高密度终端区基于四维轨迹的飞机进场管理理论、方法和仿真研究

当前我国航空运输业发展迅猛，2010年与2005年相比，运输总周转量、旅客运输量和货邮运输量分别增长105%、93%和82%；运输飞机数量达1604架，比 2005年净增86%，预计未来还会以13.9%的年增长率增加。中国民航已成为全球第二大航空运输系统。本项目着眼于解决我国未来空中交通流量成倍增长、而当前空中交通管理技术和规则难以满足繁忙机场和空域运行的紧迫问题，属国家重大需求。本项目以面向终端区高密度运行的飞机进场管理理论和方法为研究目标，主要研究内容包括：综合考虑机组和航空公司偏好的进场航班调度模型和算法；空地协同优化框架下飞机最优4D下降轨迹设计、评估、协调方法；以及高密度终端区基于轨迹运行的仿真。本项目研究力图克服当前基于固定航路、固定程序的终端区空中交通管理的局限性，为高密度运行下的终端区空中交通管理和进场航班飞行轨迹优化提供一条新的解决途径。

当前我国航空运输业发展迅猛，本项目着眼于解决我国未来空中交通流量成倍增长、而当前空中交通管理技术和规则难以满足繁忙机场和空域运行的紧迫问题，属国家重大需求。本项目以面向终端区高密度运行的飞机进场管理理论和方法为研究目标，主要研究内容包括：综合考虑机组和航空公司偏好的进场航班调度模型和算法；空地协同优化框架下飞机最优4D 下降轨迹设计、评估、协调方法；以及高密度终端区基于轨迹运行的仿真。.研究进展包括：进场航班调度问题的建模和优化，进行了地面滑行的调度模型、考虑缩短地面滑行时间的跑道配置管理模型研究，提出了跑道出口可用性概念；飞行数据聚类分析，四维航迹设计方法等；空管仿真平台和飞管仿真平台的设计构建，包括针对终端区到达场景的空管仿真系统以及针对民航大飞机的基本飞管仿真系统。.（1）针对多跑道机场的航班进港调度问题，建立了基于混合整数规划的进港调度模型，设计了贯序调度求解策略，支持大规模航班进港实时优化调度。设计并开发了北京首都国际机场进港调度决策支持系统，能够解析雷达报文和飞行计划数据，实时计算最优调度方案并生成决策建议，该系统速度快、人机界面友好，具有很强的可重用性和可维护性。.（2）针对具有复杂滑行道网络结构的机场地面滑行调度问题，提出了跑道出口选择的重要性，定义了跑道出口可用性作为衡量调度方案可执行性的指标，并建立了地面滑行调度模型，设计了两阶段调度策略，验证了应用该策略，飞机地面滑行时间可平均减少10%，可辅助解决战略规划、战术调整两个层面的地面滑行4D轨迹规划问题。.（3）基于数据挖掘，提出了航迹聚类方法，根据历史雷达数据，提炼出典型航迹，为4D轨迹的设计提供依据；提出4D航迹的设计步骤和误差范围。.（4）初步建立了空管仿真平台和基于行业标准的机载民用飞机飞行管理系统仿真平台，二者可交联进行协同仿真，以预估高密度终端区的极限容量，并对飞行计划制定、航迹预测、流量统计、冲突探测和解脱等关键技术进行了研究。.本项目实施过程中，在国际期刊和重要的国际会议(ITSC、CCC等)上发表论文14篇（标注率71.4%），另外还有四篇期刊文章在投，其中两篇是SCI期刊。授权国家发明专利1项，1项专利申请正在审查中；获得3项软件著作权。获中国自动化学会自然科学二等奖1项。培养研究生11名，项目组通过积极参与相关领域国际会议等方式，与国外同行进行了深入的学术交流与合作。