航路设计

航路设计（共12篇）

航路设计 篇1

随着民航事业的发展, 为了缓解空中航路的紧张趋势, 国家在航路工程中的投入越来越大。

航路工程主要是为航路上的航空器飞行提供有效的空中交通管制服务, 主要由航路导航台、雷达站、甚高频遥控台、管制区自动化系统等构成。航路导航台的主要设备为全向信标/测距仪设备。雷达站分为一次雷达站、二次雷达站、一/二次雷达站。甚高频遥控台的主要设备为多信道VHF共用系统, 通常与航路导航台或雷达站合建在一个台站内, 也可以单独设台建设。

但航路工程中的各台站均有一个共同的特点, 即均远离机场, 也远离城市建成区, 相关公用配套设施比较差。普遍缺乏市政给水水源或处于市政给水水源末端 (接管管径在DN100以内) , 从而在室外消防设计上存在一定的问题。

1 现行相关规范的要求

现行新版《建筑设计防火规范》 (GB50016-2014) 第8.1.1条规定“消防给水和消防设施的设置应根据建筑的用途及其重要性、火灾危险性、火灾特性和环境条件等因素综合确定”。

第8.1.2条规定“民用建筑、厂房、仓库、储罐 (区) 和堆场周围应设置室外消火栓系统”。

室外消火栓系统包括水源、水泵接合器、室外消火栓、供水管网和相应的控制阀门等。室外消火栓是设置在消防给水管网上的供水设施, 也是消防队到场后需要使用的基本消防设施之一, 主要供消防车从管网上取水向建筑室内消防给水系统供水, 也可以经加压后直接连接水带、水枪出水灭火。

但对于航路工程中的各台站而言, 由于普遍缺乏市政给水水源, 在室外消防系统设计上采用室外消火栓系统存在一定的困难, 一般采用设置室外地下消防水池及取水口的方式。室外地下消防水池的补水水源以打井或就近采用小口径市政给水水源补水。

2 当前设计现状

当前室外地下消防水池及取水口的方式主要有以下两种:

(1) 消防水池的入孔兼做取水口, 其特点主要是简单方便, 工程量小, 节约投资。该方式适合台站小区占地面积比较小的情况, 如图1所示。

(2) 设置专门的取水井或取水口, 其特点主要是较简单方便, 工程量不大, 投资也不多。该方式适合台站小区占地面积比较大的情况, 取水井或取水口就近设于消防车回车场地边, 消防水池设于远处绿地下, 如图2所示。

但上述设计方案在实际施工图审查过程中, 遇到不少问题。其中之一, 现行新版《建筑设计防火规范》 (GB50016-2014) 第8.1.2条规定为强制性条文, 消防建审机构提出需要设置室外消火栓, 即需要增设消防泵房。同时新版《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB50974-2014) 第4.3.9条也为强制性条文, 对消防水池的出水管、水位、溢流及排水等做出了硬性规定。

3 改进方案

针对上述问题, 结合航路工程的项目特点, 笔者进行了分析。由于航路工程中的台站小区普遍占地面积比较小, 通常设置在偏僻地区的山头。若采用全地下的消防水池及泵房, 施工难度较大, 同时占用台站面积, 投资也较大;若采用半地下的消防水池及泵房, 又存在小区用地紧张, 影响台站使用等弊端, 同时投资也比较大。

在新版《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB50974-2014) 第5.1.6条及第5.1.9条中, 明确了深井泵在消防上使用要求。综合上述问题, 结合新版消防规范的要求, 笔者利用深井泵对上述方案进行了改进。如图3所示。

即在地下消防水池顶板上安装一套地埋式消防给水设备, 地埋式消防给水设备包括两台干式电机井用消防泵 (一用一备) 和配套控制柜。干式电机井用消防泵主要设备参数为:Q=15L/s, H=40m, P=11k W。

发生火灾时, 通过设于室外消火栓侧的起泵按钮、设备控制柜内机械应急启泵装置或消控室 (值班室) 内控制盘, 直接启动干式电机井用消防泵为消防车加水。消防车亦可通过消防水池的入孔直接吸水, 以保障消防用水。

按照改进方案建成后的效果如图4所示。

4 总结及建议

随着我国经济的发展, 类似的基建项目也越来越多, 采用何种合理可行可靠的消防给水设计方案, 以达到切实保障人员及建筑的消防安全的目的, 这对设计人员提出了更高的要求。

正如现行新版《建筑设计防火规范》 (GB50016-2014) 第8.1.1条规定所述, 消防给水和消防设施的设置应根据建筑的用途及其重要性、火灾危险性、火灾特性和环境条件等因素综合确定, 并不限制应用更好、更有效或更经济合理的其他消防设施。

但在实际设计过程中, 还是建议相关部门, 对规范的条文进行进一步的细化, 以便于设计、消防建审等人员更好的理解规范, 具有可操作性, 从而更好的指导工程实践。

参考文献

[1]GB50016-2014, 建筑设计防火规范[S].

[2]GB50974-2014, 消防给水及消火栓系统技术规范[S].

航路设计 篇2

坦头中学 张 升

教学设计思想

1.社会学科的综合不仅仅局限于学科内的综合，还应进行跨学科的综合。本课内容涉及地理、思政等相关内容，在教学中适当引导学生，完成知识的迁移，拓宽知识面。

2.发挥教师的主导作用，体现学生的主体地位，在教学中采用竞赛法、讨论法、比较法等，鼓励学生积极参与教学活动，培养学生的发散思维，激发学生的学习兴趣。

3.现代教学思想重视先进教学手段的应用，在教学中充分应用多媒体教学手段，增强感染力，使抽象的知识具体化，使深奥的道理形象化，使枯燥的知识趣味化。

教学目标

1．学习新航路开辟的过程，培养不畏艰险、勇于开拓进取的精神。

2．分析新航路开辟的因素和条件，学会从可能性和必要性两方面把握历史现象发生的原因。

3．通过评价哥伦布，培养以历史的眼光、辩证地分析历史问题的能力。4．知道新航路的开辟，一方面使全球联系不断加强，另一方面使欧洲殖民者加紧殖民掠夺。

重点与难点

重点：新航路开辟的过程.难点：评价哥伦布.教学准备 多媒体课件，教学过程（导入新课）

同学们在家看电视吗？寒假的时候有一片电视连续剧《神话》很受欢迎，讲述的是一个现代人时空穿梭到秦朝的故事。同学们看过吗？喜欢吗？

今天我们也来一次时空之旅，探险之旅，好吗？

由于时空车空间有限，坐不下我们全班同学，我们只能分成四个小组，分乘四个班次。分别来到1487年的葡萄牙，1497年的葡萄牙，1492年的西班牙，1519年的西班牙。（分组，选组长）（新课教学）

一、来到了当时的西班牙和葡萄牙后，我们发现人们谈论最多的就是远航，连街上也贴着国王的告示，招募水手参加远航船队。

告示是用当地的文字写的，你们看得懂吗？（不懂）那大家想下，上面大概会写哪些方面的内容呢？

对，在告示上最主要的是要写清为什么要远航，那为什么要远航呢？ 你们能从以下材料中归纳出新航路开辟的原因吗?你还知道哪些原因?（出示材料，学生讨论，在记录卡上记录讨论结果）教师总结：

最主要的原因是：

1、欧洲人对黄金的追求

2、欧洲人对东方贸易的需求

3、传统的航路被阻断

二、我们在那个时代也没有其他的谋生手段，看了告示后我们发现这也是一个很好的工作，于是我们同学就参加了这些船队。船队要出发了，同学们要做怎样的准备呢？必须具备怎样的条件我们才能远航？

出示书本图片。

问：桌上有什么工具？这说明了什么？

桌上有地球仪、航海图、罗盘针（星盘）和与远航有关的图书等，反映当时已具备了远洋航行的技术条件。

还需要那些条件呢？ 学生讨论。

教师总结（出示幻灯片）：造船和航海技术的进步

对地球的了解——对地圆学说的认同

中国和阿拉伯的罗盘针、航海知识与地理知识在欧洲的传播

葡萄牙和西班牙王室的航海支持

航海家的探险精神和超人的意志

……

三、条件具备了，我们可以出航了，同学们跟着不同的航海家，走过了不同的艰险之旅，惊险之旅。请同学们小组合作探究，在记录卡的地图上画上你们的航行旅程，并完成表格。

小组合作探究

小组代表上台依次解说，同时动画演示新航路开辟的路线，四位航海家的图片以及到达地点。

完成表格

同学们感受了航海史上的壮举，遇到困难了吗？我们来看一下哥伦布组的一段历程。（出示录象）

同学们和航海家们一起遇到了哪些困难？

最后结果呢？ 坚持取得胜利，放弃最后失败 体现了航海家什么样的品质？ 坚持不懈、不畏艰险、勇于开拓进去的精神。面对学习生活中的困难，你是停步不前？还是，勇往直前呢？

四、同学们回航后，给当时社会带来了怎样的影响呢？ 出示1420年和1620年欧洲认识的世界范围

提问：它们有什么不同？为什么会有这种不同？说明了什么？

两者的不同：前者认识的世界范围要小得多，后者认识的世界范围大得多，多了美洲、大西洋、太平洋、印度洋等；前者看地球是扁平的，四周是茫茫大海，后者看地球是圆的，陆地、海洋已经联为一个整体。

产生不同的原因：新航路的开辟。

廉航路路通 篇3

廉价航空的简称，指因为取消部分传统服务项目降低成本，而能够长期提供低廉票价的航空公司。除了独立运营的廉航公司（如春秋航空）外，不少大型航空公司旗下也有廉价品牌（如维珍航空旗下的维珍蓝）。

Why？廉航因何而廉？

同样的航程，为什么廉航的票价要低一大截，难道说其他航空公司在赚取暴利或者廉航在赔本赚吆喝？非也。作为被著名商学院列入教材的经营模式，廉航是怎样做到既让乘客享受实惠，自己也能赚到钱的呢？

节省成本這件事，廉航公司可是动了脑子的。用能省则省这句话形容他们再合适不过了。比如机场租赁费的节省，无论是已在国内开通多条航线为大家熟知的亚航，还是在国际上大名鼎鼎的Ryanair都是典型例子。在华北，亚航选择开通天津航线而非北京航线，在华东，它选择杭州而不是上海，最直接的原因就是天津和杭州的机场租金远低于京沪。而Ryanair虽然设在中心城市，却会选择在偏远的小机场起降，那当然也会少支出一大笔费用。此外诸如不用旅行社代理机票、电子售票、电子check-in等等，都是节省开支的大招。再加上不少国家对于廉航公司有相关的补贴政策，廉航在节流方面做得足够出色。

除了省成本，廉航能够提供低价机票的另一秘诀就是，失之东隅收之桑榆，机票里所包含的服务项目较普通航空公司少得多，如果你觉得有些服务是必须的，那就得另付费购买。最常见的例子是机上饮水和餐食。飞短途还可以克服，要是七八个小时的长途还真的顶不住，那就请在订机票的时候付费预订餐食吧。对爱购物的女性来说，出去玩一趟，普通航空公司经济舱20kg的额度都不够用，更何况廉航7～10kg的限制？解决办法仍然是额外掏钱买。虽然林林总总加起来，仍然还算是合理，但至少不会像“0元机票”那么让你占尽便宜。

Where？哪些城市廉航较为发达？

“我在微博上看到，武汉的网友真幸福，搭乘亚航，299元，可以往返曼谷哎！”朋友发来抱怨的信息。像武汉、天津这一类交通较为发达但又不那么抢手的地区性中心城市，就是廉航最喜欢选择的地点之一。而另一种廉航分布较多的，则是具有多个机场的中心城市，廉航可以将起降地选在较为偏远的机场，同样可以达到节省费用的目的。

