哈尔滨机场短期飞行冲突告警处理系统优化_孔祥进.docx

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1、摘要近年来航空运输业的负载随经济的发展逐年持续增加，空中交通流量也稳步上升， 但有限的空域资源并不能一直满足空中交通流量对空域的需求，特别是在机场终端区， 由于航路汇集、航空器集中运行等因素，使得航空器在有限的空域中安全有序运行面临 越来越严峻的挑战。为保障在流量增加的情况下提高空域的利用率和安全运行效率，因 此进行短期冲突告警系统的研宄，短期冲突告警系统作为空管自动化系统的子系统，能 够在航空器危险接近，对可能发生航空器碰撞时给予管制员实时有效的预告警提示，提 示管制员采取调配措施避免产生安全事故。短期冲突告警系统是管制员进行冲突调配的 主要信息来源之一，是保障航空器安全有序运行的重要辅助工

2、具。哈尔滨机场冲突告警 系统，由于冲突判定模型及程序设计原因，当一架航空器的飞行轨迹预测航迹线与另一 架航空器的尾迹相交时，系统误将此类判定为飞行冲突，导致产生过多虚警现象，下一 步，哈尔滨机场新进离场飞行程序实施后，现有的短期冲突告警探测模型设计结构与新 飞行程序将更不匹配，系统虚警情况将进一步增多，增加管制员的工作负荷。基于哈尔滨机场的短期冲告警系统缺陷，本文首先分析了短期冲突告警相关理论、 典型告警系统的模型和算法设计特点，分析了哈尔滨机场现有短期冲突告警系统，分析 了冲突告警模型、航迹预测算法、冲突判定机制的优缺点，并结合机场终端区空域结构、 航空器飞行特点、进离场飞行程序、航空器飞行

3、性能数据、大气数据等方面，对哈尔滨 机场的冲突告警系统进行改进，着重考虑加速度、转弯运动对航迹预测的影响。然后基 于航空器的性能模型利用全能量推力计算公式和质点几何运动规律建立航迹预测模型， 根据航空器不同的运动状态和航线分段计算航迹点，提高了航迹的预测精度，根据经典 冲突探测算法及经典保护区模型，结合线性外推预测算法优缺点，在航迹精确预测的基 础上，改进了航空器保护区模型和冲突探测算法，通过改进航空器粗选方法及预告警判 定方式优化冲突探测流程，避免了单一使用线性外推算法对航迹预测误差较大的缺点。最后，结合哈尔滨机场终端区空域结构及进离场航线，通过MATLAB仿真哈尔滨 机场现有和本文改进之后

4、的短期飞行冲突探测方式，对冲突告警结果进行对比分析，验 证了优化之后的短期冲突探测模型对哈尔滨机场进近管制区飞行冲突检测的准确性，验 证结果表明，粗选区、预警区、告警区分别采用不同的计算方式改进了单一使用线性外 推预测算法航迹预测误差大、虚警较多、特殊运行情景误判的缺陷。关键词：短期冲突告警，安全间隔，航迹预测，冲突判定，虚警AbstractIn recent years, the load of the air transport industry has continued to increase with the development of the economy, and the a

5、ir traffic flow has steadily increased. However, the limited airspace resources cannot always meet the air traffic flow demand for airspace, especially in the airport terminal area, factors such as the centralized operation of aircraft make the safe and orderly operation of aircraft in limited airsp

6、ace face more and more severe challenges. In order to improve the utilization of airspace and the efficiency of safe operation in the case of increased traffic, the study of short-term conflict warning system is necessary. The short-term conflict warning system, as a subsystem of the air traffic con

7、trol automation system, when the aircraft is in danger. In the event of a collision, the controller is given a real-time and effective pre-alarm prompt, prompting the controller to take measures to avoid accidents. The short-term conflict warning system is one of the main sources of information for

8、controllers to conduct conflict deployment, and is an important auxiliary means to ensure the safe and orderly operation of aircraft. Harbin Airport Conflict Warning System, due to the conflict determination model and program design , when the flight path prediction flight path of one aircraft inter

9、sects with the wake of another aircraft, the system mistakenly determines this as a flight conflict, resulting in excessive False alarm phenomenon, the next step, when the implementation of the new departure flight procedure of Harbin Airport, the existing short-term conflict warning detection model

