【摘 要】
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伴随着航空运输全球化高速发展,我国空中交通越加繁忙拥挤,管制员顾此失彼时有发生,导致航空器发生偏航、飞行冲突等类型的异常飞行行为越加频繁,为航空运输安全带来极大挑战。考虑未来空管的预警需求和基于航迹运行的技术转变,采用ADS-B数据开展了异常飞行辨识和4D航迹预测研究,并基于4D预测航迹实施了有效的异常飞行辨识与预警,提高了航空运输安全水平。主要研究内容和成果如下:（1）针对第一类异常飞行风险情况
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伴随着航空运输全球化高速发展,我国空中交通越加繁忙拥挤,管制员顾此失彼时有发生,导致航空器发生偏航、飞行冲突等类型的异常飞行行为越加频繁,为航空运输安全带来极大挑战。考虑未来空管的预警需求和基于航迹运行的技术转变,采用ADS-B数据开展了异常飞行辨识和4D航迹预测研究,并基于4D预测航迹实施了有效的异常飞行辨识与预警,提高了航空运输安全水平。主要研究内容和成果如下:（1）针对第一类异常飞行风险情况,即速度、航向、高度或位置异常改变,本文考虑位置、速度、高度和航向异常特征,采用高度层划分策略、局部异常因子和快速覆盖树改进DBSCAN,提出LOFDBSC-SDH算法对正常航迹模式进行快速准确提取。然后,基于正常航迹模式设计考虑过点时间偏差的航迹匹配算法辨识第一类异常飞行行为。最后,通过实验仿真表明,算法较基线算法耗时减少48%,准确度达93.3%,证明了所述方案的有效性和应用价值。（2）针对第二类飞行冲突型异常飞行风险情况,本文考虑目前空管运行中穿高度热点区内飞行冲突频发问题,首先基于DENCLUE挖掘穿高度热点区,然后基于布朗桥对热点区内航空器发生飞行冲突的可能性进行概率建模,最后采用提取的实际运行间隔标准获取概率阈值作为异常判据,辨识此类异常飞行行为,实验仿真验证了方法的可行性和有效性。（3）预测是预警的基础,通过有效的网络设计、超参数的优化选取、评价指标定义和样本构建,实现了满足空管运行需求的4D航迹预测模型CNN-GRU。基于4D预测航迹,结合前述两种类型异常飞行辨识方法,通过设计有效的预警指标、警度和风险等级,用仿真实验验证了预警方案的可行性与有效性。（4）通过详细的软件设计、基于Java与其他语言混合编程,实现基于ADS-B数据的异常飞行风险预警软件系统,并采用ADS-B数据对软件的可用性进行了初步验证,系统能够提前平均58503ms进行预警,达到了提前警示管制员进行调配、保障航空运输安全的作用。
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