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航空学报 2017年第S1期38卷 56-61页

作者：卜建刘银鑫王艳军南京航空航天大学民航学院国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106

在空中交通管制工作中,管制疲劳程度度量是一项需要长期研究的重要课题。实时测量管制员的疲劳程度,对航空运输系统的安全运行有重要意义。提出以眼动行为特征指标作为反映管制员疲劳程度的依据,利用faceLAB 5.0系统记录了管制员在正常... 详细信息

在空中交通管制工作中,管制疲劳程度度量是一项需要长期研究的重要课题。实时测量管制员的疲劳程度,对航空运输系统的安全运行有重要意义。提出以眼动行为特征指标作为反映管制员疲劳程度的依据,利用faceLAB 5.0系统记录了管制员在正常状态和疲劳状态下进行管制模拟实验的眼动数据和绩效数据,分析了管制员的绩效数据与眨眼频率和瞳孔直径两种眼动指标在不同状态下的变化规律。研究发现与正常状态相比,管制员在疲劳状态下的眨眼频率增加,瞳孔直径减小。随着任务时间的增加,被试的绩效变差,眨眼频率增加,瞳孔直径减小,表明被试的工作状态从正常状态转为疲劳状态。统计分析结果说明,眨眼频率和瞳孔直径能够有效地检测管制员的疲劳状态,充分刻画不同工作时段管制员工作状态的变化,为开发实用的疲劳监测系统提供理论基础。

关键词：空中交通管制管制疲劳眼动特征瞳孔直径眨眼频率

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空中交通管制专家与新手眼动行为的统计分析研究

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电子科技大学学报 2017年第4期46卷 614-620页

作者：王艳军刘银鑫南京航空航天大学民航学院南京211106 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106

数据科学的迅速发展促进了心理学、管理学等各学科研究范式的转变。通过对实证数据的深入研究,能够发现传统方法不能发现的规律。该文以管制员眼动行为为研究对象,通过face LAB眼动仪采集不同级别管制员的眼动行为数据,综合统计分析方法... 详细信息

数据科学的迅速发展促进了心理学、管理学等各学科研究范式的转变。通过对实证数据的深入研究,能够发现传统方法不能发现的规律。该文以管制员眼动行为为研究对象,通过face LAB眼动仪采集不同级别管制员的眼动行为数据,综合统计分析方法和MF-DFA时间序列分析方法对数据进行了深入分析,探讨不同级别管制员在信息获取行为上的差异。分析结果表明:1)专家比新手具有更长的平均注视持续时间、更少的注视点、更少的平均扫视持续时间和更小的扫视幅度;2)管制员的注视持续时间、扫视持续时间和扫视幅度的时间序列有多重分形特征,多重分形奇异谱图表明新手的波动强度大于专家。研究结果说明管制员的信息获取行为具有差异性,管制经验对管制员行为特征具有显著影响。

关键词：空中交通管理复杂系统数据分析眼动行为人为因素

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基于历史数据的管制员通信行为特征分析

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电子科技大学学报 2015年第4期44卷 617-622页

作者：丛玮胡明华王艳军南京航空航天大学民航学院南京211106 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106

管制员的语音通信行为对空中交通的安全高效运行至关重要。借鉴人类动力学的理论和方法,深入分析了北京、上海、重庆和贵阳4个地区繁忙扇区的管制员语音通信数据,通过研究其时间分布特征挖掘了空中交通管制员的动力学行为。首先使用去... 详细信息

管制员的语音通信行为对空中交通的安全高效运行至关重要。借鉴人类动力学的理论和方法,深入分析了北京、上海、重庆和贵阳4个地区繁忙扇区的管制员语音通信数据,通过研究其时间分布特征挖掘了空中交通管制员的动力学行为。首先使用去趋势波动分析法发现管制员通信间隔时间的长程相关性;然后使用最大似然估计法近似判别所有通信间隔时间较符合逆高斯分布,而通信时间间隔大于11 s的数据更符合幂律分布特征,且幂指数α≈1.8。分析结果表明,人类在面临压力时执行任务的动力学行为与其他日常行为相似,行为发生的间隔分布具有重尾特征,个体的分布具有差异性;管制扇区的类型,即区域管制扇区和进近管制扇区对管制员行为特征的影响不明显。

关键词：空中交通管制通信行为重尾分布人类动力学长程相关

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多机场终端区进场航班协同排序方法

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航空学报 2015年第7期36卷 2279-2290页

作者：马园园胡明华张洪海尹嘉男吴凡南京航空航天大学民航学院南京211106 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106

为有效缓解大都市圈机场群日益严重的空域拥堵和航班延误现状,系统研究了多机场终端区进场航班协同排序问题。通过深入剖析多机场终端区时空运行特性,综合考虑移交间隔、尾流间隔和多跑道运行间隔等约束限制,科学权衡安全、经济和公平... 详细信息

