星基导航下，有性能约束的空中高速路流量管理模型和优化算法研究

中国民航基于性能的导航路线图前年已公布，构建中国特色的空中高速路相关研讨工作也已逐步展开。本项目致力于研究星基导航下，有性能约束的空中高速路流量管理模型和优化算法。研究内容如下：以交通流理论和跟驰理论相结合，研究基于性能约束下空中高速路的流量模型，对比分析不同构型和运行方式的利弊，为未来我国空中高速路的建立提供参考；以空中高速路最优模式为底版，建立管制员决策过程隶属度函数，研究高速路的匝口流量控制模型及模糊理论与线性规划相结合的优化算法，为区域管制员的流量管理提供辅助决策工具；匝口进入流量的控制势必带来航空器的等待排序和重新选路问题,考虑整个系统效益，研究空中高速路的匝口排序-选择模型及遗传-蚁群优化算法，为区域管制员和飞行员提供辅助决策工具；开发相应的运行仿真验证原型系统。本项目的研究成果不仅对探索建立中国特色的空中高速路有重要的理论和应用价值，也可进一步扩展应用到类似的控制优化问题上。

空中高速路是未来为解决繁忙城市对之间的交通拥堵问题，国际民航发达国家正在推进的一种空域构型方式。本项目通过分析空中交通运行特点，结合空中高速路本身的运行要求，在国内首次系统地研究了星基导航下，有性能约束的空中高速路流量管理模型和优化算法。本项目主要进行了六个方面的研究。一是空中高速路的设计问题，从不同的角度出发，提出了多种确定空中高速路网网络结构和匝口位置的决策模型和算法；二是空中高速路流量控制问题，基于跟驰理论和交通流理论，建立了空中高速路的流量模型和换道模型，基于元胞传输理论建立了空中高速路突发事件拥堵消散模型，针对空中高速路运行方式提出了单行航路、多平行航路及多层航路三种思路，并分别建立合适的流量模型进行分析对比；三是空中高速路的匝口控制问题，从空中高速路及其匝口的基本概念入手，基于元胞传输理论建立了空中高速路匝口流量控制模型。运用移位负指数分布推导了匝口容量公式并对匝口容量进行了计算，推导了匝口排序延误公式并采用Monte Carlo方法进行了仿真计算。首次建立了航空器加入空中高速路的匝口时隙分配模型，设计了两种时隙分配算法；四是空中高速路的动态调整初步研究，针对空中高速路激活问题，建立了空中等待费用与高速路使用费之间相互制约的总费用最小模型、开放通道数决策模型。针对空中高速路的动态调整问题采用威胁概率模型、几何算法等方法进行了航空器改航的初步研究，建立了基于最短时间的航线选择模型；五是空中交通的评价方法，针对不同运行方式，分析了翼尖小翼对尾涡安全间隔的影响，建立了污染物排放模型，建立了空中高速路的安全间隔计算模型，容量计算模型、扇区规划模型等；六是开发了空中高速路智能流量管理原型系统。本项目最终在重要学术期刊上已发表了52篇论文，还有11篇论文收到了录取通知，论文基金标注率100%。已和科学出版社签订出版相关研究内容在内的专著一本，获得两个软件著作权，培养博士、硕士研究生10人。论文的部分研究成果已用于指导我国的空中航路网规划和10条骨干航路的建设工作。