构建场景的相交跑道Network-of-Flight冲突的方法

文摘

为研究飞行冲突方法的机制的交叉跑道,本文应用案例研究中,场景建设,和复杂的网络,分析了操作风险的交叉跑道,和研究一般的飞行冲突。我们构建了一个网络模型飞行场景进化的冲突与选择北京大兴国际机场为研究对象,其中包括169个节点和263个边缘。它提出的路径演化和验证这个网络的有效性。我们分析了学位中心、中心中位数和亲密的中心网络,和结果表明,5个节点的综合价值高,包括回合(V2)解决冲突(C22),尾货的警示灯dJor被扑灭(F12),暂停后续起飞操作(F5),并保持视觉飞行(C26)。结果表明,该方法提供了一种新的研究方法链断裂的控制策略和飞行冲突场景进化的机制。

1。介绍

近年来,为了应对机场跑道容量的短缺在中国民用航空工业的发展,全国各地的机场正在重建和扩大,这是一个项目巨大的土地资源和环境的要求。相交的机场跑道有许多优点。一方面,它可以适应风向的变化,实现全向起飞和降落,提高跑道运行的效率和安全性,并增加流。另一方面,可以大大节省土地资源。使用交叉的机场跑道正在成为一个巨型和大型机场,例如,北京大兴国际机场(1),2019年运营。

有丰富的经验在中国平行跑道的操作。2005年,北京首都国际机场机场是第一个在中国实现两个跑道的独立运营。同时,中国民航局不断发布了多个跑道的操作规程,如ccar - 98 tm (2]和CCAR93TM-R2 [3]。然而,严重的飞行冲突仍然在中国发生在平行跑道的操作。例如,“10.11”飞行冲突(严重事故)签署2016年发生在上海虹桥机场(4]。

2。研究现状

因为飞行冲突的直接原因是飞机失事[5),研究交叉跑道相对早期的国外;大部分工作进展的预测和预防冲突阶段,其内容包括地面预警系统,驾驶员报警信息,相交的跑道起飞位置识别系统,起飞和降落飞机分离操作(6- - - - - -8)等。

然而,由于这一事实相交跑道运行模式还没有正式在中国使用,目前的研究仍然集中在区间之后,跑道容量,飞行数据分析(9- - - - - -11),和其他相关问题。在这个领域的研究相对少见。在飞行冲突相关的研究,国内学者主要以平行跑道为基础,专注于冲突热点识别和救济模式的建立和解决方案12- - - - - -14]。

复杂网络已经应用于风险场景的演化过程的深水钻井平台15和两栖水上飞机16),成果显著。与此同时,许多民用航空领域的热点问题也应用于单层和多层复杂的网络,如航线网络(17),航班延误(18),交通分配策略19),和安全漏洞分析(20.),基于性能的导航(PBN) [21]。

国内外研究现状补充和修改如下:目前,许多研究航空安全事件的预测和预防依赖航空安全事件报告,但是大部分的报告有问题,如大内容和非标准语言和写作风格22]。因此,它是至关重要的准确确定为什么这些事件发生在航空安全事件报告(23]。许等人研究了自然语言处理(NLP),文本挖掘技术,机器学习,和其他方面,有效地提高信息处理的准确性(24,25]。

目前,研究相对较少的组合交叉跑道的操作模式和场景的飞行冲突的演变。针对实际操作需求和潜在的安全问题与中国特大型相交跑道机场,本文采用复杂网络理论和场景分析方法进行场景进化和交叉跑道的飞行冲突的风险分析,以探索一种新的方式来描述和分析飞行冲突的风险。

3所示。施工的方法和模型

3.1。理论方法

3.1.1。场景建设理论

一个场景是大量的类似事件的集合和将来可能发生的各种风险26,27]。灾难的场景元素通常从三个维度分析了身体,抗灾的身体,和灾难的身体(28]。情境元素是环境建设的关键因素,从而反映事件的发展状态和趋势。