为有效缓解大都市圈机场群日益严重的空域拥堵和航班延误现状,系统研究了多机场终端区进场航班协同排序问题。通过深入剖析多机场终端区时空运行特性,综合考虑移交间隔、尾流间隔和多跑道运行间隔等约束限制,科学权衡安全、经济和公平等各方利益需求,引入多元受限时间窗的创新理念,建立了多机场终端区进场航班协同排序模型。结合多目标优化及遗传算法基本理论,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法,寻求多机场终端区进场航班协同排序问题的Pareto最优解。仿真实验表明,模型可对多机场终端区进场航班进行优化排序,显著降低航班延误总时间,有效增强多机场空域资源使用公平性。与经典的先到先服务(FCFS)策略相比,协同排序策略优化效果较为显著,其中航班延误时间减少了31.0%,所提方法可显著缓解大都市圈机场群航班延误现状,有效提升航空运输服务品质。

关键词：空中交通管制多机场终端区进场排序多跑道多目标优化多元受限时间窗

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独立离场模式下多跑道时空资源优化调度方法

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航空学报 2015年第5期36卷 1574-1584页

作者：尹嘉男胡明华张洪海马园园吴凡南京航空航天大学民航学院南京211106 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106

为有效缓解大流量、高密度机场日益严重的交通拥堵和航班延误现状,研究了多跑道离场航班优化调度问题。首先,从生产调度领域视角,将多跑道离场调度问题抽象为典型的车间作业调度NP-Hard组合优化问题;然后,面向航空运输各方利益需求,以... 详细信息

为有效缓解大流量、高密度机场日益严重的交通拥堵和航班延误现状,研究了多跑道离场航班优化调度问题。首先,从生产调度领域视角,将多跑道离场调度问题抽象为典型的车间作业调度NP-Hard组合优化问题;然后,面向航空运输各方利益需求,以航班延误、跑道容量和环境污染为优化目标,综合考虑航空器尾流影响、场面滑行和跑道穿越等各类限制因素,建立了独立离场模式下多跑道时空资源优化调度模型;最后,结合多目标优化及遗传算法基本理论,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II),寻求多跑道离场调度问题的Pareto最优解。仿真实验表明,模型可对独立离场航班进行优化配置,显著降低航班延误时间和航空发动机污染物排放量,并有效提升机场跑道容量。与随机和交替调度策略相比,优化调度策略执行效果显著,其中航班延误时间分别减少了51.2%和42.7%,所提方法可显著缓解大型繁忙机场离场航班起飞延误,有效提升航空运输服务品质。

关键词：空中交通管制多跑道多目标优化独立离场模式时空资源调度

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基于Agent模型的机场网络延误预测

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航空学报 2021年第7期42卷 445-458页

作者：王春政胡明华杨磊赵征单晶南京航空航天大学民航学院南京211106 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106

准确可靠的机场网络航班延误预测是科学认知空中交通运行态势,动态精准实施国家空域系统容流协同调配策略的重要依据。提出了基于Agent的机场网络延误模型,表征机场网络系统中各元素及子系统间的交互作用下的延误特征涌现。针对机场节... 详细信息

准确可靠的机场网络航班延误预测是科学认知空中交通运行态势,动态精准实施国家空域系统容流协同调配策略的重要依据。提出了基于Agent的机场网络延误模型,表征机场网络系统中各元素及子系统间的交互作用下的延误特征涌现。针对机场节点动态容量、预计起飞时间、最小飞行与周转时间等Agent模型中的关键参数,适应性选用了贝叶斯估计、模糊k近邻等数据挖掘方法建立参数模型,并采用2015—2017年全美历史航班和气象数据进行训练学习。为综合评价模型性能及泛化能力,选取全美2018年3个不同延误程度的典型日进行测试。实验结果表明,在全美34个核心机场组成的网络中,各节点在4小时预测区间内延误最大误差不过27.9min,其中约80%的节点误差小于5min,验证了所提延误预测模型在时空范围内的准确性和稳健性特征。另外,通过与其他模型对比,展示了本模型优良的延误预测性能。

关键词：空中交通流量管理 Agent模型机场网络延误预测数据挖掘

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基于度量学习的机场交通态势弱监督评估

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北京航空航天大学学报 2023年第7期49卷 1772-1778页

作者：杜婧涵胡明华张魏宁尹嘉男南京航空航天大学民航学院南京211106 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106

为准确感知机场场面运行环境,提出基于度量学习的交通态势弱监督评估方法。根据机场场面航空器的时空分布类型,从交通流量、起降队列、资源需求等视角构建交通态势指标体系;借鉴度量学习范式,利用预先定义的相似集和不相似集自动学习态... 详细信息

为准确感知机场场面运行环境,提出基于度量学习的交通态势弱监督评估方法。根据机场场面航空器的时空分布类型,从交通流量、起降队列、资源需求等视角构建交通态势指标体系;借鉴度量学习范式,利用预先定义的相似集和不相似集自动学习态势样本之间的距离度量;在此基础上,采用K均值算法实现弱监督条件下交通态势的等级划分。以上海浦东国际机场实际运行数据为例,分析并验证所提方法的有效性。实验结果表明:起始时刻离场瞬时流量、离场累计流量、离场跑道队列长度及进场累计流量的距离系数大于0.5,对场面态势影响较大;与基于欧式距离的K均值算法相比,度量学习将最优轮廓系数提升了33.3%,得到符合预期语义的聚类结果;此外,机场的平均滑行时间越长、跑道配置越复杂,其场面交通态势等级越高。