10、 design structure will not match the new flight procedure, and the system false alarm situation will further increase, increasing the controllers work load.Based on the shortcomings of short-term warning system in Harbin Airport, this paper analyzes the theory of short-term conflict alarm, the model

11、 and algorithm design characteristics of typical alarm system, analyzes the existing short-term conflict warning system of Harbin Airport, and analyzes the conflict warning model and track prediction. Analyze the advantages and disadvantages of the algorithm and conflict determination mechanism, com

12、bined with the airspace structure of the airport terminal area, aircraft flight characteristics, flight and departure flight procedures, aircraft flight performance data, atmospheric data, etc. Optimize Harbin Airport Short-Term Conflict Alarm Processing System, focusing on the effects of accelerati

13、on and the impact of turning motion on track prediction. Second, based on the aircraft performance model, the full energy thrust calculation formula and the particle geometry motion law is used to establish the track prediction model. The track points are calculated according to the different motion

14、 states and route segments of theaircraft, and the prediction accuracy of the track is improved. According to the classic conflict detection algorithm and the classical protection zone model, combined with the advantages and disadvantages of the linear extrapolation prediction algorithm, improving t

15、he aircraft protection zone model and the collision detection algorithm based on the accurate prediction of the flight path, and optimize the collision detection by improving the aircraft rough selection method and pre-alarm judgment method. The process avoids the disadvantage that the single linear

16、 extrapolation algorithm has a large error in track prediction.Finally, Combining the airspace structure, approach route and departure route of the terminal area of Harbin Airport, the short-term flight conflict detection methods of Harbin Airport and the improved version are simulated by MATLAB, an

17、d the conflict alarm results are compared and analyzed to verify the short-term conflict detection model after optimization. The accuracy of the flight conflict detection in the Harbin Airport approach control area shows that the rough selection area. The verification results show that the rough sel

18、ection area, the early warning area and the warning area respectively use different calculation methods to improve the defects of the single-use linear extrapolation prediction algorithm with large track prediction error, more false alarms and special operation scenarios.Keywords: Short term conflic

19、t alert, Security interval, Track prediction, Conflict determination, False alarmm目 录m-m iu课题研宄背景及意义1u.i研宄背景11丄2研宄意义21.2国内外研宄现状21.2.1国外研宄现状31.2.2国内研宄现状41.2.3课题研宄内容71.2.4文章技术路线7第二章短期冲突告警相关理论及短期告警系统92.1短期飞行冲突告警概述92丄1短期冲突告警定义92丄2飞行冲突告警相关名词92.2飞行间隔标准102.2.1飞行间隔分类102.2.2程序管制下的飞行间隔标准112.2.3雷达管制下的飞行间隔标准122

20、.3飞行冲突探测122.3.1长期飞行冲突探测122.3.2中期飞行冲突探测132.3.3短期飞行冲突探测132.4短期飞行冲突告警系统组成142.4.1数据存储模块142.4.2航迹预测模块142.4.3告警模块152.5典型短期冲突告警系统162.5.1 Telephonies 冲突告警系统162.5.2川大自动化冲突告警系统172.5.3 ATC3000冲突告警系统172.6本章小结17第三章哈尔滨机场短期飞行冲突告警系统分析183.1哈尔滨机场终端区概况183.2哈尔滨机场短期飞行冲突告警183.2.1短期飞行冲突告警模型183.2.2模型基本告警原理193.3线性外推预测算法203.

21、3.1高度间距预测213.3.2水平间距预测233.3.3同航线平行飞行253.4本章小结27第四章基于航空器性能的航迹预测模型及冲突判定模型优化284.1基于航空器性能的航迹预测模型284丄1航空器航迹预测模型284丄2航空器垂直轨迹计算294丄3航空器水平航迹计算334.1.4航迹预测模型验证354.2飞行冲突探测384.2.1航空器运行安全间隔标准394.2.2飞行冲突分类394.2.3航空器保护区模型404.3冲突判定模型及算法424.3.1航迹对的粗选444.3.2航迹对的精确航迹预测464.3.3冲突判定流程474.4本章小结48第五章哈尔滨机场短期飞行冲突告警仿真验证495.1终

