基于大数据的枢纽机场运行态势感知系统关键技术研究

Hub airport is facing great pressure under the high density flight operational condition. Real-time situation awareness (SA) is considered as a possible way to perform dynamic precise management of airport. And the big data formed in the hub airport operational provide the foundation for the reality of airport real-time SA technology. A moderated probability model for aircraft taxi speed and ground support service is proposed for the association of the random character of the airport operation data with the aircraft microcosmic evolution model. The correlation between the airport operation microcosmic evolution model and macroscopic fundamental graph is obtained by the association of the possibility distribution of the aircraft arrival, ground support service and take-off time space with the aircraft turnaround queuing length. The mapping from airport operation data to the airport state computation is performed by the correlation analysis above. The quantification fundamental index system for the multilevel airport operation state and situation computation and evaluation is proposed. The big data based system architecture for airport operation situation awareness is designed including the cloud technology and parallel computing.

航班高密度运行给枢纽机场带来巨大的运行压力，建设机场精准管理能力，提高机场容量是缓解上述现象的有效手段。研究基于机场大数据环境的实时态势感知系统关键技术为上述手段实现提供了可能。本项目提出航空器地面滑行速度和保障服务作业慢化概率模型，实现机场保障服务的随机性和微观演化模型的关联；通过分析航空器到达时距、保障服务时距、起飞时距的概率分布特性和航空器过站队列长度的关系，解决机场运行微观模型和宏观基本图模型之间的关联难题，完成机场数据到运行状态计算过程的映射；基于上述状态演化模型，设计、量化态势评价基础指标体系，实现多层次机场运行态势评估和预测；最终通过云技术和并行计算方法设计基于大数据的机场运行态势感知系统架构，完成研究成果的仿真验证。

随着民航业的高速发展,航班及旅客流量的快速增长与机场精准管控和高效运行目标之间的矛盾日益突显，研究机场精准感知和预测能力是解决上述问题的有效手段。项目以机场运行大数据为基础，探索旅客、航空器运行演化机理等基本科学问题，突破旅客流精准感知、航空器地面保障与地面交通流随机特性等多项关键技术。项目致力于实现机场整体的运行态势感知能力，并为枢纽机场运行态势感知系统提供理论技术支撑。.项目从以下几方面进行了研究并取得了重要成果：.1、项目以枢纽机场生产运行大数据为基础，搭建了面向大数据架构的机场运行感知体系结构，重点突破机场运行大数据的分类、聚类、关联分析方法，构建了枢纽机场运行态势感知模型。.2、以机场旅客、航空器为主要研究对象，构建了面向精准感知的复杂旅客流集散动力学模型，研究了机场航空器地面保障和地面交通流的随机特性，重点突破了机场地面保障与地面交通流微观演化机理。.3、研究了机场运行状态演化表征的多层次关联特征，形成了机场运行态势评价指标体系，提出了基于运行信息的机场运行态势综合评价方法，实现了机场整体态势的评估与预测。.4、以合作单位广州白云国际机场为原型，搭建仿真验证平台，对以上研究成果进行仿真验证。.5、研发了基于大数据的枢纽机场运行态势感知原型系统，并依托专业机构进行功能与性能测试，结果表明，课题提出的相关理论成果和关键技术，对机场运行效率、容量的提升有明显的改善。.6、项目执行期间，共发表学术论文63篇，其中SCI收录13篇，EI收录20篇；制定标准2项；申请发明专利20项，其中授权1项；申请软件著作权5项。获得省部级科研奖励2项，培养3名博士研究生，15名硕士研究生，参加国内外学术会议10次。