关键词：航空运输机场拥堵态势评估度量学习聚类分析

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基于交通状态的离场航班动态协同排序方法

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北京航空航天大学学报 2022年第10期48卷 2048-2060页

作者：江灏刘继新董欣放南京航空航天大学民航学院南京211106 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106

为适应协同决策(CDM)需要,考虑空管、航司和机场三方的诉求,对拥挤和非拥挤场景下的离场航班动态协同排序问题进行了系统研究。通过分析离场航班运行特性,利用离场航班的计划撤轮档时间(SOBT)和预计撤轮档时间(EOBT)数据设计了一种离场... 详细信息

为适应协同决策(CDM)需要,考虑空管、航司和机场三方的诉求,对拥挤和非拥挤场景下的离场航班动态协同排序问题进行了系统研究。通过分析离场航班运行特性,利用离场航班的计划撤轮档时间(SOBT)和预计撤轮档时间(EOBT)数据设计了一种离场航班动态排序方法;针对各方构建了离场航班排序的多个优化目标,且为保证排序公平性,提出了航空公司延误公平性评价指标,将非受控离场航班优先级分为3类,对各类非受控离场航班设置其可接受的最大延误时间和最大位置偏移量,创建了基于交通状态的离场航班协同排序模型;采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)寻求离场航班动态协同排序的最优解。仿真结果表明:较先到先服务(FCFS)方法,所提方法在2种场景下各排序时段均增加多种排序方案,离场航班总延误均减少50%以上,且在非拥挤场景下提高了航空公司延误公平性。所提方法可对离场航班进行优化排序,显著减少航班延误,有效提升公平性,契合协同决策理念,可实现三方协同排序。

关键词：空中交通管理离场排序协同决策航空公司延误公平性遗传算法

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多机场终端区进离场交通流协同排序方法

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航空学报 2017年第2期38卷 220-232页

作者：马园园胡明华尹嘉男田文南京航空航天大学民航学院南京211106 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京211106 中德飞行流量管理技术联合实验室南京211106

针对大都市及都市圈飞行冲突、空域拥堵和航班延误日益严峻的现状,研究了多机场终端区进离场交通流协同排序问题。综合考虑尾流间隔、跑道间隔、时间窗、进离场容量等约束限制,从时空多维角度引入航班满意度概念,建立了多机场终端区进... 详细信息

针对大都市及都市圈飞行冲突、空域拥堵和航班延误日益严峻的现状,研究了多机场终端区进离场交通流协同排序问题。综合考虑尾流间隔、跑道间隔、时间窗、进离场容量等约束限制,从时空多维角度引入航班满意度概念,建立了多机场终端区进离场交通流协同排序模型,设计了带精英策略的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-II),寻求多机场终端区进离场排序问题的Pareto最优解。实例验证表明,所提方法可对多机场终端区进离场交通流进行优化排序,有效降低航班延误总时间,显著提高航班总满意度,并实现多机场系统对终端区空域资源的公平均衡使用。与经典的先到先服务策略相比,协同排序策略的整体优化效果较为显著,其中航班延误时间得到了一定的降低。

关键词：空中交通管理多机场终端区进离场排序多跑道多目标优化航班满意度

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基于概率滑行时间的航空器离场推出柔性控制

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航空学报 2023年第10期44卷 207-220页

作者：张颖黎晓英尹嘉男周笑桐南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京210016 国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京210016 南京航空航天大学民航学院南京210016

航班离场过程动态多变且高度随机,滑出时间不确定性导致推出时间难以科学配置。为此,研究基于概率滑行时间的航空器离场推出柔性控制问题。首先,采用随机森林回归和核密度估计方法,建立了基于机器学习的概率滑行时间预测模型、超参数调... 详细信息

航班离场过程动态多变且高度随机,滑出时间不确定性导致推出时间难以科学配置。为此,研究基于概率滑行时间的航空器离场推出柔性控制问题。首先,采用随机森林回归和核密度估计方法,建立了基于机器学习的概率滑行时间预测模型、超参数调节策略及概率预测性能评价指标体系;然后,引入固定缓冲区概念,提出了离场航空器“推出时刻”柔性控制方法,明确了缓冲区长度对准时到达跑道头概率的作用特性;最后,应用随机规划中的机会约束理论,提出了离场航空器“推出时隙”柔性控制方法,设计了满足机会约束的可行推出时间范围界定规则。实验结果表明:所提方法可对离场航空器概率滑行时间进行科学预测,有效实现传统推出时间刚性控制向多视角柔性控制的灵活转化,可为增强机场离场管制的可预测性和灵活性提供理论方法支撑。

关键词：离场推出控制滑行时间预测滑行缓冲时间随机森林回归概率密度函数核密度估计机会约束条件

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