基于广州白云机场平行跑道航空器滑行路径优化研究

摘要

随着中国民航业的蓬勃发展,机场场面的滑行效率逐渐成为制约其安全高效发展的一个重要因素,本文针对平行跑道滑行道运行机制的研究不足,实际跑道穿越管理中多根据管制员个人经验进行操作,容易导致起飞延误和跑道入侵事件发生的现状,对平行跑道运行条件下滑行路径优化算法进行了研究。本文选取平行跑道运行中具有代表性的广州白云机场作为研究对象,在跑道20R南端绕滑联络道投入使用的前提下,建立了包含时间延迟属性的场面节点-线段模型,将场面运行规则和限制转换成时间延迟,储存在数据库中,用于仿真验证中的数据调用。在优化算法中,针对场面运行的特点将滑行区域分为了两个部分,一是内侧跑道联络道滑行部分,二是内侧跑道至停机位之间的滑行部分,通过对局部分别优化从而达到全局优化的目的。针对联络道的选取和穿越时间点不同会对滑行效率和起飞跑道容量产生不同的影响,从而建立了起飞延误近似为零的联络道选择优化算法,为管制员提供了联络道选择和穿越时间点的理论依据。在改进蚁群算法中,把时间延迟最小作为信息素更新的制约条件,使输出结果为滑行时间最短,同时带有时间框属性,可以进行冲突点的预判,根据冲突解决方案归避冲突。两种算法的结合形成了本文的基于平行跑道滑行路径优化算法。为实现优化算法,采集分析了白云机场跑道穿越时间的大量数据,数理统计得出同种机型跑道穿越时间的正态分布函数和相关系数,并通过了皮尔逊拟合检验,为跑道穿越安全时间的选取提供依据。最后选取了三组进离场航班进行仿真对比分析,验证了该算法的有效性。

目录

摘要

Abstract

第一章 前言

1.1 研究背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文内容结构及创新点

第二章 机场活动区场面结构及模型构建

2.1 机场场面基本概念

2.2 活动区地面子系统及建模

2.2.1 跑道系统

2.2.2 滑行道系统

2.2.3 停机坪系统

2.2.4 白云机场场面交通系统模型

2.3 白云机场场面运行规则约束条件

2.4 占用时间框和数据库表

2.4.1 占用时间框

2.4.2 数据库表

2.5 本章小结

第三章 平行跑道概述

3.1 平行跑道相关概念

3.2 平行跑道运行模式

3.3 联络道概念及运行规则

3.3.1 联络道概念

3.3.2 垂直联络道的使用规则

3.4 本章小结

第四章 基于平行跑道的滑行路径优化研究

4.1 平行跑道联络道选择优化算法

4.1.1 跑道穿越对机场运行效率的影响

4.1.2 联络道选择优化算法设计

4.2 蚁群算法

4.2.1 蚁群算法的起源

4.2.2 基本蚁群算法的原理

4.2.3 改进蚁群算法设计

4.3 基于平行跑道滑行路径优化算法

4.3.1 冲突解决方案

4.3.2 平行跑道滑行路径优化算法设计

4.4 本章小结

第五章 优化算法的实现和应用验证

5.1 跑道穿越时间数据的采集和分析

5.2 优化算法应用验证

5.2.1 优化算法数据的选取

5.2.2 优化结果及分析

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