实用做法：航程接力，占到廉航便宜

不住在廉航开通航线的城市，那也不代表就只能望低价机票叹息。在长途出游时，不妨辛苦点，选择去廉航中心城市中转，飞得越远越赚到。以新加坡航空旗下的廉航品牌虎航为例，它飞澳大利亚是传统的优势航线，总有惊喜价格放出。那么，春节期间去澳洲，完全可以从北京或上海飞到新加坡，再由此转飞澳洲，既能够省钱也能够避免长途飞行的疲倦，要是愿意，还可以来个新加坡一日观光，可谓一举数得。

When？廉航时间段有何讲究？

红眼航班似乎是廉航的代名词，特别是亚洲的廉航公司，在夜间起飞的几率极高。而欧洲和北美的情形则好得多，不过在晨间及晚间起降的班次也是远超普通航空公司。对这个问题的正面思考是：既然享受了超值票价，这些困难也值得克服。至于我们担忧的黄金假期廉航不廉，倒没多大必要。廉航所坚持的低价是它的一贯经营策略，季节性波动没那么明显。而且，作为需要宣传噱头的公司来说，春节、黄金周这种时间段，少少几张低价机票就能够吸引海量点击率和大家的眼球，简直是太划得来了。

实用做法：规划时段，化劣势为优势

在欧洲多个城市旅行，大部分人都依靠极为发达的欧洲高铁网络，但如果擅长规划行程，廉航也可以奇兵建功。欧洲廉航公司密布，提供极为广泛的航线选择，而且时间段上也很灵活。比如从巴黎去罗马，搭乘夜火车，票价超过100欧元，而廉航则可能低至30欧元，飞行时间也缩短为两个小时，只需要早起搭飞机就可以了。当然，在廉航航线的选择上请务必注意机场方位，不然可能会额外多出一笔偏远机场到市中心的交通费。

How？如何订到廉航票？

“我也想订0元往返马来西亚的机票，可是每次登录廉航的官方网站，发现票早就卖完了！”对的，有限的优惠名额，没抢到的总比抢到的多得多，即使并非这种力度特别大的促销，订廉航票也需要眼疾、手快、早准备。

廉航公司不设代理票务机构，最稳妥的购票渠道就是上官网，注册登录后通过信用卡支付买票（也有一些亚洲廉航公司开通了人民币支付通道）。特别是在已经有了大致的旅游计划后，更是要预留出一段订票时间，三五不时地上网刷新下相关资讯，廉航机票的规律是分时段促销，推出时，全世界的精明旅行者都会上来订票，所以当看到促销预报时，务必记下开始的确切时间，第一分钟就开始抢购才能够成功。

实用做法：廉航平台，收藏备用

航路设计 篇4

无人机模拟仿真系统通过模拟无人机动力学特性,构建数字无人机模块、遥控遥测模块、航路规划模块、视景仿真模块,完成无人机从起飞、爬升、盘旋、降落及任务推演的全过程模拟。无人机模拟仿真系统在对飞行特性、任务执行能力进行预演仿真,减少实际试验投入、降低研制风险、缩短研发周期等方面有着重要的意义[1]。

无人机航路规划及视景仿真系统是无人机模拟仿真系统的重要组成部分。其中航路规划是指在特定约束条件下,寻找从初始点到目标点满足某种性能指标最优的运动轨迹[2]。航路规划必须综合考虑无人机的飞行特性,如:最小转弯半径、爬升角、实用升限等;环境因素,如:地形、雷达威胁源、禁飞区、雷雨区、链路覆盖区域、链路干扰等;任务载荷因素:视场角范围、作用距离、重叠率等。航路规划必须首先对各类约束条件进行建模,并给出满足约束的最优航路评价标准,规划必须在三维空间、大范围内进行,对规划算法的效率也是需要考虑的问题[3]。视景仿真系统通过构建无人机的三维运动模型和真实的三维地形特征、禁飞区等威胁环境,可以在虚拟的场景中逼真展示无人机的三维飞行特性、飞行场景、飞行航线和载荷观测特性等[4]。

高效的航路规划算法可以大大提高无人机自主执行任务的效率和安全性。国内外学者在无人飞行器航路规划方面已经做了许多研究,常用航路规划算法主要包括,几何方法、数学规划方法、人工势场法和智能优化方法等[5]。

概率地图法(Probabilistic Roadmap Method,PRM)因几何计算需求小、实现简单,扩展性好而被广泛应用于路径规划问题[6,7]。PRM最初由Overmars等人[8,9]提出,主要用来解决机器人的运动规划问题。

目前PRM在解决无人机航路规划时还存在着一些不足。首先,对无人机航路规划的约束条件考虑不够完善[10,11,12,13],没有充分考虑无人机实际飞行需求,如对通讯链路的要求。其次,无人机规划空间大,PRM在学习阶段将消耗较多时间,限制了PRM在大范围无人机航路规划中的应用。

本文针对无人机航路规划需求,建立了无人机飞行环境的约束模型,将各类约束归类为刚性约束条件和柔性约束条件两类;在传统的PRM算法的基础上,提出了分层概率地图法(Layer Probabilistic Roadmap Method,LPRM)算法,通过对三维空间分层、分区可以大大减少三维空间上的规划时间。

在视景仿真方面也开始出现相应成熟的视景仿真引擎,例如Google Earth、OSGEarth、Vega Prime等[14,15,16,17,18]。近年来在商业环境中视景仿真技术的应用也逐渐广泛起来,尤其是游戏、VR交互等方面。

本文在自主航路规划的基础上,利用Terrain vista和Vega Prime构建了大范围真实三维场景,包含三维地形、地面运动目标、预设航线、雷达威胁等飞行环境信息,设计了无人机三维视景仿真系统,完成系统平台的搭建和仿真,通过无人机的三维飞行仿真验证了本文规划算法的有效性和三维视景的直观性。

1 系统组成及信息流程

无人机航路规划及视景仿真系统由航路规划软件和视景仿真软件两部分组成,与无人机遥控遥测软件和数字无人机软件共同组成无人机模拟仿真系统,如图1所示。数字无人机软件主要模拟无人机的动力学性能、飞控、导航功能,地面遥控遥测软件主要完成对无人机的遥控指令发送和遥测参数显示。

航路规划软件包括三维航迹规划模块和地图导航模块。三维航迹规划模块根据环境信息(如无人机飞行特性、地形、禁飞区和威胁链路等)、载荷信息等构建一条从起始点到任务目标点的最优航线,规划后的航线文件发送给数字无人机软件,完成无人机任务三维航线的模拟;数字无人机软件按照装载的航线文件,完成无人机的飞行模拟,并把仿真的飞行参数(如经纬度、高度、速度和姿态角等信息)发送给视景仿真软件和地图导航模块,供三维视景和数字地图上进行导航显示。其中视景仿真软件分为飞行视景显示模块、机载光电载荷动态视频模拟模块和运动目标仿真模块。飞行视景显示模块在三维视景内对禁飞区、障碍物、复杂气象等渲染,完成三维场景及无人机位姿的实时显示、飞行视角切换等;机载光电载荷动态视频模拟模块主要模拟相机姿态调整、焦距改变和跟踪移动目标等过程;运动目标仿真模块主要驱动三维场景内可移动目标的运动。无人机航路规划及视景仿真系统组成和信息流程如图2所示。

2 系统关键技术实现

无人机航路规划及视景仿真系统涉及到复杂环境模型的建立、三维真实场景的生成、载荷特性模拟等方面,主要难点有以下三个方面:

(1)各种飞行、环境约束条件(如航空管制区、雷达识别区和最大航程等)进行抽象,转化为简单直观的数学模型,无人机航路规划问题就转化为数学上的极值问题。如何构建合适的数学模型是系统地解决这一问题的关键。

(2)本文选用的概率地图法在二维机器人路径规划有成熟的应用,但拓展到三维航路规划有很大难度。对算法改进以适应无人机航路规划要求规划效率和实用性需求,是航路规划的关键点。

(3)Vega Prime虽然是国外较为成熟的三维视景构建引擎,但是本系统需要构建超大真实场景,既要实现飞行仿真,又要进行载荷视角的动态仿真及运动目标仿真,多驱动同步仿真是实现系统的关键点之一。

2.1 系统约束建模及模型的评价标准

无人机任务规划的约束条件多种多样,例如需要考虑无人机的燃油对无人机航程的约束,无人机最小转弯半径的飞行性能约束,还有天气环境对无人机安全性的威胁约束等情况。本文将约束条件分为两类:刚性约束条件和柔性约束条件。刚性约束条件是指绝对不可超越,否则直接威胁无人机系统安全的约束条件;柔性约束条件是指可局部超越,但会导致系统性能降低的约束条件。

2.1.1 刚性约束模型

为保证无人机的飞行安全,无人机需要躲避地形,满足最低飞行高度的限制;无人机需满足航空管制要求,不得跨越禁飞区等情况都是刚性约束的范畴。根据约束特性设计数学模型cr为下式:

上式中航迹段E上航点集合为p={p|p∈E},Ψ为刚性约束的集合,若航迹段在刚性约束范围内,此航迹段威胁代价将无限大。

2.1.2 柔性约束模型

柔性约束条件又分为排斥约束和吸引约束两种。无人机在敌方空域执行任务时不可避免地会进入敌方雷达侦测、高炮威胁范围,需要尽量远离等情况都属于排斥约束模型的范畴;无人机需要随时保持和地面站的联系,确保处在数据链路覆盖范围内则属于吸引约束模型的范畴。相对于刚性约束而言,临近约束边缘的威胁代价不会发生突变。根据约束特性计算柔性约束威胁代价如下式:

上式中航迹段E上航点p距威胁源或链路覆盖中心距离为r(p),I(r(p))为约束模型的计算公式,航迹段威胁代价为单约束代价航迹段积分。

2.1.3 飞行约束的评价标准

无人机航路评价目前没有统一的标准形式。本文将评价函数设为各个约束模型的威胁代价沿航路积分与总航迹距离的加权。航路评价函数形式如下式:

上式中i为航路中第i航迹段,ar、al、as为对应的约束模型的权重因子,f(s)为总航程。依据航路评价函数迭代求解评价最小的航路即为无人机航路的最优解。评价函数不仅形式简单直观,并且对不同约束条件可以设置不同的权重因子,侧重不同的约束类型,可以生成不同侧重点的最优航迹。

2.2 基于LPRM航路规划

概率地图法(Probabilistic Roadmap Method,PRM)因具有模型构建简单,几何计算需求小,扩展性好等特性而被广泛应用于解决二维路径规划问题[6]。然而无人机规划空间从二维平面拓展到立体空间,需要扩展的航迹点集将呈指数型爆炸增长,限制了PRM在大场景无人机航路规划中的应用。针对此问题,本文提出LPRM的方法,应用网格数据结构的限制条件及无人机飞行参数特性,实现了三维大场景条件下航路的快速搜索规划。

LPRM法将规划区域以特定高度间隔dinterval进行分层,高度间隔根据无人机最大爬升/下降角设定;再对单层空间进行特定边长Lgridsize的网格划分,最后再完成分层网格化的构造区域,以等密度进行随机采样航路点。三维规划空间的分层网格化如图3所示。

根据分层网格化产生的随机航路点集和合适的搜索算法,即可得到满足航路评价函数的最优航路。传统基于PRM方法的A*搜索算法在航迹点扩展时需要考虑所有满足最小飞行距离和最大飞行距离的航迹点,而LPRM方法利于网格的邻接关系、最小俯仰角度及最大转弯角度等飞行性能参数约束,快速剔除大部分无效网格区域,最大限度地缩小搜索范围,提高搜索效率。