22、端区告警扇区结构495丄1告警扇区结构图495丄2告警参数设置515丄3进离场程序515.2MATLAB仿真结果及分析545.2.1预告警结果分析555.2.2预告警时间分析565.2.3预警水平距离分析585.3本章小结60总结与展望61#教南犬63攻读硕士学位期间取得的学术成果66翻寸67图目录图1.1文章技术路线图8图2.1飞行间隔分类10图3.1飞行冲突原理示意图20图3.2垂直高度检测流程图21图3.3CFL高度保护示意图22图3.4水平距离分析计算流程图23图3.5告警处理流程图26图4.1航迹预测模型28图4.2航空器运动状态示意图30图4.3离场航空器垂直飞行轨迹剖面图32图4

23、.4离场航空器垂直飞行轨迹剖面图33图4.5水平运动、转弯运动轨迹图33图4.6航空器轨迹预测仿真三维立体图35图4.7航空器水平轨迹预测仿真俯视图36图4.8航空器垂直轨迹预测仿真高度变化图37图4.9航空器直角转弯水平轨迹预测仿真图38图4.10飞行冲突分类示意图40图4.11长方体保护区模型图41图4.12圆柱体保护区模型图41图4.13球体保护区模型图42图4.14椭球体保护区模型图42图4.15圆柱体保护区模型图43图4.16顺向冲突示意图44图4.17交叉冲突示意图45图4.18对头冲突示意图45图4.19顺向冲突示意图46图4.20冲突预告警判定流程图47图5.1告警扇区结构图4

24、9图5.2哈尔滨机场终端管制区进场航路53图5.3编组1与编组2预警开始时间误差57图5.4编组1与编组2告警结束时间误差58图5.5编组1与编组2预警结开始与标准告警距离误差59表目录表3.1哈尔滨机场系统告警模型参数设置表（来源：哈尔滨冲突告警系统）18表3.1哈尔滨机场系统告警模型参数设置表（续）19表3.2RVSM区域冲突告警参数设置表（来源：哈尔滨冲突告警系统）19表4.1图4.7航空器转弯局部轨迹坐标36表4.1图4.7航空器转弯局部轨迹坐标（续）37表4. 2航空器雷达尾流间隔标准39表4.3相对飞行趋势及航迹预测确认表47表5.1扇区告警参数设置表51表5.2短期冲突告警仿真结

25、果54表5.2短期冲突告警仿真结果（续）55表5.3预告警冲突对统计结果55表5.4预告警时间统计结果56表5.4预告警时间统计结果（续）57表5.5告警航迹对预警开始水平距离58表5.5告警航迹对预警开始水平距离（续）59第一章绪论1.1课题研究背景及意义1.1.1研究背景国民经济迅猛发展对航空运输的需求越来越大，航空运输业务整体吞吐量连年持续 增长，航空运输业已成为交通运输业重要组成部分。中国民航总局数据统计资料显示， 截止2018年9月，全行业的运输周转总量达到895.9亿吨公里，同比2017年9月增长 12.3%1，航班架次每年以10%的速度增长，空中交通流量持续上升，使空域中飞行的

26、航空器发生碰撞的几率大大增加，使航空器运行的危险系数持续增高，使管制员的工作 负荷也不断增加，加强飞行空域中航空器的冲突探测和解脱策略的分析是保证航空器安 全运行及降低管制员工作负荷的重要手段，在机场周围的空域中汇集的航空器数量较多， 且由于气象风、导航误差、飞机性能、操纵误差等在飞行过程中出现冲突的几率会比航 线飞行出现冲突的几率高很多。空中任意两架航空器任何时间点的距离小于安全飞行间隔标准，则认为这两架航空 器以当前状态飞行可能发生碰撞，即存在飞行冲突。飞行冲突的准确定义是：航空器飞 行过程中由于云层雷暴影响、机组操作、管制员航迹引导或其他干扰因素造成航空器之 间横向间隔、纵向间隔和垂直间

27、隔距离均小于设定的安全飞行间隔标准值，则认为发生 飞行冲突。现实运行中，由于航班架次及交通密度的快速增长发生飞行冲突的现象也时 有发生，一旦发生严重事故，将导致极大的财产损失和严重的社会不良影响。例如2， 2002年7月2日在德国和瑞士边境上空的一架154客机和一架波音757运输机相撞，造 成71人死亡，被认为是由于瑞士空管站为维护运行而关闭部分STCA系统造成的；2010 年6月，法国，巴塞尔进近管制区，法航A319与瑞士易捷航空A319危险接近；2010 年12月，澳大利亚，墨尔本进近管制区，管制原因导致澳洲航空B763和维珍蓝航空 B737飞行冲突；2011年3月，美国，亚特兰大进近管制