3.1.2。复杂网络理论

钱学森定义的复杂网络是网络的一部分或全部属性的自组织,自相似性、吸引子、小世界、无标度29日]。基于系统理论、图论和统计理论,复杂网络可以表示直观的系统结构之间的连接通过建立事故场景(30.]。描述的复杂网络加权有向无环连通图G= (V,l,W)的稀疏矩阵,它适用于事故复杂事故的研究机制,众多的风险因素和风险因素复杂的关系和复杂的事故模型的组件。(1)节点度节点度的集合的输入和退出度节点和边连接的节点的数量。节点的程度t表示为 的类型,节点的度和吗边缘节点之间的连接的数量和 。节点度可以反映节点的重要性。节点度越大,网络中的节点更重要。(2)学位中心学位中心节点是衡量密切网络中的一个节点与其他节点。节点的度中心来标示 的类型,学位中心节点和吗边缘节点之间的连接的数量和(不含self-ring)。节点的度中心反映的程度之间的联系网络中一个节点和其他节点。学位中心节点越大,越接近之间的连接节点和其他节点。(3)中心性平均中心节点的最短路径节点的数量的比率已经传递给所有网络中最短路径。一个节点的平均中心而著称 的类型,节点和中心的中位数吗通过节点最短路径的数量吗 。平均中心节点是另一个指数,反映了网络中节点的重要性。值越大的中心节点,网络中节点的地位就越高。(4)亲密关系中心亲密的中心节点的比例是所有节点的数目与网络中一个节点的所有最短路径经过这个节点: 的类型,亲密的中心节点和吗 节点之间的距离吗和 。亲密的中心节点是一个参数测量的重要性节点的平均长度节点之间的最短路径。越接近中心的节点,网络中的节点更重要。

3.2。分析跑道交叉操作的风险特征

相交的跑道的飞行冲突有不同的原因和复杂的演变过程,适合使用复杂网络的研究。常规电网之间的复杂网络和随机网络。节点连接到边缘以自组织的方式,和初始事件会演变成最后的事件通过不同的路径。相交的演变跑道飞行冲突场景具有以下特点。

3.2.1之上。复杂性

飞在中低海拔地区的风险,尤其是在塔控制地区,最终出现在操作。在飞行的过程中,面对动荡的影响,雷暴,风切变,冰的积累,和其他恶劣天气,限制空域由军事航空活动有随机性和可变性,和飞机和空中交通管制设备容易失败。这些危险因素以复杂的方式相互作用,投射到网络节点。

3.2.2。小世界特性

的小世界的进化的风险交叉跑道飞行冲突反映在,尽管有许多风险因素影响飞行冲突事件,它可以发生在短短几节点之间的初始事件以及由此产生的事件。

3.2.3。无标度特性

复杂网络的无标度特性主要描述了节点的度的问题。几个节点在网络有很多的连接,而大多数没有。在进化过程中交叉飞行冲突场景的跑道,大多数风险因素围绕飞行冲突的结果和几个主要风险因素导致飞行冲突,比如流产方法,复飞,re-approach,等等,这反映了在进化过程中无标度特征。

3.2.4。群落结构特征

相交的跑道飞行冲突局势演变关切人类的四种类型的风险因素,机、环、管。复杂的网络提供了一个模型,可以显示每种类型的风险因素之间的相互关系和interaggregation相关的危险因素。对这些风险因素进行分类,我们可以识别这些风险因素的共性和每种类型的因素之间的关系。

3.3。建筑场景的演化网络模型飞行冲突方法的阶段

3.3.1。操作风险因素的识别与相交的机场跑道的配置

本研究是基于真正的相交大兴机场跑道的布局。方法的主要操作风险阶段如表所示1。

3.3.2。网络模型施工程序

构建的过程演化网络模型飞行冲突场景的方法阶段大兴机场cross-runway如下:(1)数据处理。收集和整理相关法律法规相交跑道运行大兴机场民航以及相关数据的操作和自然环境;共有906名飞行冲突事件收集和总结了从2010年到2019年。病例分为6类,包括流产方法,拒绝起飞,跑道不能使用,地面活动,无人机和某些后果。(2)案例研究。我们定义相关的危险因素,可能导致飞行冲突作为关键词库,应用中文分词技术Python ieba函数库中提取关键字,和计算统计关键字的频率,逻辑关系,和其他参数,修改关键词库通过中文分词技术的结果,让它更接近内容。(3)建设场景组。构造之间的逻辑联系的关键词在一个情况下作为一个单元,提取的安全风险因素,场景描述,场景的元素和节点的飞行冲突发生在飞机的方法在终端区域相交的机场跑道,和场景组和构造演化网络(4)复杂网络的建设。解决的公共节点不同的场景和绘制复杂网络图对于飞行冲突场景在大兴机场的跑道终点区域相交。(5)实验结果分析。计算网络参数包括节点、边和重量和分析对飞行安全的影响。