对于地形为100 km×100 km×20 km的区域进行航线规划,LPRM算法中网格大小为5 km,垂直层间隔为500 m,采样密度为1/km2。

对算法进行统计比较,结果如表1所示。学习阶段边的个数LPRM算法比传统PRM算法减少2个数量级;在查询阶段,LPRM对节点扩展进行剪枝,节点扩展数量减小1个数量级,因此算法耗时大约差3个数量级,因此LPRM算法效率显著提高。

2.3 超大场景真实视景仿真

超大场景真实视景仿真主要包括:超大地形构建、三维模型的建立和程序调度三部分。超大地形构建时利用Terrain vista软件对卫星影像和高程信息进行匹配,并对地形信息(如机场、建筑和海域等)进行编辑;三维模型的建立主要利用Creator建模软件构建无人机、运动目标模型,并标识模型的运动属性;程序调度主要利用Vega prime软件对场景和模型集成为ACF配置文件,利用Vega Prime提供的灵活可控的C语言程序设计接口,将ACF文件嵌入到VS2008编译环境下建立的程序框架当中。通过响应鼠标键盘等设备输入,完成交互控制,同时接收来自无人机地面控制软件发送来的位置姿态相关数据,实现无人机飞行任务仿真。超大场景视景仿真构建图如图4、图5。

本次构建的场景为海南岛临海地区,需要在地形构造时考虑海洋特效,主要包括海浪、船首尾浪花、航迹流和漂浮物等。这些海面效果利用Vega下的Vp Marine模块进行开发。船首尾浪花和航迹流与舰船关联,受舰船的运动状态影响。

视景仿真软件不仅呈现无人机的飞行姿态信息,而且要呈现光学载荷视角的场景以及场景内移动目标的信息。光学载荷视角仿真是通过载荷姿态信息和无人机当前位姿信息,进行相应的场景坐标与载荷坐标系的转换,在载荷视角窗口呈现对应场景。移动目标的仿真采用接收外部位姿数据更新和录制回放更新两种方式,外部位姿数据更新方式和无人机的仿真相同,录制回放更新方式则依靠Recording Play类录制手动操控移动目标在场景内的运动(包括移动目标位姿、特效),在实时仿真阶段通过录制文件的回放控制视景中的移动目标。

视景仿真中的移动目标追踪功能采用碰撞检测技术和外部算法两种场景移动目标追踪方式。在光学载荷模拟视频界面上选取运动目标,通过Isector类进行运动碰撞检测,通过场景坐标与屏幕坐标转换得到目标模型的位置信息,调整载荷视角姿态,实现运动目标的跟踪效果;外部追踪的方式则是采用ABS(Absolute Balance Search)算法,用模板图像和待匹配图像上的搜索窗口间的像素灰度值的差别来判定二者的相关性实现运动目标跟踪效果。

3 系统软件平台设计

3.1 航路规划软件

无人机航路规划软件依托于Map Info环境地图化技术,以控件的方式提供对象联接与嵌入式的开发,支持Windows下绝大多数标准可视化开发环境,将Map Info地图应用功能及基于LPRM规划方法嵌入到MFC框架中。主要实现三方面功能:地图管理、主航路规划及任务区域规划和航迹导航。

(1)地图管理

实现电子地图的加载、漫游、缩放、移动、测距、标记和比例尺等功能。并能直观地显示标记点或者点选位置的经纬度等信息。

(2)主航路规划和任务区域规划

程序中添加航路规划算法和任务区规划策略,根据需求的飞行任务直接选取起始航点、配置障碍威胁环境等,生成规划航路信息。任务区规划是在航路规划基础上,根据任务要求和环境信息进行任务区航路重规划。任务区规划流程包括:①任务区范围比较,确定航路需要重规划区域及关键航点/航向;②删除原任务区航路段,根据载荷、环境、天气等因素确定栅格规划宽度、覆盖范围参数,重规划出栅格式航路;③基于监测覆盖率和最优路径规则给出任务区规划评价。如图6、图7所示。

规划结果分析:基于LPRM的航迹规划算法复杂度较传统PRM法有数量级的下降。通过模拟不同的场景下的LPRM法航迹规划,规划耗时在4 min左右,规划速度满足离线规划要求。

(3)航迹导航

显示目标飞行区域的电子地图,准确标示飞机当前位姿及飞行航迹,为无人机提供导航平台。

3.2 视景仿真软件

视景仿真模拟软件依托于Vega Prime 3d仿真引擎,实现三维场景中实现模型、场景、环境操作等功能,运用Open AL库模拟无人机、飞机等物体的声音。主要实现三方面功能:虚拟环境编辑、视景仿真及机载载荷模拟和移动目标模拟及追踪。

(1)虚拟环境编辑

实现在线环境编辑功能,可以对威胁源进行添加、删除、修改;也可从文件载入威胁源信息、保存环境配置信息;可以接收规划的航路信息,进行航路的显示。如图8所示。

(2)视景仿真及机载载荷模拟

视景仿真实现飞行场景显示及飞行姿态仿真,机载载荷模拟包括载荷视角的场景仿真及载荷姿态仿真;具备遥测参数显示功能,仿真显示的参数包括无人机位置信息、飞行姿态信息、状态信息等,如图9所示。

(3)移动目标模拟及追踪

实现外部数据控制运动模型及手动控制模式下移动目标模拟;实现载荷视角下的ABS算法移动目标追踪仿真。如图10所示。

本文测试计算机配置如下:

CPU:AMD Athlon(tm)X4 760K RAM:2.43GB

Graphics:NVIDIA Ge Force GT740

可以同时显示无人机三维飞行特性和载荷跟踪特性,图像帧连续,三维场景震撼真实,通过键盘快捷键可以调整无人机观测姿态、三维场景的天气变化等。

4 结论

航路设计 篇5

内容主旨：新航路的开辟是在西欧商品经济发展，资本主义萌芽出现的背景下，杰出航海家哥伦布、达∙伽马、麦哲伦进行的贯通东西的远洋航行的成功尝试，它是人类从“区域文明”走向“全球文明”的起点，是资本主义从西欧向全球殖民扩张的开端。

一、教学目标

(一)知识与能力

1、知道哥伦布、达∙伽马、麦哲伦开辟新航路的概况和特征。

2、了解新航路开辟的背景。

3、理解新航路开辟对人类历史发展进程的影响。(二)过程与方法

1、会分析历史资料，并口头表达自己的看法。

2、能把哥伦布等航海家航海探险的基本情况以表格的形式归纳整理。

3、能运用比较等方法，整理归纳新航路开辟前后世界的变化，加深了解新航路开辟对人类文明进程所产生的巨大影响，学会辩证地看待历史问题。

(三)情感态度与价值观

树立历史意识和全球观念，辨证的看待历史问题。

二、教学重点难点

重点：新航路开辟的背景。（从史实联系和认知逻辑上看，只有理解了背景，才可能正确认识过程和影响，并为以后学习资本主义工业文明史做好铺垫）

难点：对新航路开辟做出恰当的评价。（树立历史意识和全球观念，辨证的看待历史问题对初中生来讲有一定难度）

三、教学过程

环节1：呈现2组关于哥伦布的材料，提出思考题：为什么有人说他是恶魔，有人敬他为英雄？引出课题。

设计意图：设疑激趣，导入新课。

环节2：动态地图演示旧商路示意图和哥伦布、达∙伽马、麦哲伦开辟的新航路路线图；指导学生完成新航路开辟基本情况表，并在空白地图上画出新航路路线图。

设计意图：动态演示、新旧对比、表格归纳、实践操练，多途径帮助学生掌握

环节3：呈现若干关于航海过程中遭遇困难的材料，提问：是什么诱惑哥伦布等航海家超越死亡的恐惧？引导学生思考航海家们冒险进行远洋航行的动机。

设计意图：让学生感受航海家们坚毅勇敢、百折不回的精神，引出下目内容。

环节4：师生共同制作哥伦布《个人简历》，引导学生分析相关材料，提炼有效信息，思考新航路开辟的动机；教师根据学生发言，概括补充，在完成哥伦布《个人简历》的同时，总结出新航路开辟的动机。哥伦布、达∙伽马、麦哲伦开辟新航路的概况和特征。设计意图：以点带面，感受重要历史人物的人生经历中蕴含的时代特征；培养学生分析历史资料，并口头表达自己看法的能力；在解读史料的过程中，提升对于不同史料证史价值与功能的认识。

环节5：小组讨论：哥伦布要去远航的话，还需要些什么条件？当时这些条件是否可以得到满足？根据小组代表发言情况，概括提炼新航路开辟的条件。

设计意图：通过小组合作学习，培养学生的合作意识和能力，通过同伴互助，尽量全面、客观的回答问题，培养学生理性全面的历史思维能力。

环节6：出示若干材料，引导学生参考材料、教科书等分析新航路开辟的影响；教师根据学生回答情况，概括提炼新航路开辟的影响。

设计意图：以史料的解读为切口，进一步培养学生“史由证来，证史一致”的史

环节7：提问：哥伦布是恶魔还是英雄？追问：如何评价麦哲伦？

设计意图：前后呼应，帮助学生掌握评价历史人物的基本方法，引导学生树立历史意识和全球观念，辨证的看待历史问题。

环节8：课堂小结：讨论“新航路新在哪里？”教师视情况决定参与程度，引导学生得出资本主义“新世界”(“区域文明”走向“全球文明”)和“新时代”(资本主义从西欧向全球殖民扩张)的到来。

设计意图：在开放性的问题和思考中，小结本课内容，进一步巩固知识点，凸显主旨。学意识；帮助学生理解新航路开辟后，世界文明开始了碰撞与冲突、交流与融合的历史过程。

环节9：课后探究：新航路开辟的15世纪末16世纪初，中国社会的基本特征是怎样的？新航路的开辟给中国带来了什么影响？

设计意图：使学生在情景迁移的前提下，由任务驱动，尝试搜集历史信息和运用历史信息解决问题，并激发爱国情感。

浅谈新航路开辟的影响 篇6

[关键词]新航路联合世界市场

[中图分类号]G633.51[文献标识码]A[文章编号]167460582015）220091

15世纪到16世纪之交，西欧各国梦想探寻通往东方的航路，经过一系列航海探险活动，开辟了通往印度和美洲等世界各地的航路，这些航路，通常被叫做新航路。新航路的开辟绝非历史的偶然，它有着深刻的经济、社会、宗教、思想根源，且主观条件已经具备，在万事俱备的条件下，一批伟大的航海家勇敢地走在了探索新航路的最前列。它既加强了世界各地的联系，又促进了欧洲资本主义的发展，改变了整个世界面貌，创造了有利的条件。作为揭开整体世界历史序幕的新航路开辟，它给人类带来了曙光还是灾难呢？

一、对世界的影响

新航路密切了世界各地之间的联系，是人类文明的交流之路。新航路开辟之前，人类文明尚未超出地域发展，不同地区文明之间交流很少，相互影响小。新航路开辟打破了欧洲与世界其他地区的隔绝状态，加速了人类文明的交流，人类历史由原来孤立走向日益的联合，逐渐形成了一个整体。此后，世界各地区之间，不仅有经济的往来，还有文明的交流。就以中国的四大发明为例，四大发明问世后，逐渐走向了世界，对改造世界发挥了巨大的作用。其中，造纸术经阿拉伯人传入欧洲，廉价的纸张很快就取代了欧洲长期使用的书写材料羊皮和牛皮，促进了欧洲文化的发展。火药传入欧洲，推动了欧洲火药武器的发展，火药把骑士阶层炸得粉碎。指南针的使用，促进了远洋航行，迎来了地理大发现时代，欧洲人还借鉴了中国的印刷术，造出了自己的活字印刷机，大大促进了文艺复兴和宗教改革，促进了思想解放和社会进步。新航路的开辟加强了欧洲同亚洲、美洲及非洲等地的联系，逐渐结束了世界各地相互孤立的状态。各地文明发生接触和碰撞，开始汇合与交融，日益连成一个整体。可见，新航路开辟在促进世界各地长期交流的同时，也敲响了欧洲中世纪的丧钟。