28、区，达美航空B752等多架飞 机小于间隔；2011年11月，西班牙，特内里费机场塔台管制区，A321与B757飞行冲 突。在我国，由于空中交通管制系统及空管自动化系统不完善，空中交通管制员和飞行 员专业技术能力、疲劳、注意力下降等问题，每年也会发生数起航空器空中危险接近的 事故证候。为保障空中交通安全、有序、高效运行，防止航空器发生危险接近导致相互碰撞， 维护安全、流畅的飞行秩序，国际民航组织（ICAO)对航空器之间的安全间隔给出了最低运行标准。同样，国务院、中央军事委员会分别于2001年7月、2007年11月更新 修改了飞行间隔规定；中国民航总局依据中华人民共和国飞行基本规则结合我 国航空器

29、实际运行情况，于2001年6月制定颁布中国民航空管自动化处理系统低高 度告警及冲突告警功能使用管理规定（暂行）。因此，为加强优化空管自动化系统中短期冲突告警子系统的预告警功能，对飞行冲 突探测的准确性进行研宄提高显得至关重要，也是当前面临的技术难关，飞行冲突的预 防包括飞行冲突探测与冲突解脱两个阶段，准确及时的飞行冲突探测是进行冲突预防的 首要前提。1.1.2研究意义短期冲突告警系统是管制员维护航空器安全有序运行的重要辅助工具，实时有效的 告警信息可以使管制员及时调配可能发生危险接近的航空器，目前短期冲突告警系统为 满足冲突探测的实时性要求及计算机技术的限制，所用冲突探测模型及算法相对简单，

30、因此对于航迹的预测与实际航迹存在较大误差，导致虚警的大量产生。目前国内主流自 动化系统中，短期冲突告警模块因冲突探测模型设计结构及线性外推算法存在的缺点导 致冲突告警功能跟不上流量增加的需求，如哈尔滨机场冲突告警系统，一架航空器的飞 行轨迹预测航迹线与另一架航空器的尾迹相交时，系统将此类判定为飞行冲突，导致产 生很多虚警现象，影响管制员的判断，下一步，哈尔滨机场新进离场飞行程序实施后， 现有的短期冲突告警探测模型设计结构与新飞行程序将更不匹配，系统虚警情况将进一 步增多，增加了管制员的管制工作负荷。为保证哈尔滨机场进近管制区进离场航空器之间的安全飞行，利用有限的空域合理 调配航空器安全间隔，需

31、充分了解航空器之间的具体运行情况，检测冲突问题，使管制 员有充足的时间对存在潜在飞行冲突和现存冲突进行安全冲突解脱，有效的避免飞行冲 突问题。通过对哈尔滨机场进近管制区航空器飞行冲突进行深入研宄，优化冲突探测及 判定模型，改进冲突探测算法及流程，对现有冲突告警系统进行分析和优化，降低虚警， 这也是机场周围航空器汇集区安全运行中的关键性技术，在保证飞行安全和提高管制工 作效率上具有重要研宄意义，对空管自动化系统中短期冲突告警子系统的设计具有参考 意义。1.2国内外研究现状目前，国内外很多的专业人员对航空器飞行冲突探测和告警技术投入了大量的精力开展理论研宄和工程应用，总体看来：依据设计思路和算法特

32、点的不同，可以将飞行冲 突探测分为两类，一类是几何确定型冲突探测算法，另一类概率分析型冲突探测算法。 几何确定型冲突探测算法把航空器的预测航迹作为实际运行航迹进行冲突判定，通过计 算预测的航空器之间的垂直高度差和水平距离并与设定的安全间隔门限值进行对比，来 判定飞行冲突是否存在。该算法实质是利用航空器当前运动状态、矢量速度、三维空间 位置、飞行计划航路、航路点信息和获取的航空气象信息对可能经过的航路进行分段建 模，基于当前可用信息对航空器未来某段时间内的航迹进行预测，然后再计算航空器在 最小接近距离点时，两航空器的垂直距离及水平距离来判定飞行冲突是否存在；另一类 是概率分析型算法，概率分析型算

