zhàn)略流量管理關(guān)鍵技術(shù)、航路交通需求短時(shí)預(yù)測(cè)以及航路交通流動(dòng)態(tài)優(yōu)化等四個(gè)方面展開了深入研究,主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)構(gòu)建了航路交通流動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),為交通流特性分析和交通流建模奠定了基礎(chǔ)。本文建立了既能描述空域系統(tǒng)靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、又能刻畫交通流飛行動(dòng)態(tài)性的航路交通流動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(zhǎng)期預(yù)測(cè)方法,明晰了以城市對(duì)飛行量以及區(qū)域保障量為對(duì)象的交通需求中長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)現(xiàn)有空中交通需求預(yù)測(cè)方法的不足,本文采用狀態(tài)空間模型中的動(dòng)態(tài)線性模型以及考慮周期性波動(dòng)因素的改進(jìn)模型來(lái)分別預(yù)測(cè)城市對(duì)交通需求和區(qū)域交通需求。該模型不要求時(shí)間序列平穩(wěn)性假設(shè),對(duì)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(shì);此外,動(dòng)態(tài)線性模型求解采用貝葉斯估計(jì)與預(yù)測(cè)理論,不僅可以預(yù)測(cè)交通需求的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),還能考慮隨著預(yù)測(cè)步長(zhǎng)的增加所產(chǎn)生的累積誤差對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果不確定性的影響,并給出相應(yīng)的預(yù)測(cè)置信區(qū)間。實(shí)例分析表明,無(wú)論從預(yù)測(cè)精度還是從預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)方法要明顯優(yōu)于現(xiàn)有的預(yù)測(cè)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(guān)鍵技術(shù),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(lái)容量需求規(guī)劃方面,提出航路交通需求時(shí)空分布預(yù)測(cè)推演方法,進(jìn)而構(gòu)建航路空域容量需求預(yù)測(cè)模型,從而實(shí)現(xiàn)了航路空域容量需求的量化描述;在航路空域未來(lái)排放量分布估算方面,采用適用于巡航高度非標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)期預(yù)測(cè)結(jié)果,構(gòu)建了一種新的航路空域排放量分布預(yù)測(cè)模型,該模型考慮了從飛行計(jì)劃和雷達(dá)數(shù)據(jù)中提取的航空器運(yùn)行信息,以及由于航空器/發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)發(fā)展而帶來(lái)的節(jié)能減排效果,從而實(shí)現(xiàn)了一種更為精確、實(shí)用的航路空域排放量分布預(yù)測(cè)方法。實(shí)例分析表明,本研究所提方法能對(duì)航路扇區(qū)未來(lái)容量需求進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè),能較好的追蹤航路空域未來(lái)排放量分布的動(dòng)態(tài)性及不確定性。(4)提出了一種基于航路交通流動(dòng)態(tài)模型的交通需求短時(shí)預(yù)測(cè)方法,預(yù)測(cè)了航路空域系統(tǒng)中航路、扇區(qū)等不同空域單元的短時(shí)交通需求。借助流體力學(xué)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(chǔ)上,引入元胞傳輸模型中的時(shí)空離散概念,提出了航路交通流動(dòng)態(tài)模型,用于預(yù)測(cè)航路以及航路扇區(qū)交通需求的未來(lái)演變趨勢(shì)及其不確定范圍;并根據(jù)交通流特性以及最新預(yù)測(cè)結(jié)果,采用蒙特卡洛仿真方法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行同步更新。實(shí)例分析驗(yàn)證了所提方法的可行性和有效性,預(yù)測(cè)結(jié)果表明,本文所提方法能較好的描述航路交通流的動(dòng)態(tài)性,因此,無(wú)論從預(yù)測(cè)精度還是從預(yù)測(cè)穩(wěn)定性方面而言,基于航路交通流動(dòng)態(tài)模型的短時(shí)交通需求預(yù)測(cè)方法要明顯優(yōu)于基于其它交通流現(xiàn)有模型的預(yù)測(cè)方法。(5)提出了航路交通流動(dòng)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(wèn)題的解決方法。本文提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)交通流動(dòng)態(tài)模型,在此基礎(chǔ)上,針對(duì)航路和航路網(wǎng)絡(luò),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(luò)層面交通流優(yōu)化調(diào)配方法,前者通過(guò)局部?jī)?yōu)化調(diào)配某條航路的交通流來(lái)滿足由該航路所經(jīng)過(guò)航路扇區(qū)的容量限制,后者通過(guò)對(duì)空域系統(tǒng)內(nèi)整個(gè)航路網(wǎng)絡(luò)交通流的全局優(yōu)化調(diào)配來(lái)滿足空域系統(tǒng)的容量限制。根據(jù)實(shí)際雷達(dá)運(yùn)行數(shù)據(jù),驗(yàn)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(wèn)題,其中,航路網(wǎng)絡(luò)交通流優(yōu)化方法能從全局優(yōu)化角度對(duì)交通流進(jìn)行系統(tǒng)化建模與控制,在解決容需平衡問(wèn)題的同時(shí),還能有效降低運(yùn)行成本、飛行時(shí)間以及航空二氧化碳排放。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V355
【部分圖文】：

5、航路交通流動(dòng)態(tài)模型構(gòu)建實(shí)現(xiàn)航路交通流需求短時(shí)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性、有效性和科學(xué)性，其核心問(wèn)題在于建立能路交通流需求短時(shí)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(dòng)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(cè)模型。6、航路交通流動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)控戰(zhàn)術(shù)航路流量管理的核心問(wèn)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(yùn)行。依據(jù)航路交通流需求短時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果管制保障能力對(duì)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(shí)間最短為目出滿足未來(lái)交通流需求條件下的航路流量動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法。.3 技術(shù)路線本文主要包括五個(gè)方面研究?jī)?nèi)容，采用的技術(shù)路線如圖 1.1 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2811509