二、对欧洲的影响

新航路开辟以后，欧洲商人开始直接同世界各地建立商业的联系，贸易范围迅速空前扩大，世界市场的雏形开始出现，他们把亚洲的茶叶、丝绸、瓷器、香料，非洲的黄金、象牙，美洲的黄金、白银、玉米、烟草以及欧洲的技术、工艺品等远销世界各地，赚取丰厚利润。欧洲商人的贸易从地区性贸易开始向世界性贸易扩展，贸易范围不断扩大，商品种类日益增多，商业经营方式也发生变化，股份公司、证券交易所纷纷出现，商业地位日益重要，贸易中心也由原来的地中海沿岸转移到大西洋沿岸，引发商业革命，商业革命后来又引发严重的价格革命。由于西欧殖民者从殖民地掠夺的财富源源不断地运到欧洲，使西欧贵重金属价格猛涨，导致金银贬值、物价上涨，依靠固定地租为生的封建地主的地位下降，从事商品生产的资产阶级实力上升。所以，价格革命后，西欧封建制度的解体加速了，资本主义也得到更快发展，从此，他们凭借着日益强大的经济实力，疯狂进行侵略扩张，资本主义世界也进一步扩大。

三、对非洲、美洲、亚洲的中国的影响

从15世纪末开始，西欧各国的殖民者为了夺取殖民地，侵入亚非拉地区，开始在全球范围内进行殖民掠夺的血腥事业，这种殖民掠夺从新航路开辟到17、18世纪，给亚非拉地区带来了无穷的灾难。

（一对非洲：新航路开辟后，非洲大陆受到的影响是巨大的，非洲的本土文化被损毁，尤其是罪恶的奴隶贸易，至少夺走了一亿非洲人的生命。由于人口锐减，用地荒芜，城镇村落成为废墟，非洲经济衰退，生产力停滞不前。

（二对美洲：无论西班牙人、葡萄牙人，还是英国人、荷兰人、法国人，对美洲的影响既有罪恶的一面又有进步的一面。从罪恶一面说，一是屠杀印第安人，二是直接掠夺财富和特产，三是掠夺土地，四是灭绝一部分动物品种，五是传播疾病；从进步一面说，一是开发美洲，二是推广先进生产方式，三是传播先进文化，四是将美洲带入世界。

（三对亚洲的中国：新航路开辟以后，西方殖民者开始侵略中国，既破坏了中国的主权，又给沿海人民带来深重的灾难。西方殖民者的侵略，一方面迫使明清统治者推行“海禁”和闭关锁国政策，直接阻碍了中国与西方国家之间的正常经济文化交流；另一方面又在客观上对中国商品经济发展等起到一定的积极作用。新航路开辟后，西方传教士也来到中国进行传教活动，虽然给中国带来一些西方先进科技知识，但是因为文化冲突和传教士借机干涉中国内政，导致中国政府进一步推行闭关锁国政策。新航路开辟给中国带来了新的农作物，促进了中国农业生产的发展，在一定程度上缓和了中国因人口迅速发展面临的粮食压力，有利于中国社会的稳定和经济的发展。新航路开辟后，西学东渐的思想逐渐传播，在中国明朝时期著名的农学家徐光启的《农政全书》中介绍了欧洲最先进的水利技术和工具。

总之，新航路开辟使世界由地域性走向真正意义上的统一的世界，人类社会终于迎来了近代的曙光。

浅谈新航路开辟的影响 篇7

关键词：新航路,联合,世界市场

15世纪到16世纪之交,西欧各国梦想探寻通往东方的航路,经过一系列航海探险活动,开辟了通往印度和美洲等世界各地的航路,这些航路,通常被叫做新航路。新航路的开辟 绝非历史 的偶然,它有着深 刻的经济、社会、宗教、思想根源,且主观条件已经具备,在万事俱备的条件下,一批伟大的航海家勇敢地走在了探索新航路的最前列。它既加强了世界各地的联系,又促进了欧洲资本主义的发展,改变了整个世界面貌,创造了有利的条件。作为揭开整体世界历史序幕的新航路开辟, 它给人类带来了曙光还是灾难呢?

一、对世界的影响

新航路密切了世界各地之间的联系,是人类文明的交流之路。新航路开辟之前,人类文明尚未超出地域发展,不同地区文明之间交流很少,相互影响小。新航路开辟打破了欧洲与世界其他地区的隔绝状态,加速了人类文明的交流,人类历史由原来孤立走向日益的联合, 逐渐形成了一个整体。此后,世界各地区之间,不仅有经济的往来,还有文明的交流。就以中国的四大发明为例,四大发明问世后,逐渐走向了世界,对改造世界发挥了巨大的作用。其中,造纸术经阿拉伯人传入 欧洲,廉价的纸张很快就取代了欧洲长期使用的书写材料羊皮和牛皮,促进了欧洲文化的发展。火药传入欧 洲,推动了欧洲火药武器的发展,火药把骑士阶层炸得粉碎。指南针的使用,促进了远洋航行,迎来了地理大发现时代, 欧洲人还借鉴了中国的印刷术,造出了自己的活字印刷机,大大促进了文艺复兴和宗教改革,促进了思想解放和社会进步。新航路的开辟加强了欧洲同亚洲、美洲及非洲等地的联 系,逐渐结束 了世界各 地相互孤 立的状态。各地文明发生接触和碰撞,开始汇合与交 融,日益连成一个整体。可见,新航路开辟在促进世界各地长期交流的同时,也敲响了欧洲中世纪的丧钟。

二、对欧洲的影响

新航路开辟以后,欧洲商人开始直接同世界各地建立商业的联系,贸易范围迅速空前扩大,世界市场的雏形开始出现,他们把亚洲的茶叶、丝绸、瓷器、香料,非洲的黄金、象牙,美洲的黄金、白银、玉米、烟草以及欧洲的技术、工艺品等远销世界各地,赚取丰厚利润。欧洲商人的贸易从地区性贸易开始向世界性贸易扩展,贸易范围不断扩大,商品种类日益增多,商业经营方式也发生变化,股份公司、证券交易所纷纷出现,商业地位日益重要,贸易中心也由 原来的地 中海沿岸 转移到大 西洋沿岸,引发商业革命,商业革命后来又引发严重的价格革命。由于西欧殖民者从殖民地掠夺的财富源源不断地运到欧洲,使西欧贵重金属价格猛涨,导致金银贬值、物价上涨,依靠固定地租为生的封建地主的地位下降,从事商品生产的资产阶级实力上升。所以,价格革命 后, 西欧封建制度的 解体加速 了,资本主义 也得到更 快发展,从此,他们凭借着日益强大的经济实力,疯狂进行侵略扩张,资本主义世界也进一步扩大。

三、对非洲、美洲、亚洲的中国的影响

从15世纪末开始,西欧各国的殖民者为了夺取殖民地,侵入亚非拉地区,开始在全球范围内进行殖民掠夺的血腥事业,这种殖民掠夺从新航路开辟到17、18世纪,给亚非拉地区带来了无穷的灾难。

(一)对非洲:新航路开辟后,非洲大陆受到 的影响是巨大的,非洲的本土文化被损毁,尤其是罪恶的奴隶贸易,至少夺走了一亿非洲人的生命。由于人口 锐减, 用地荒芜,城镇村落成为废墟,非洲经济衰退,生产力停滞不前。

(二)对美洲:无论西班 牙人、葡萄牙人,还是英国 人、荷兰人、法国人,对美洲的影响既有罪恶的一面又有进步的一面。从罪恶一面说,一是屠杀印第安 人,二是直接掠夺财富和特产,三是掠夺土地,四是灭绝一部分动物品种,五是传播 疾病;从进步一 面说,一是开发 美洲,二是推广先进生产方式,三是传播先进文化,四是将美洲带入世界。

(三)对亚洲的中国:新航路开辟以后,西方殖民 者开始侵略中国,既破坏了中国的主权,又给沿海人民带来深重的灾难。西方殖民者的侵略,一方面迫使明清统治者推行“海禁”和闭关锁国政策,直接阻碍了中国与西方国家之间的正常经济文化交流;另一方面又在客观上对中国商品经济发展等起到一定的积极作用。新航路开辟后,西方传教士也来到中国进行传教活动,虽然给中国带来一些西方先进科技知识,但是因为文化冲突和传教士借机干涉中国内政,导致中国政府进一步推行闭关锁国政策。新航路开辟给中国带来了新的农作物,促进了中国农业生产的发展,在一定程度上缓和了中国因人口迅速发展面临的粮食压力,有利于中国社会的稳定和经济的发展。新航路开辟后,西学东渐的思想逐渐传播,在中国明朝时期著名的农学家徐光启的《农政全书》 中介绍了欧洲最先进的水利技术和工具。

基于时间的交叉航路冲突解脱研究 篇8

近年来,随着我国航空运输业务的快速发展,在相对有限的空域资源下,众多的航路在连接各个城市和重要的航路节点时,势必出现航路交汇并造成航迹交叉,这种结构导致两航路上运行的航空器间的距离在接近交叉点的时候逐渐减小。当交通量比较大时,相比其他航路构型,航空器之间的相互影响比较严重。所以航路交叉点在微观运行层面成为制约空中交通运行的瓶颈。管制员通过预判潜在的冲突,从而发出指令使航空器改变飞行高度、飞行速度和飞行航向来使航空器避免飞行冲突。但是在飞行流量急剧增长的今天,仅靠管制员的预判来解决飞行冲突将不能很好地保证飞行安全。为了保障大流量下的空中交通运行安全,有必要对航空器间冲突预测及解脱进行理论研究,提出安全、可靠且有效的算法,从而为管制员设计并提供辅助决策软件建立基础和前提条件。

对于冲突解脱的研究,到目前为止国内外学者取得了一定的成果。国外方面,Tomlin等[1]应用非合作博弈理论,得出最优控制规则,并采用预先设定冲突解决策略来解决问题;Ronojoy[2]采用电势能法研究冲突解脱方案,该方法难以实时计算,且得出的冲突解脱方案非总是最优;Husni等[3]将基于时间冲突解决算法应用于下降过程中的冲突解脱,该方法将下降运动投影到平面解决,但实际情况只有侧向和垂直方向均低于最低间隔要求时才发生冲突。国内方面,杨尚文、郭茜、吴君等[4,5,6]将免疫遗传等智能算法应用于冲突解脱;赵嶷飞等[7]采用影子调速法,确认最迟调配时间。上述方法从理论上能够对冲突调配给予线下(非现场、长时间,需要一定的理论基础)指导,但是不能直观地从时间上实时给予管制员信息反馈,并且上述方法对于在具体时刻可供调配的具体方案上没有进行深入的探讨。

本文以交叉航路为研究对象,分析相同高度层航空器随时间变化轨迹。由运动学方程确定其中一架航空器保护区穿越另外一架航空器轨迹的时间范围,分析两架航空器是否会同时处于保护区内,来判断飞行冲突、预测调配方案。最后选取中国民航大学空中交通管理学院国家级教学实验中心的雷达模拟机仿真平台数据,以模拟的东方区域01扇区A1和B1航路的航空器进行仿真,输出预测的飞行冲突及不同调配时刻可选择的调配方案和最迟调配时刻。

1 基于时间的冲突解脱

1.1 问题简化

对存在潜在冲突的两架航空器,假定:

(1)航空器模拟成一个代表有大小和方向矢量的运动质点[8];

(2)设航空器在交叉航路沿航线匀速飞行,不考虑任何偏差[9];