33、法将影响航空器航迹预测的导航定位误差、机组操作 误差、管制员航迹引导、气象等干扰性因素加入计算，并用冲突发生概率的大小来表示 冲突是否存在。1.2.1国外研究现状国外短期冲突探测在理论研宄及现场应用方面相对我国启动时间较早，航空运输业 发达的欧美等国针对持续增加的空中交通流量改进飞行冲突判定模型和冲突探测算法 来完善自动化系统，并应用到短期飞行冲突告警子系统，不断提高冲突探测实的时性和 准确性。1993年，WimDB3以安全间隔标准为基础为航空器设计椭球体保护区模型，综合 考虑相关安全管制指标建立了飞行冲突严重度等级模型和飞行冲突风险累计模型。2002年，Beasley JE，HowellsH

34、等4利用现代启发式禁忌搜索算法对短期冲突告警 参数进行选择，利用计算机系统对航空器雷达数据进行持续监测和比对，对航空器冲突、 危险接近做出防撞告警，最后建立了禁忌搜索防撞告警模型。2003年，BlomHAP等5_6基于随机过程理论综合考虑各种因素对航迹预测的影响， 建立了航空器飞行冲突风险探测模型，用随机过程航迹误差的高斯分布对航空器的动态 飞行轨迹建模，该模型的设计思路比较符合航空器实际运动规律，为航空器轨迹预测模 型提供新的研宄方法。同年，KlompStraMB7采用动态染色Petri网方法对终端区同时 进行仪表进近的航空器产生的飞行冲突进行冲突风险等级评估，改进了冲突风险评估策 略。20

35、05年，PeterBrooker8重点研宄了空中交通防撞系统（TCAS)与空中交通管制短 期冲突警报（STCA)系统之间的性能和相互作用。通过统计英国Airprox关于飞机进近告警数据，采用相关算法对数据进行分析，得到了进近告警防撞模型，该模型可以很好 的预测航空器的危险接近概率。2007年，Mehadhebi K9综合考虑机组操作误差及航空器性能，通过分析冲突风险 模型及风险等级评定对实际运行导致的飞行冲突风险评估指标进行优化。2012年，Netjasov F1CI从冲突解脱方法及空域规划结构两方面建立冲突探测模型， 通过分析冲突发生概率和冲突发生数量两个安全评估指标对飞行冲突风险进行计算，

36、提 出飞行冲突开始时间、结束时间、冲突严重度的概念，对冲突的风险评估模型进行优化。2014年，Hausswirth，Christophe，Louis，】11此11等11研宄了空中交通管制过程中不 同的导航方式对航空器短期冲突告警的影响，通过引入雷达目标弧和雷达识别精度的概 念，建立了短期飞行冲突告警模型，并基于美国国家空域系统的数据对飞行冲突防撞告 警所涉及的空域结构进行分析，实现了同场航空器最大化。综上所述，国外短期冲突告警在理论研宄及实验方面比较成熟，目前处于验证阶段， 并通过工程应用进行冲突风险评估及冲突告警系统优化，但多集中于冲突风险的评估， 对短期冲突告警系统的全面研宄相对较少，针对

37、短期冲突告警系统具有较大研宄空间。1.2.2国内研究现状2005年，魏光兴，杨昌其12通过改进水平距离计算方法和相对距离计算方法完成 飞行冲突检测，推导了冲突探测算法，优化了冲突检测流程，并提出相应的冲突解脱方 案，量化了冲突检测指标。2009年，王运锋、贺文红等13通过分析航空器当前三维距离和速度矢量的冲突发 生机理，计算两航空器所在位置距离矢量差与速度矢量差内积是否小于零判定航迹对是 否存在潜在冲突，并根据垂直距离和水平距离最小间隔，采用线性外推航迹预测算法对 飞行冲突进行确认，在满足实时性要求的基础上完成短期冲突探测。通过大量的模拟仿 真验证了算法的可行性和准确性，该算法在高密度大流量的

38、航空器运行环境中能高速准 确完成具有潜在飞行冲突航空器对的探测，并解决航空器在告警距离范围离散飞行时系 统不告警的缺陷。2010年，程先峰、龚维强14结合我国航空器管制距离规定和飞行参数限制，依据 航空器当前三维位置对存在潜在飞行冲突的航迹对进行粗选，基于许可飞行高度层保护 数据的应用，深入研宄了短期飞行冲突探测。2011年，徐伟、周欣15在对几何确定型冲突探测算法与冲突判定模型研宄的基础上，设计了航空器机动飞行检测的交互式UKF算法，改进了短期飞行冲突判定模型， 通过分析航空器的预测轨迹，分别讨论了航空器机动飞行冲突探测、冲突航空器对的冲 突解脱方案、存在潜在冲突航迹对的确认机制，综合考虑上

