终端区进场交通流广义跟驰行为与复杂相变分析.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252015V01．36No．3949．961ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cnDoI：10．7527／S1000—6893．2014．0157终端区进场交通流广义跟驰行为与复杂相变分析张洪海，杨磊*，别翌荟，尹苏皖南京航空航天大学民航学院，南京211106摘要：空中交通流特性分析是空中交通流理论研究的重要内容，是空中交通管理的重要依据。基于终端区交通流混杂动力特征，

2、采用模糊逻辑方法提出了航空器动态期望间隔控制策略，运用“刺激一反射”跟驰理论和局域先到先服务(FCFS)的原则建立了终端区交通流广义跟驰模型，并基于NetLogo构建了终端区交通流多智能体仿真平台，结合广州白云机场(ZGGG)02R跑道进场实例，演析了终端区进场交通系统涌现行为，揭示了交通流的速度、密度和流量3个基本参数之间的相互关系，发掘了空中交通蕴含的自由态、畅行态、亚稳态、伪拥塞态和同步态等5个演变相态，剖析了不同交通组织、间隔标准和流控策略下交通流的相变规律。研究成果可为丰富完善空中交通流理论奠定部分基础，为科学管控空中交通提供重要基

3、础支撑。关键词：空中交通管理；交通流；跟驰行为；特性参数；相变；终端区中图分类号：V355文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)03—0949—13全球范围内空中交通管理系统正全面升级建设以应对不断增长的飞行需求和逐渐凸显的空中拥堵，并基于协同规划理念提出了“网络管理”、“优先权管理”以及“突变管理”等诸多协同管理策略‘1‘2

4、，以疏导空中交通拥堵及其波及影响。然而，目前针对空中交通流本质属性和演变表征的探索仍较初级，对空域拥堵瓶颈和航班延误机理的认知尚未深刻，科学管控空中交通的理论依据较为缺乏。面向空中交通蕴含的客观规律，探

5、究空中交通流特性基本参数关系及其影响相变规律，对于揭示空中交通拥堵机理、实施科学管控具有重要的理论价值和现实意义。国内外关于空中交通流特性研究的成果尚不多见，主要集中在空中交通流建模方面。Tandale和Hansen等‘3‘61建立的排队模型主要描述逼近极限容量时的交通流行为，可用于分析预测空域系统延误特征，测度空中交通管理性能。Bay—en[71和RobelinE83等建立的流体力学模型以流量守恒为基础，借鉴地面交通LWR(Lighthill—Whitham—Richards)方程和网络流理论[9。0

6、，试图找寻大范围空域内扇区之间的交通流

7、传播规律，刻画不同管控方式下交通态势演变，为管制策略的宏观优化提供依据。Amor[11]、张兆宁[12]以及Menon[131等引入现代元胞计算模型，根据元胞状态属性可分为微观元胞自动机模型和宏观元胞传输机模型[13-153两类，通过构建元胞状态演变／传输规则，表征相邻元胞之间的相互作用，理想推演交通流状态变迁过程。王莉莉和张新瑜[1}173等研究了下一代航空运输系统空中高速路交通流跟驰模型，阐明了初始速度、间隔和速度差对交通流收稿日期：2014．04．02；退修El期：2014—06-03；录用日期：2014-07-09；网络出版时间：20

8、14—07-1710：32网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000-6893．2014．0157html基金项目：国家自然科学基金(61104159)；中央高校基本科研业务费专项资金(NJ20130019)*通讯作者．Tel：025．52112669E—mail：523091247@qq．com戤用格武lZhangHH．YangL．BlaYH。eta1．Analysisongeneralizedfollowingbehaviorandcomplexphase-transitionlawofap

9、proachingtrafficflowinterminalairspace[J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015．36(3)：949-961．张洪海·扬磊，瓤翌荟·等．终端区迸场交通流广X跟驰行为与复杂相变分析[Jj．航空学报。2015，36(3)：949-961．950航空学报Mar．252015V01．36No．3变化的影响。然而，空中交通流具有混杂的动力学特征，是交通流自然动力与管制认知动力混杂作用下的产物。因此，当前空中交通流建模过程中考虑因素尚未完备，据此推演的交通流特性具有一定的

10、局限性。终端区是空域拥堵、航班延误和飞行事故易发区域，是空中交通管理的瓶颈。本文以终端区运行中最为复杂的进场过程为研究对象，分析终端区交通流混杂动力学特征，借鉴“刺