(3)飞行过程中不考虑沿航迹误差、垂直航迹误差及风向、风速等随机影响;

(4)本文通过航空器调速来解脱冲突。航空器调速过程瞬间完成,且只改变速度大小,不改变飞行航向。

1.2 基于时间的冲突预测

冲突预测是根据地面监视设备对航空器在空域中的位置和速度信息进行计算,判断航空器是否会与其他航空器相撞或小于最小间隔标准[10]。它的判断基础是将两架航空器看作质点,以其中一架航空器为圆心且以最小雷达间隔标准(10公里)为半径、上下各300米的圆柱为该航空器的保护区,从另外一架航空器进入此保护区时刻起,两机开始发生冲突。本文以处于相同高度层、交叉航路飞行的两航空器为研究对象,计算两机开始发生冲突的时刻及冲突持续的时长。

由于在实际管制运行工作中,航空器的运动轨迹在雷达屏幕上显示为水平方向的二维信息,为了服从人们的习惯及分析方便,将两架航空器轨迹投影到水平的x-y平面内,如图1所示。在航空器A轨迹投影的直线上定义一个参考点(x0,y0),变量L为航空器A位置点到参考点距离。航空器B的保护区在x-y平面上的投影为圆p,圆心为航空器B位置点(xint(t),yint(t)),半径为最小水平间隔标准(R=10 km)。两架航空器在x-y平面内通过保持此间隔标准R来解脱冲突。

在x-y平面中,以L直线作为x轴,参考点(x0,y0)作为原点。图2展示了航空器B的保护区p在预计未来的时间t内横穿直线L(L为航空器A的运动轨迹在平面x-y内的投影,同轴于x)的情形。若航空器A处于航空器B的保护区内,即两架航空器发生冲突。为了避免这种情况发生,航空器A必须提前时间△t改变速度,避免出现在航空器B的保护区内。

航空器B在x-y平面上从初始位置(xint(t0),yint(t0))开始,以恒定地速vg,int,与航空器A保持航向夹角为θ的运动,航空器B在x-y平面内的投影点(xint(t),yint(t))沿着其运动轨迹在x-y平面内的投影移动,在确定的一段时间内,其p保护区穿越直线L。保护区p在tmin时间第一次与直线L相交,此时航空器B位于点(xint(tmin),yint(tmin))。保护区p在时间tmax最后一次与直线L相交,此时航空器B在点(xint(tmax),yint(tmax))。在这段时间内的任一时刻,保护区p与直线L交于两点(x1,y1)和(x2,y2),分别与参考点(x0,y0)距离L1和L2。线段L1L2即为航空器B保护区在直线L上的长度范围。在时间tc时,航空器B位于直线L上,线段L1L2长度最大为2R。根据以上条件可得[3]:

m和b是直线L的斜率和与y轴截距,航空器A在x-y平面内沿着L线运动,从t0开始计时。

在任何时间t,L1和L2可表示为:

如图所示,在时间为tc、航空器位于直线L上时,x0,y0,y1和y2均为0。即方程(5)和(6)中L1=x1中和L2=x2。

将方程(1),(3)和(4)带入方程(2),即可变换方程(5)和(6)为:

方程(7)和(8)描述了t-L中如图3所示的潜在冲突区域C。保护区p第一次和最后一次穿越直线L的时间tmin和tmax可由方程(7)和(8)计算出来,即方程(9)和(10)。

如图3所示,在L1(t)<L(t)<L2(t)和tmin<t<tmax中的点(L,t)的集合即为潜在冲突区域C,航空器A应该避免同时位于此区域内,即与航空器B保持最小水平间隔R。将航空器A的运动轨迹叠加在t-L上,在377.5 s—541.6 s航空器A处于航空器B保护区线段L1L2中时,航空器A处于航空器B保护区内,两架航空器距离小于最小间隔标准R,两架航空器发生冲突,即基于时间预测了两架航空器的冲突开始、结束时刻及持续时段。

1.3 冲突解脱模型

若要解脱预测到的航空器A,B之间的冲突,需要根据t-L内直线L与C不相交,得到相应调整时间和速度,通过改变航空器A在冲突发生前tc时刻的速度,把航空器A的运动轨迹控制在潜在冲突区域外,以此来避免进入航空器B的保护区内。当航空器A的轨迹处在图4潜在冲突区域边界的上方时,意味着需要航空器A沿着直线L减小速度,在更晚的时间到达预计位置。当航空器A的轨迹在冲突区域的下方时,意味着需要航空器A沿着L增大速度,在更早的时间到达预计位置。如图4所示,航空器A的运动轨迹与冲突区域边界上下切点即为理论计算以可用减速范围的最大速度飞行轨迹与预计冲突区域的切点或者以可用增速范围最小速度飞行轨迹与预计冲突区域的切点。

航空器A采取避让行动的直线L和潜在冲突区域C共同组成冲突解决的几何模型,两者的切点是可以通过数值计算得到的。航空器A在t-L上轨迹曲线为q=f(L,t),q是时间轴截距,上切点或者下切点是下面解决方案要优化的问题:

最大和最小限度的f(L,t)①

受约束的(L,t)∈C的边界②

这个问题可以通过拉格朗日乘子法解决[11]。拉格朗日乘子法对于线性模型解决正切点问题是切实有效的。约束②是L=L1或L=L2。L1和L2在方程(7)和方程(8)中已经给出。切点坐标中,tmin<t<tmax,其中tmin和tmax在方程(9)和方程(10)中给出。如果航空器减小速度,对于航空器A的轨迹线性模型t=p L+q和L=L1,由拉格朗日乘子法L0得:

分别对L,t和λ求偏导,且使偏导等于0,即为t=p L+q与L=L1相切,此时求得的切点为:

其中

将方程(12)带入方程(7)中即可求得Ltan,up。即求得正切点坐标(Ltan,up,ttan,up)。使方程(8)代替方程(7)作为方程(11)的约束,用变量L2替代变量L1,也可同样求出Ltan,down。

将方程(16)中计算的数值带入方程(8)即可求得(Ltan,down,ttan,down)。

航空器A在飞行至(Lr,tr)时开始调速,使得调速后两航空器在t时刻满足最小间隔标准。vr为航空器A调速后的速度,选定某一机型后,航空器飞行速度的上下界随之确定,调速后需满足:vmin≤vr≤vmax。当航空器减速来解脱冲突时,则vmin≤vr≤vtan,up≤vmax,当航空器加速来解脱冲突时,则vmin≤vtan,down≤vr≤vmax。由方程(12),(14),(7),(8)得。

综上,得出基于时间的冲突调速模型:

图5所示为解脱冲突时,航空器A调整到可用减速范围的最大速度和可用增速范围最小速度后的直线图。由上面讨论可知,在初速度已知且航空器自身有速度限制的情况下,存在最晚冲突解脱调配时刻。最晚时刻对应的调节目标速度为光洁速度或者最大巡航速度,并且在该速度下,航空器A和航空器B在某一时刻会处于最小间隔限制临界状态。即

2 算例分析

本文基于时间研究冲突预测及解脱方案,并且计算最迟调速时刻,方案在理论上是合理的,推理与运算是严谨的。为保证本文研究结论在真实运行环境中的有效性,以中国民航大学空中交通管理学院国家级教学实验中心的雷达模拟机为平台,选取模拟机某一次教学实验中东方区域01扇区A1和B1航路上飞向ALF台的两个航班数据为仿真对象,通过数据获取两航班初始位置点坐标、航向和飞行速度。采用Mat⁃lab对预测及解脱模型进行仿真实验,解脱模型中对一机调速,确定可调配速度及最迟调配时刻,检验解脱模型给出的方案是否成功对两架航空器间冲突进行预测及解脱。

如图6所示,ECH-ALF为A1航路的一航段,GOL-ALF为B1航路的一航段。航空器A为A1航路上一航班,航空器B为B1航路上另一航班。设LAT⁃IN在水平面的投影为坐标原点,航空器A到达LATIN台的时刻设为时刻0,并且将ECH,JUL,GOL,LATIN和ALF的经纬度转化为X,Y坐标。可得航空器A所处空间位置的水平投影为(x0,y0)点,航空器B所处空间位置的水平投影为(xint(t0),yint(t0))点。使用Matlab进行仿真实验,预测两航空器冲突开始时刻、冲突持续时间和不同时刻可选择的调速解脱方案,实验的基本条件是两机距离满足10公里的最小间隔标准。

设GOL-ALF之间的一架航空器为航空器A,通过模拟机测得的数据,其速度VA为594 km/h,航向178°,飞行高度为10 100 m,初始位置的经纬度E116°39'47"N39°50'45"。ECH-ALF之间的一架航空器为航空器B为,同样可得速度VB为669 km/h,航向117°,飞行高度为10 100 m,初始位置的经纬度为E115°47'57"N39°40'59"。机型均为B737-300,尾流分类为中型机,最小光洁速度为389 km/h,最大巡航速度为884 km/h。

当航空器A到达原点(0,0)时,航空器B位置点为(20 766.871 2,-70 287.6 712)。根据前面的预测模型,利用Matlab进行仿真,输出图7,可知在t=391 s时两机间相对距离等于最小间隔要求10公里,两架航空器将开始发生冲突。在t=443 s时两机间相对距离等于最小间隔10公里,两架航空器结束冲突。预测冲突过程持续52 s。

同时得出,如果在一开始就对航空器B进行调速的话,可用减速范围的最大速度为434 km/h,可用增速范围最小速度为604 km/h。也就是说通过调速解脱冲突要使目标速度值处于(389 km/h,434 km/h)或者(604 km/h,884 km/h)时才可以解脱冲突。通过使用解脱模型及Matlab仿真,可以输出图8,如果是减速解脱,最迟调速时刻为57 s时,此时只可以选择最小光洁速度389 km/h进行减速。如果是增速解脱,最迟调速时刻为369 s时,此时只可选择最大巡航速度884 604 km/h进行增速。由此可得,基于时间预测冲突后,如果通过减速来解脱冲突,需要管制员及时向飞行员发布调速指令;如果通过增速来解脱冲突,有更多的可操纵时间,管制员可以合理安排时间向飞行员发布调速指令。

3 研究结论

本文研究基于时间的交叉航路调速冲突解脱模型,计算冲突时间区域,并且在考虑了航空器自身速度限制的情况下确定调配速度。通过时间的调配可以更直观地反映出预计冲突情景。通过实例仿真,验证模型对航空器的冲突识别及解脱是切实可行的,并且可以直观地输出增速或者减速解脱最迟时间点,进一步减少管制员指令发布前的预判时间,及时处理潜在危险。但是在本文的分析过程中,没有考虑航空器沿航迹误差及一些随机因素和航空器改变速度所需时间,所以与实际运行情况有一定偏差。

摘要：文章针对在相同高度层、交叉飞行的两架航空器,应用运动学知识建立航空器运动轨迹随时间变化的方程,并且以一架航空器保护区穿越另外一架航空器轨迹的时刻为对象,通过计算两航空器间距离小于最小间隔的时段来预测飞行冲突。根据自身速度限制和航路结构限制给出不同时刻航空器可调速范围,并且确定最迟调速时刻。通过中国民航大学空中交通管理学院国家级教学实验中心的雷达模拟机的仿真平台采集数据,进行仿真计算,输出预测冲突时段、可调配速度范围及最晚调速时刻。结果表明,基于时间的预测和解脱模型在此设定的条件下有效可行,可以为冲突解脱这类问题提供一种解决方法。

关键词：航空运输,空中交通管制,交叉航路,冲突解脱,调配时机

参考文献

[1]TOMLIN C,PAPPAS G,SASTRY S.Conflict resolu-tion for air traffic management:A study in multi-agenthybrid systems[J].IEEE Transactions on AutomaticControl,1998(4):509-521.