39、述因素改进了 UKF冲突探 测算法，改进的UKF算法能够精确的预测航空器机动飞行航迹，解决几何确定性算法 的冲突误警问题，在冲突探测的实时性要求上提高了冲突预告警的准确性，一定程度上 提高了管制员对预告警信息的利用率。2013年，梁海军16等针对我国空中交流量持续高度增加导致的飞行冲突，利用三 维坐标系设计了飞行冲突探测方法。根据航空器实际运行轨迹的特性基于时间维度对航 路分段建模后计算冲突发生概率，提高系统计算冲突发生概率的速度；算法中考虑了航 向差、最小预测间隔时间、飞行高度层变化对飞行冲突的影响并进行了大量蒙特卡罗仿 真实验，实验分析了轨迹预测误差、精度参数取值对冲突发生概率及虚警的影响

40、，证明 了算法的可行性和准确性，对短期冲突告警有较好的借鉴意义。吴君、张京娟17应用改 进的遗传算法，通过航空器的航向调配和速度调配分析了两架航空器及多架航空器自由 飞行冲突解脱问题，并研宄了多机对头飞行时冲突解脱的飞行方案。李平18通过分析空 域结构结合保护区模型，改进Voronoi图与Delaunay图冲突探测算法和Prandini概率冲 突探测算法并引入不确定性扰动项及其分布规律对预测的航迹对进行冲突检测。2015年，张中广、时宏伟19基于ADS-B的原理和特点提出了飞行冲突探测算法。 基于ADS-B信息的飞行冲突探测算法能够及时发现终端管制区和机场附近具有潜在飞 行冲突的航空器对，为管

41、制员进行冲突调配及飞行员采取避让措施提供充足时间。冲突 探测算法主要包括航空器保护区模型和冲突探测模型。航空器保护区模型为航空器设计 预警保护缓冲区(PAZ)和告警保护缓冲区(CAZ);飞行冲突探测模型，为降低系统搜索计 算量，首先对一定范围内的航空器进行粗选，滤除告警时间内不可能发生冲突的航空器， 然后对存在潜在飞行冲突的航空器从垂直距离和水平距离两方面进行冲突探测并根据 冲突探测结果发出相应的预告警提示。通过大量的蒙托卡罗仿真实验表明基于ADS-B 信息的飞行冲突探测算法具有较好的可行性和准确性，能够及时探测航迹对的飞行冲突， 对保障终端管制区或机场附近航空器安全有序运行具有重要意义。20

42、17年，刘鑫、杨霄鹏等2CI结合ADS-B更新速度快、精度高的优点，以球体保护 区模型取代圆柱体保护区模型对航空器保护区进行建模，然后对目标机周围航空器进初 选，对具有潜在飞行冲突的航迹对进行预测，计算可能发生冲突的航迹对三维空间位置、 航迹交叉点位置，并利用上述信息计算可能冲突航空器到达冲突点时间，并与设定的门限值对比判定飞行冲突是否发生，并对冲突算法进行了大量仿真实验，实验结果表明改 进的冲突探测算法能够准确、及时地发现潜在飞行冲突，并对机组发出冲突预告警，有 效的防止航空器之间的相撞，保护航空器安全飞行。高扬、王向章等21结合终端区进离 场飞行程序、航空器性能数据、运输航空器及通用航空器

43、、加速度等对航迹预测的影响， 建立终端管制区航空器飞行冲突探测模型。通过大量的仿真模拟，预测机场终端管制区 跑道基准点20km范围内的航空器动态飞行轨迹，仿真结果显示，通用航空器飞行高度 限制在1000m以下时，通用航空器在机场周围低空空域飞行与运输航空器之间的飞行冲 突处于可接受安全水平。2018年，韩冬、张学军22针对几何确定型冲突探测算法计算量大及航迹预测误差 大的问题，采用支持向量机(SVM)的二元分类方法将保护航空器和探测范围内其他航空 器航迹进行集中处理，将遗传算法和粒子群算法进行组合改进，优化主要参数，针对低 空高密度的航空器飞行进行高效、准确的飞行冲突探测。大量的仿真数据表明改

44、进后的 GA-PSO混合算法对飞行冲突探测的漏警率和虚警率分别为0.1%和6%，解决了几何确 定型冲突探测算法与概率分析型冲突探测算法不能同时满足时效性和适用性的要求。郝 敬堂、苏志刚23深入研宄概率分析型冲突探测算法建模及计算难点，改进现有冲突判定 模型，利用勒让德(Legendre)多项式递推公式及牛顿迭代法，对任意点数高斯一勒让德 (Gauss-Legendre)积分求解，通过高斯求积公式计算航空器发生飞行冲突概率，仿真模拟 对头飞行冲突、交叉飞行冲突以及机动转弯飞行冲突3种冲突模型，验证改进后的冲突 探测方式的可行性和适用性。仿真模拟结果表明：改进后的冲突探测算法可以准确计算 告警时间

45、内航迹冲突发生概率，高斯积分在一定范围内点数越多，计算精度越高，但计 算速会降低；综合考虑冲突概率精度和计算速度，选择20点高斯积分能够兼顾冲突概 率精度和计算速度。同年，陈子伟24针对连续下降运行航空器（CDO)程序的运行特点， 建立了连续下降运行航空器短期航迹的精确预测模型，以重庆江北机场为研宄对象，利 用Airtop计算平台得到了冲突情况，仿真结果表明，连续下降冲突探测模型具有良好的 预测性和适应性。综上所述，我国在冲突探测方面研宄及应用起步较晚，尽管国内学者在冲突探测模 型及算法方面进行了大量研宄，但由于理论研宄的复杂性及计算机技术的限制，研宄成 果在空管自动系统中应用较少，且多集中在

46、概率分析型冲突探测方面，对确定几何型冲 突探测方法研宄较少。1.2.3课题研究内容本论文主要分为6个章节，具体研宄内容如下：(1) 绪论。主要介绍论文的研宄背景、研宄意义、研宄目的，以及国内外航空器 飞行冲突告警研宄现状。(2) 飞行冲突相关理论及短期冲突告警系统组成。介绍长期、中期、短期飞行冲 突探测的原理，短期冲突告警计算方法，分析了空管自动化短期飞行冲突告警子系统基 本组成结构，详细分析了冲突告警处理系统所包含的模块及典型冲突告警系统，基于哈 尔滨机场实际运行情况，找到合适的改进方法。(3) 哈尔滨机场短期飞行冲突告警分析。该章节分析了哈尔滨机场的机场条件， 结合实际运行情况，分析现有短

47、期冲突告警系统模型及算法存在的缺陷与不足，为模型 的优化与算法的改进提供指导方向。(4) 基于航空器性能的的短期冲突告警模型及算法优化。基于不同类型的冲突判 定模型和传统冲突探测算法，结合哈尔滨机场现有冲突告警系统，构建基于航空器性能 的航迹预测模型，通过精确计算垂直剖面轨迹及水平运行轨迹进行航迹预测，改进了冲 突探测算法，从航迹预测精度、保护区模型和冲突判定流程三个方面对短期冲突告警系 统进行优化。(5) 哈尔滨机场短期飞行冲突告警仿真验证。基于告警处理模型，考虑实际运行 中存在的限制，对运行仿真结果进行分析，减少了预告警的产生，提高了系统预告警信 息的有效性。(6) 总结与展望。总结本文的

48、研宄内容和研宄结论，提出下一阶段的研宄方向。1.2.4文章技术路线本文技术路线和主要研宄流程如下图1.1所示:图U文章技术路线图第二章短期冲突告警相关理论及短期告警系统2.1短期飞行冲突告警概述2.1.1短期冲突告警定义短期冲突告警（ShortTermConflictAlert)英文简写STCA。不同国家或机构对其定 义不同，具体如下：中国民航总局空管安全运行部门对飞行冲突探测基本原理定义为25:如果空管自动 化系统检测到航迹对当前垂直距离间隔及水平距离间隔同时小于设定的安全间隔标准， 则系统认为两架航空器存在飞行冲突，系统应立即向管制员发出警告信息，如果系统检 测到两架航空器当在向前看时间内任何时间点的位置垂直距离间隔及水平距