[2]RONOJOY G,CLAIRE T.Maneuver design for mul-tiple aircraft resolution proceeding of the American con-trol[C].Conference Chicago,Illionis,2000(2):672-676.

[3]HUSNI R,ROBERT A.Time-based conflict resolution algorithm and application to descent conflicts[C].AIAA Guidance,Navigation,and Control Conferenceand Exhibit,2003(8):11-14.

[4]杨尚文,戴福青.基于一种免疫遗传算法的自由飞行冲突解脱[J].航空计算技术,2007(1):41-43.

[5]郭茜,聂润兔,王超.蚁群算法在解决空中交通飞行冲突中的应用[J].交通运输工程与信息学报,2009(2):116-119.

[6]吴君,张京娟.采用遗传算法的多机自由飞行冲突解脱策略[J].智能系统学报,2013(1):1-5.

[7]赵嶷飞,陈琳,王红勇.基于调速法交叉航路冲突调配时机分析[J].交通运输系统工程与信息,2014(1):95-101.

[8]徐肖豪,李冬宾,李雄.飞行间隔安全评估研究[J].航空学报,2008(6):1411-1417.

[9]赵洪元.两条交叉航线上飞机发生危险冲突次数模型的研究[J].系统工程与电子技术,1998(5):6-9.

[10]刘星,韩松臣.用于自由飞行冲突探测的Delau-nay方法[J].数据采集与处理,2002(4):446-449.

谈马可·波罗与新航路的开辟 篇9

一、马可·波罗对地理大发现代表人物的影响

中世纪最受推崇的是古希腊天文学家和地理学家托勒密的理论, 他认为只有取道陆路才能到达中国。[1]而马可·波罗通过访问和考察在他的游记中记录到:“亚洲大陆的东部并不是不可逾越的沼泽, 相反, 他的东部是绵延的海岸线, 可以乘船到达。”[2]这一观点的提出, 实际上就从地理学的角度初步揭示了新航路开辟的可能性。西欧的有识之士通过《游记》中的记载绘成了东亚地区的海岸线地图;地理学家们也绘制出一幅当时的世界地图, 更为重要的是, 地图上的各个地理位置是相对准确的。从地图上得到一个重要的启示:乘船取道海路绕过非洲就可以到达亚洲。依托《游记》, 纽伦堡地理学家马丁·贝海姆制作出世界上第一个地球仪;佛罗伦萨地理学家托斯堪内里提出了西行到东方的具体设想;最终, 哥伦布完成了伟大的地理大发现。克里斯托弗·哥伦布在远航之前曾认真地查阅过许多著作, 例如托勒密的《地理学》和马可·波罗的《马可·波罗游记》。他经常翻阅这些书, 尤其是《马可·波罗游记》, 并在书上做了许多批注。他根据前人的伟大发现, 最终绘制出一张新的西行航海图, 并最终下定决心向西航行。

除了托勒密的理论之外, 中世纪的欧洲还盛行这样一种说法:赤道附近的群岛热得不能居住, 人和船都无法越过赤道地区。波罗则在《游记》中明确记载到, 赤道附近的一些群岛是有人居住的, 是可以越过的。波罗的说法对传统是个挑战, 但也对地理大发现前夕的航海家们大胆远航、跨越赤道起到了思想解放作用。哥伦布根据波罗《游记》的说明, 进行了实地考察, 表明赤道附近地区有强烈的阳光直射, 但人们不居住在阳光直射的地区, 这里的人群和它地无异。[3]

二、马可·波罗初步解释了开辟新航路的可能性

在《游记》中, 马可·波罗夸张地描述了东方无尽的财富、大量的奇闻趣事、风土人情和丰富的物产资源, 这激起西方探险家去开辟新航路, 从而构成导致地理大发现的一个重要因素。十五世纪七八十年代正是地理大发现的酝酿和发展时期, 西欧的航海家、地理学家、冒险家和君王贵族正是抱着获取东方财富的目的去支持或进行远航探险的。波罗曾在《游记》中记载:“Zipangu (即日本) 盛产黄金、珍珠、宝石, 人们用黄金覆盖寺院和皇宫的屋顶, 就像我们用铅覆盖屋顶一样。在皇宫的许多房间内, 有很厚的纯金小桌;窗户上也有黄金饰品。宫殿的富丽程度无法用语言来表达。”[4]哥伦布在远航途中也随身都带着这本《游记》, 哥伦布最关注的是东方的地理位置和丰富物产, 特别是黄金、香料和药材。哥伦布曾经露骨地表示“黄金真是一个令人惊叹的东西, 谁有了它, 谁就能支配他所需要的一切;有了黄金, 能把灵魂送入天堂。黄金是一切商品中最宝贵的, 黄金是财富。”[5]正是在这种追求黄金的强烈欲望的驱使下, 哥伦布等人才急于到东方来。

正是在这样的历史背景下, 1492年哥伦布率领船队开始向西航行。航行了一段时间后, 哥伦布到了Espanlo。在这里, 他看到了波罗在《游记》中记载过的赤身裸体行走的居民;在Indians Anam, 他也看到了长着尾巴的人。对于波罗在《游记》中记载过的食人族, 哥伦布也亲自观察过并最终认定没有食人族。

因此, 可以说《马可·波罗游记》对新航路的开辟和美洲大陆的被“发现”起了巨大的促进作用。因为它激起了哥伦布等航海家和冒险家东航的决心和勇气。这是《马可·波罗游记》所产生的精神力量的直接结果, 是马可波罗对世界历史发展的一大突出贡献。

综上所述, 克里斯托弗·哥伦布——新航路的开辟的先驱者, 打破了束缚着欧洲人的传统观念, 是世界日益成为一个整体, 迎来了文明社会的新时期。哥伦布的勇于开拓冒险的精神, 激发了更多人的航海热情, 使一大批未知的海域陆续被人们发现。他的功绩是历史上任何探险家都无法比拟的。马可波罗通过《游记》把亲身经历过的东方文化传递到了欧洲, 大大开阔了欧洲人的眼界, 极大地促进了东西方文化的交流。从这个意义上来说, 马可波罗不愧是中世界最伟大的旅行家、中世纪的希罗多德, 更是东西文化交流的友好使者。

摘要：15世纪的欧洲正在走出中世纪的桎梏, 航海探险活动蓬勃发展着。勇于探索的航海家们为区域间的联系作出了突出的贡献, 克里斯托弗?哥伦布就是其中的先驱者。而《马可?波罗游记》在欧洲的广泛流传, 为其航海探索活动提供了充分地理论依据。

关键词：克里斯托弗?哥伦布,新航路的开辟,《马可?波罗游记》

参考文献

[1]张箭.马可·波罗与地理大发现[J].1994, (4) .

[2]尤尔译注, 科迪埃.马可·波罗游记 (第二卷) [M].伦敦, 1926年.

[3]巴克利.伟大的地理发现时代[M].伦敦, 1956年.

[4]Manuel Komroff, The Travels of Marco Polo[M].1953年, 259-260页.

航路校验系统在飞行计划中的应用 篇10

改革开放以来, 随着国民经济的快速发展, 我国航空运输业平均以每年近15%的速度迅猛发展。2012年, 在世界经济不景气的情况下, 我国民航运输总周转量依然保持平稳增长, 达到610.32亿吨公里 (不包括香港、澳门特别行政区以及台湾省) 。但是随着航班量的飞速增长, 我国空域、航线使用造成的流量问题以及军事活动、特殊天气等原因造成的流量问题日益突出, 特别是北京、上海、广州等东部地区繁忙的航路及相关的机场流量问题更加突出。2012年, 航空公司计划航班250.2万班次, 其中正常航班187.2万班次, 不正常航班63.0万班次, 经济损失超过68亿元, 在所有不正常航班之中, 受空中交通流量控制影响的航班所占比例是2010年为27.6%, 2011年为27.5%, 2012年为25%。流量控制成为航班延误的主要原因之一, 广大旅客和航空公司对此反应强烈, 民航局出台相关的航班延误整治方案;繁忙地区的管制员普遍感觉压力过大, 不堪重负。

鉴于以上情况, 解决空中交通流量问题, 减少航班延误已成为当务之急。从欧美航空发达国家的经验来看, 建立空中交通流量管理系统是解决航班延误问题的有效方法之一, 在国内各方已经达成广泛共识。各地空管局纷纷借鉴了欧美航空发达国家的流量管理方面的研究成果和实施经验, 开展了协同决策机制 (CDM) 系统的建设, 在此之下华东智能航路校验系统孕育而生。华东智能航路校验系统是协同决策机制 (CDM) 系统的一部分, 航路校验系统主要功能是对航班飞行计划正确性进行自动校验, 解决传统的人工校验中不能及时地纠正错误航班飞行计划, 造成航空安全隐患。尤其是在2012年11月15日, 新版的飞行动态固定电报格式实施以后, 航空公司提交的飞行计划错误率增加, 使得人工处理电报的难度加大, 工作量增加, 错误的机率也随之增加。管制员在指挥调配飞机时由于飞行计划的错误未能及时调配飞机动态, 造成航班在执行过程中飞错航路, 给飞行安全带来极大的挑战。

为了保障飞行计划的准确性, 减少由飞行计划错误带来的航空安全隐患, 从欧美等航空发达国家的经验来看, 建立飞行计划自动处理校验系统是解决保障飞行计划准确性的有效方法之一。欧洲CFMU (Central Flow Management Unit) 中央流量管理单元中的集成初始飞行计划处理系统IFPS (Integrated Initial Flight Plan Processing System) 模块实现了对飞行计划的自动校验功能。华东目前也开发使用了飞行计划校验系统。本文简要介绍了华东使用的智能航路校验系统, 凸显新的航空运输发展形势下飞行计划智能校验系统建设的重要性。

1 航路校验系统简介

目前华东地区在积极使用自己研发的航路校验工具, 这个系统一定程度上减轻了管制员的工作压力, 提高了管制员的工作效率, 改变了传统的人工校验飞行计划的模式。本文简要介绍了航路校验工具。

1.1 航路校验系统模块构成

航路校验系统主要是配合“飞行动态信息综合处理系统”, 对拍发的领航计划报 (FPL) 和收到的领航计划报 (FPL) 的航路进行校验, 防止由于FPL的错误造成航空器飞错航路, 为流量管理系统提供准确的航路信息。航路校验工具主要由当前基础数据维护、收报校验、班机航线展示、待生效数据维护、航线导入五个功能模块构成。

当前基础数据维护:当前使用的基础数据库, 包括航路点、航路、班机航线走向等信息, 该数据作为FPL校验时的标准数据, 由系统管理员进行维护更新。

收报校验:校验“飞行动态信息综合处理系统”中的航班的飞行计划与预计航路比对并进行部分的处理工作。

班机航线展示、待生效数据维护、航线导入等模块是对基础数据的补充, 包含执行航班计划需要使用的标准航路信息, 为智能航路校验系统在收到FPL电报, 收报校验模块正确比对航班计划提供了基础数据。

1.2 收报校验模块介绍

航路校验系统的核心在领航计划报的航路与计划航路一致性的校核, 本节重点介绍系统中的收报校验模块。

图1所示, 是收报校验模块的界面, 图中左侧是地图界面, 主要包含上海情报区的范围 (图中的灰色部分) , 图上标画了航路走向、重要的航路点、机场、情报区的范围。右侧是错误原因提示框, 包括错误原因、FPL的航路、标准航路、G18、错报查询模块。其中错误原因:提示FPL电报的错误原因。G18:点击可查看FPL第18编组信息。错报查询模块航路校验系统收报校验模块主要是对上海情报区范围内的航路进行比对, 对不满足正常航路走向的飞行计划有告警提示, 能及时发现飞行计划的错误。

2 航路校验系统在实际中应用

2.1 进港航班的FPL电报处理

航路校验系统接收进港航班的FPL电报, 在系统收到进港航班的FPL时, 系统会通过基础数据库中设定的内容对FPL进行校验, 对进港航班FPL主要是进行航路的校验和FPL是否符合基于性能导航 (PBN) 设备的填写规范的校验, 基础数据库中预先设定的班机航线的走向与进港航班飞行计划航路比对, 对于符合班机航线和PBN填写规范的FPL系统识别正确, 自动进入“飞行动态信息综合处理系统”;对于不符合班机航线和PBN填写规范的FPL, 系统识别错误, 会在错误原因提示框中显示错误的具体原因和航班的飞行计划, 管制员需要进行人工处理, 实现航班飞行计划的更正。

2.2 出港航班的FPL电报处理

航路校验系统接收出港航班的FPL电报, 系统在收到航空公司运营人提交的航班FPL之前, 首先航班FPL会进入“飞行动态信息综合处理系统”, 通过系统发送航班飞行计划的界面, 飞行计划会在后台自动转入到航路校验系统中, 对航班的飞行计划进行航路校验和飞行计划的格式是否满足《民用航空飞行动态电报格式》的规定。对符合规范的FPL, 系统发报界面提示正确, 管制员可以发送航班计划;对不符合规范的飞行计划, 系统的发送界面提示错误原因, 管制员需要终止航班飞行计划的发送, 对航班飞行计划进行更正后才能发送。如果因为管制员的疏忽错误发送航班的飞行计划, 在航路校验系统中会显示此航班的飞行计划, 管制员可在航路校验系统对航班飞行计划进行处理, 完成飞行计划的更正。

2.3 航路校验系统实例

本文以2013年6月23日航班CES5152航班为例, 起飞机场ZBSJ, 落地机场ZSPD, 航班的FPL电报航路为:SJW...DALIM A593EKIMU。标准航路为:SJW..DALIM A593 PIX A470 DALNU W166 ZJ W167 VMB A593 EKIMU。如图2所示, 航路校验系统在收到CES5152航班的FPL时, 系统会对CES5152航班FPL中的航路描述与系统基础数据库中标准航路的每一个航路点、航路比对, 发现FPL中的A593之后的航路点与标准航路不相符, 在图中的右边框指出具体出现错误的原因:“PIX$VMB段与标准航路不同”并在左侧地图界面中标画出来, 红色的线是FPL的航路, 黑色的线是标准的航路。查明原因后管制员可以对航班计划CES5152进行操作处理, 选中航班CES5382并点击鼠标右键弹出更新航路、拍发明语报、查询原始FPL的处理对话框。选择查询原始FPL对话框, 可以查阅原始的FPL电报内容, 如图3所示。

选择拍发明语报对话框如图4所示, 根据实际情况向对方发报地址发送反馈信息。

在收到对方正确的FPL电报后, 选择更新航路对话框, 如图5所示, 管制员在此界面人工更新FPL的航路, 实现对航班计划的维护。

3 结论

本文简单介绍了华东智能航路校验系统, 以及系统在航班飞行计划中使用的情况。智能航路校验系统把传统的管制员人工校对飞行计划正确性的工作程序给解放出来, 提高了工作效率。初步实现对航班飞行计划航路的校对, 但是不能对飞行计划格式内容每一项正确性进行校对, 只能对飞行计划总体格式标准校验, 需要管制员在拍发航班飞行计划时人工校对飞行计划每一项, 校验规则比较单一;对飞行计划校验只能对FPL电报进行校验, 对其他类型的电报 (例如CHG电报、CPL电报等) 不能校验, 校验电报种类不全;不能及时对不正常航班飞行计划进行处理, 有滞后性。系统对于不符合规则的飞行计划不能自动反馈给发报部门, 需要人工发送反馈信息, 自动化程度不高。智能航路校验系统是“飞行动态信息综合处理系统”的辅助系统, 没有实现两个系统的融合。系统目前只在上海地区使用, 还没有普及推广。

随着航空运输量的增长, 管制业务电报量也随之增加, 对管制电报的正确性, 及时性的要求也越来越高, 智能航路校验系统的发展将开启管制业务电报处理程序的新篇章。未来的航路校验系统在航班飞行计划的处理手段上将更为智能化, 由计算机自动校对飞行计划, 对飞行计划的每一项按照电报规定进行比对, 对不满足规定的飞行计划能及时自动反馈给飞行计划提供部门, 对符合飞行计划规则的电报能自动拍发, 彻底把管制员从传统的人工校验这种机械重复劳动中解放出来, 更好地监控航班的运行状态。对于计算机不能自动处理的飞行计划, 系统能告警提醒管制员, 让管制员及时发现、及时处理。

航路设计 篇11

【关键词】AHP；模糊综合评价法；航路优选；航路规划

我国现行航路网络是在五、六十年代航路结构的基础上逐步形成的。随着航空运输事业的迅猛发展，我国航路建设和运行管理相对滞后，一定程度上阻碍了航空运输事业的快速发展，不适应全球节约能源战略的全面推进实施。

在这样的背景下，民航飞行航路的规划显得非常有必要。本文结合飞行安全评估及其方法的相关知识，首先阐述了航路规划的相关概念、航路规划的评价和航路优选的步骤；其次构建民航飞行航路方案综合评价指标体系，并运用改进模糊综合评价法对民航航路进行评估优选；结合前人的研究，提出评价优选的范围值。

1、相关概念描述

1.1民航飞行航路规划相关概念

（1）规划目的。航路网络规划旨在剖析现行航路、航线在航空运输需求多元化和飞行流量快速发展中所暴露出的结构性缺陷，并根据交通流分布特征、发展趋势，结合空管保障条件，运用交通网络设计与优化技术，研究提出合理、高效的航路网络方案建议。

（2）规划原则。航路网络规划是一个复杂的系统工程，其规划与实施涉及空管系统的方方面面。因此在对航路网络的规划中需要在总体上把握以下原则：需求先导、分层布设、距离优先、结构灵活、符合规范、技术应用。

（3）规划思路。以保障空中飞行安全为基础，以航空运输发展需求为牵引，充分引入先进的空域管理概念和技术应用，依托主要繁忙机场综合规划航路网络，分层次、分步骤地推进实施，整体提高空域运行效能，满足国民经济和航空运输持续发展的需要。

1.2民航飞行航路规划评价和优选步骤

一般飞行航路规划方案评价和优选有以下几个步骤：

（1）了解飞行航路规划的状况。分析飞行航路的自然条件，包括气候条件和地形、地貌条件等方面，通过对飞行航路自然条件的了解，掌握航路的实际地形情况，以便于之后建立评价指标体系。

（2）针对航路的具体情况和工程的目的，建立飞行航路规划方案评价和优选的评价指标体系。

（3）选择合适的评价方法对飞行航路规划的各个方案进行评价。

（4）结合评价结果进行决策，选择最优的方案。

2、民航飞行航路方案层次分析法的研究

2.1层次分析法介绍

层次分析法的优势体现是将定性与定量分析方法相结合。通过将目标决策分解为N个层次和N个因素，按照两两指标之间的重要程度建立判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特征值以及对应特征向量，就可得出指标的权重。

层次分析法的理论过程可分为以下四个：层次结构的构建；判断矩阵的构建；层次单排序及一致性检验；层次总排序及一致性检验。

2.2民航飞行航路方案综合评价指标体系

表4.1 民航飞行航路方案综合评价指标体系

3、改进模糊综合评价法在民航航路优选中的应用

3.1指标权重确定

3.1.1准则层指标权重

设准则层指标集合B={B1，B2，B3，B4}，即B={经济评价，环境评价，技术评价，社会评价}。

根据建立的层次模型，按照Saaty教授的标度进行两两比较，经过教师和学生讨论整理后得到评判矩阵及权重。

表3-1 总风险下属因素评判矩阵及权重

经过计算，评判矩阵的权重向量为：

W1={0.1195，0.4781，0.1753，0.2271}T

检验：λ=4.1906，CI=0.0635，RI=0.9，CR=0.0706<0.10。计算的结果CR值通过了一致性检验。表明在A机场现场运行管理运营体系中，经济评价，环境评价，技术评价，社会评价所占的权重分别为：0.1195，0.4781，0.1753，0.2271。

3.1.2方案层评价矩阵

（1）经济评价

设经济评价B1={C1，C2，C3}，即B1={运营成本、内部收益率、投资回收期}。经过计算，评判矩阵的权重向量为：W2={0.6544，0.2578，0.0878}T。表明在经济评价中，运营成本、内部收益率、投资回收期所占的权重分别为：0.6544，0.2578，0.0878。

（2）环境评价

设环境评价B2={C4，C5，C6}，即B2={噪声、大气污染、生态污染}。经过计算，评判矩阵的权重向量为：W3={0.3695，0.5172，0.1133}T。表明在环境评价中，噪声、大气污染、生态污染所占的权重分别为：0.3695，0.5172，0.1133。

（3）技术评价

设社会评价B3={C7，C7，C9，C10，C11}，即B3={航路的综合交通密度、航路网的连通度、运行天气环境、军航活动情况、限制区情况}。经过计算，评判矩阵的权重向量为：W4={0.3849，0.3403，0.0271，0.1238，0.1238}T。表明在环境评价中，航路的综合交通密度、航路网的连通度、运行天气环境、军航活动情况、限制区情况所占的权重分别为：0.3849，0.3403，0.0271，0.1238，0.1238。

（4）社会评价

设管理因素B4={C12，C13，C14}，即B4={社会发展的影响、促进经济发展的影响、交通环境的影响}。经过计算，计算结果均通过一致性检验。评判矩阵的权重向量为：W5={0.7266，0.2034，0.0700}T表明在社会评价中，社会发展的影响、促进经济发展的影响、交通环境的影响所占的权重分别为：0.7266，0.2034，0.0700。

3.2综合评判结果

3.2.1一级综合评判

（1）经济评价

表3-3 经济评价一级评价

在经济评价下，对限制条件下属指标U1={运营成本、内部收益率、投资回收期}作一级综合评判。单因素判断矩阵为

相应指标隶属度矩阵为：

指标权重为：

U1={0.6544，0.2578，0.0878}T

经软件计算可得模糊向量：

Y1=U1·R1={0.1558，0.7133，0.1309}

同样，可以算得

（2）环境评价

指标权重为：

U2={0.3695，0.5172，0.1133}T

经软件计算可得模糊向量：

Y2=U2·R2={0.4069，0.3714，0.2217}

（3）技术评价

指标权重为：

U3={0.3849，0.3403，0.0271，0.1238，0.1238}T

经软件计算可得模糊向量：

Y3=U3·R3={0.3856，0.4445，0.1698}

（4）社会评价

指标权重为：

U3={0.7266，0.2034，0.0700}T

经软件计算可得模糊向量：

Y4=U4·R4={0.5293，0.3025，0.1860}

3.2.2 二级综合评判

对经济评价、环境评价、社会评价、管理因素作三级综合评判，令单因素评判矩阵为：

即： 即：

经济评价、环境评价、技术评价、社会评价四项指标权重为：

W1={0.1195，0.4781，0.1753，0.2271}T

经计算可得：

B=W1·R={0.4010，0.4094，0.1936}

3.2.3 评判结果

将评价值取代评语，评语为V={100，50，10}。取B′VT得

4、结果分析

根据前人的研究，论文把风险指数等级划分如下：

表4-1 A机场现场运行安全风险指数

参考文献

[1]齐亚妮.基于三角模糊数和Vague集的农业产业化项目优选决策研究[D].西南财经大学，2013.

[2]李荣.无人机航路与飞行控制律评估技术[D].南京航空航天大学，2013.

[3]朱振强.飞行器航路规划与评价研究[D].西安电子科技大学，2014.

[4]赵嶷飞，史永亮.基于模糊综合评价的航路交通态势评估[J].中国民航大学学报，2011，01：5-8.

[5]徐政超.基于voronoi图算法的航路规划方法研究[D].长安大学，2014.

[6]徐建国.基于性能导航高原航路的安全评估[D].中国民用航空飞行学院，2014.

航路交叉点动态保护区的算法研究 篇12

交叉点,即连接机场的航路中间节点,当多架航空器同时接近同一个交叉点时,将会出现潜在的飞行冲突。因此,交叉点处的运行调配在航路网中起着关键作用,影响着着整个空域的安全运行。基于这些原因,为了使空域安全性保持在一个可接受的水平,本文对交叉点处的避让决策提出新的解决方案,即建立圆形安全保护区以及警戒线,根据飞机速度以及航路航向等参数,确保在保护区范围内的飞机满足安全标准,同时,保护区边界及边界以外的飞机有充分的调配机会。从而使交叉点处的空域更高效、更安全、更有序的运行,以满足我国流量较大的繁忙空域的要求。

本文不仅考虑到了飞机之间由于相对运动导致的碰撞风险,同时由于交叉点处飞机汇聚飞行,还需要考虑其侧向距离需满足间隔要求。

1 国内外研究现状

在空中交通间隔标准方面,最著名的就是英国的P.G.Reich在20世纪60年代针对北大西洋地区平行航路系统在纵向、侧向、垂直方向分别进行建模,得到碰撞风险模型。现在欧美等航空事业较发达的国家为了扩大空中交通容量已经把Reich模型的研究应用于高度分层和缩小间隔中。但是这些研究基本上都是针对平行航路所作的,交叉航路的研究却相对较少。

文献[1]从交叉航路入手,针对碰撞风险模型的逆问题进行初步的探索性研究,即在交叉航路上如何根据安全目标等级来设定相应的安全间隔。文献[2]中,赵洪元在假设飞机不发生任何飞行偏差的情况下,研究了交叉航线飞机相撞模型。文献[3]采用速度矢量三角形分析法,分析了飞行冲突存在的基本条件和预测方法,确定了两航空器的速度矢量关系,提出了调整航向和调节速度两种冲突解决方法,而未考虑到解决冲突的合适时机。文献[4]以同高度层、交叉航路飞行航空器为研究对象,应用运动学知识建立航空器飞行轨迹随时间变化方程,判断任意时刻两机距离与标准安全间隔的关系,预测飞行冲突。其主要研究的是航线角度对碰撞风险的影响,对调速的范围定量分析,但在分析过程中,将飞机模为匀速飞行,与实际情况在一定程度上有所偏差。文献[5]概述了飞行间隔安全评估研究中常用的概念,然后从REICH模型、交叉航路模型、概率论模型、随机分析模型、EVENT模型和RAS-RAM模型6种常用碰撞风险模型的角度,分析了各个模型的优缺点和各自的适用范围,文献[6]用传统的REICH模型求解碰撞风险,但是数据的测量太过复杂,不适合实际应用,文献[7—9]只是对垂直或侧向的一维碰撞风险进行了研究,而这对于运行中的间隔控制不够全面。

前人的研究多侧重于在每架飞机建立保护区,而且对于其大小是确定的,虽然可以保证一定的安全风险,但是对于交叉航路而言,未能起到实时预警作用。本文重点将保护区划设为以交叉点为中心的一个动态区域,这一区域的大小随时间实时变化,与航线之间的夹角以及飞机速度相关。这一圆形保护区可以起到警戒的作用,即飞机在任意时刻,为了保证安全风险,须遵守的安全间隔,从而可以减轻管制员负荷。

2 模型建立

2.1 问题简化

本文所研究的交叉点冲突模型,假设:

1)将飞机假设为一个质点,其运动方向即为航线方向;

2)飞行过程中不考虑航迹误差,以及高空风等影响;

3)在确定圆形保护区半径大小时,假设每条航路在同一时间段均有飞机飞向交叉点。

本问题的研究思路流程图如图1。

2.2 模型建立

2.2.1 纵向碰撞风险确定的保护区

设多条航路汇聚于同一交叉点,即有多架飞机之间存在冲突,而只要对其中任意两架航空器A和B进行合理的冲突调配,即可逐步解决整个空域的飞行冲突,确保飞行安全。

设起始时刻各飞机距交叉点的距离分别为Di,则每架飞机预计到达交叉点的时间为:

根据每一个ti的大小,对飞机到达时刻有优先级的排序,即ta<tb<…<ti;i=1,2,…,n。

选择最先到达交叉口的飞机为研究目标,

经过时间t后,各交叉航路中其他飞机距交叉点的距离变为:Di'=Di-vit,对碰撞风险的研究基于速度的正态分布理论,即飞机的速度服从:

式中,vf为飞机的标准巡航速度,其与地速平均值μ之间的差值为kσ。所以,在t时刻,距离D'应满足:

为了使每架飞机与交叉点处飞机的碰撞风险均应满足安全目标等级P0,则:

式(4)中,NP为经过交叉点的飞机对数,根据P0对距离的限制,得到不同的Di'值,即可对于各航路选取不同的保护区半径。

2.2.2 侧向间隔确定的保护区

当多条航路汇聚于同一交叉点,设每条交叉航路上都有一架飞机向交叉口汇聚飞行。建立直角坐标系,以交叉点为原点,磁北为Y轴,与磁北垂直的方向设为X轴。根据每条航路的航向,可以求出每条交叉航路与坐标轴的夹角,以及两两(航)路之间夹角。如图2所示。

此时,尚未到达交叉点的飞机间也存在碰撞风险,对每条航线上的飞机,均需考虑与其他任一架航线上飞机的碰撞风险。将每一架飞机的速度矢量分解为vx、vy,分别代表飞机速度在X、Y轴上的投影的速度:

显然,飞机在t时刻的位置,以坐标形式表示为:

那么,在航路中任意两架飞机之间的侧向间隔可表示为:

即:

当两机之间侧向距离满足最小间隔,可以得到随着飞机A的运动,飞机B的位置会有相应的变化,而由此导致的距交叉点的距离也是实时变化的。此时判断出保护区的最小半径应该为D″i。

从上述两种情况可以看出,圆形保护区的确定,与每架飞机的航向角、相对速度相关,这也就意味着,基于速度的概率论所确定的保护区范围,以及保证最小间隔的保护区范围,只要确定上述两个条件,即可判断安全保护区的大小。

最终所确定的碰撞风险区,应满足:

最终,每条航路所的圆形保护区半径取决于二者中的最大值。

3 算例仿真

假设每架飞机都是同种类型,速度均误差、机身高、机身长、速度变动系数都相同。此仿真取两架飞机,所选参数如图3所示。

3.1 纵向碰撞风险确定圆形保护区半径

根据已知初始条件,分别求出两架飞机预计到达交叉点的时刻为0.13 h、0.24 h,显然,飞机A优先到达交叉点,飞机B晚于飞机A,所以飞机A为标准飞机进行计算。从图中可以看出,飞机的碰撞风险随着保护区半径的增大而减小。

同时可求得当飞机A在某一位置时,满足纵向碰撞风险为10-8次数量级,则对应飞机B允许达到的距交叉点最近距离D'i。例如,为了使两架飞机不产生碰撞冲突,当飞机A距交叉点为不同距离时,飞机B距交叉点距离有对应的范围,如表2所示。

3.2 侧向碰撞风险确定圆形保护区半径

此时需考虑飞机A与飞机B的侧向间隔。求得当飞机A任意时刻的位置为:

当飞机A距交叉点不同距离时,为了满足侧向间隔,飞机B所对应的距离应表3。

综上所述,在纵向和侧向确定的保护区半径中选择较大者,由此得飞机B从预测时刻开始,直至飞机A到达交叉点的时刻,应满足保护区范围如图4所示。

由此可见,优先穿越交叉点的飞机,影响着其他航路随后穿越交叉点的飞行距离及速度。根据上述方法求得的保护区是随时间变化的,各时刻的保护区大小不同。此保护区旨在动态的调配飞机各时刻的位置,也就是说,保护区边界起到预警作用,在边界之外的飞机可以有充分的时间来调配避让,譬如等待、减速或者改变高度层来增加飞机间隔,最迟需在圆形保护区的边界处进行航迹的改变。

4 结论

本文算法基于速度正态分布的概率论以及几何分析,研究了经过同一交叉点的不同航路上飞机的碰撞风险,结合各个方向的安全目标等级,确定对应的实时圆形保护区范围,起到预警作用。

保护区范围内的飞机可以安全经过交叉点,在保护区边界及以外的飞机,则可根据其具体情况预测调配时机,并做出避让措施,以满足安全间隔要求。本文提出的在交叉点设置圆形保护区,航路交叉点空域更安全,并根据先到先服务原则,可减少航路拥堵,对改善航班延误有指导意义,同时,实时航路间隔预警,也可以减轻管制员工作负荷。

摘要：繁忙的航路网产生大量的航路交叉点,不仅加重了空中交通管制员的工作负荷,也大大增加了冲突碰撞的可能性。为了减小交叉点处的碰撞风险,建立了交叉点保护区与飞行速度及航线角度的动态函数关系。首先,基于速度的正态分布概率理论,在给定安全目标等级条件下,求解相应的保护区大小;同时,对两机侧向间隔进行动态研究,求出保证两机距离达到最小安全间隔时的保护区大小,双重考虑取较大保护区范围。最后仿真验证了其可行性,算法可求出满意实时间隔,并保证航路安全。

关键词：交叉点,保护区,碰撞风险,安全间隔

参考文献

[1] 张兆宁,张秀辉,王莉莉.交叉航路安全间隔的计算.第二十七届中国控制会议论文集,2008Zhang Z N,Zhang X H,Wang L L.Computation of safe separation on cross track.Proceedings of the 27thChinese control Conference.2008

[2] 赵洪元.两条交叉航线上飞机发生危险冲突次数模型的研究.系统工程与电子技术,1998;20(5):6—8Zhao H Y.Study on the model for computing the number of dangerous conflicts among aircrafts on two intersecting tracks.Journal of Systems Engineering and Electronics,1998;20(5):6—8

[3] 胡光华.航路飞行冲突避让方法研究.西部交通科技,2008;(6):87—90Hu G H.A Research on methods of avoiding route flight conflicts.Western China Communication Science&Technology,2008;(6):87 —90

[4] 赵嶷飞,陈琳,王红勇.基于调速法的交叉航路冲突解脱时机研究.科学技术与工程,2013;13(31):9252—9257Zhao Y F,Chen L,Wang H Y.Research of intersection airways conflict resolution time based on speed adjustment method.Science Technology and Engineering,2013;13(31):9252—9257

[5] 徐肖豪,李冬宾,李雄.飞行间隔安全评估研究.航空学报,2008;29(6):1411—1418Xu X H,Li D B,Li X.Research on safety assessment of flight separation.Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2008;29(6):1411—1418

[6] 赵洪元.两条交叉航线上飞机发生危险冲突次数模型的研究.系统工程与电子技术,1998;20(5):6—8Zhao H Y.Study on the model for computing the number of dangerous conflicts among aircrafts on two intersecting tracks.Journal of Systems Engineering and Electronics,1998;20(5):6—8

[7] COX M E,HARRISON D,MOEK G,et al.European studies to investigate the feasibility of using 1000 ft vertical separation minima above FL 290.parts I II III.Journal of the Institute of Navigation.1991;44(2):171—183;1992;45(1):91—106;1993;46(2):245 —261

[8] Manolakis D E,Lefas C C.Systematic errors in ground referenced geometric height monitoring.IEE Proceedings-F,1993;140(2):138 —144