4所示。实证分析

4.1。实验背景

本文是基于相交的实际布局大兴机场跑道和假设飞行冲突将发生在11 l / r跑道投入使用:29日着陆将在29日r跑道,接近飞机停止方法和复飞,及其与飞机跟踪会交叉在其他跑道起飞和降落,导致飞行冲突。

4.2。复杂的网络建设

中止方法事件案例的风险因素集,即节点的复杂网络,提取,包括37个节点。流产的风险因素(节点)方法的情况如表所示2。

排序和筛选无效的边缘的网络(复飞⟶中止方法),获得的直接网络图包含78个边缘,如图1。

出于同样的原因,其他的节点5例提取和构建网络。由于空间的限制,它不在这里。排序公共节点,使用统一的标签来实现每个网络的连通性和定向网络图的飞行冲突的大兴机场跑道相交,总共有169个节点的风险因素(如表3(如图)和263面2)。

根据表3和图2,节点V1-V30常见的各种事件的节点,节点A1-A21代表事件中断的方法,节点B1-B16代表跑道不可用事件,节点C1-C34表示原因的事件可能会导致某些结果,节点D1-D12代表无人机事件,节点E1-E20代表地面活动事件,节点F1-F36代表拒绝起飞事件类型。各种各样的事件的节点通过V1-V30节点相互连接,构成的飞行冲突场景演化网络模型大兴机场跑道相交。

4.3。网络参数

表4显示了飞行冲突场景的模型参数演化网络模型大兴机场跑道相交。

表4显示网络的网络密度是0.009,和网络密度较低,表明模型网络是相对宽松的,风险事件的演变是少,和相关性一般;网络是1.556,这表明每个节点的网络连接到其他节点2,符合小世界特性的复杂网络。在均值计算方法中,每一方的重量将默认为1。如果重量是计算节点度的时候,它可以获得网络的平均体重为20.337,表明该网络中的边重量分布的离散程度大(31日]。

一些边缘的权重很大,有些小。一些有大量的节点连接,和大多数节点是罕见的,反映出毫无规模复杂网络的特性。网络的平均路径长度为3.143,表明每个节点只能影响其他节点的平均3.143个单位。网络的网络直径是9,表明任何节点的网络可能导致飞行冲突9步骤。平均聚类系数是0.097,反映了节点之间的交互很低。

5。实验结果的讨论

5.1。节点度和度分布

表5表明,在飞行冲突场景中演化网络模型大兴机场跑道,相交度,度和节点的入度(V1)是马克斯。学位(学位价值38)马克斯,表明它是最重要的节点在网络,和度(32)学位价值最大,表明风险因素导致暂停的方法是最,,很难控制。V1是一个关键风险因素和导致飞行冲突的必要条件之一。结果是完全符合实际情况。

的学位,控制器使通知(V18),盲方法(V16),并检查(第十九节),这是最大的三个节点出度。V18事件是一个过程而不是一个风险因素,因此可以忽略。V16节点描述状态的方法,这是一个危险因素,其很大程度上表明,它更有可能导致后续风险事件的过程中盲目的方法。

节点度较高的进化过程中应注意在大兴机场飞行冲突场景穿越跑道。

5.2。中间性中心节点

表6表明,第十九节的中间性中心值和V1是最大的,这表明最短路径第十九节和V1传球是最,第十九节和V1扮演最重要的角色在整个网络的风险传播过程。

实际案例的分析表明,导致V1因素包括跑道的异常状态和各种方法的设备。在这种情况下,控制器将通知有关地面人员在第一次检查和清晰的麻烦,所以第十九节的中间性中心价值是最大的在所有风险事件节点,这是完全符合现实。

第十九节和V1发挥重要作用飞行进化的冲突场景相交的跑道上。

5.3。接近中心的节点

12个节点表7最高亲密中心。亲密的中心节点显示网络中节点的位置。网络中心附近的节点越近,更重要的是节点。

回合(V2)和解决冲突的关键风险因素(C22)相关飞行冲突事件的发生在大兴机场,和他们的亲密中心高。

警告灯(F12)后货舱门和对讲机卡集团的渠道(C7)都是与设备故障。检验(第十九节)节点最大的节点值中心,而设备failure-related节点第十九节密切相关。

偏差的描述过程(甜)的情况下,飞行员没有按照规定程序操作导致偏差的过程,这是一个人的因素。飞行冲突的整个过程实际运行离不开人类行为。

暂停起飞的后续活动(F5),保持视觉(C26),停止下降(C3),控制器验证(C12)和控制器指令血统(C16)都属于节点描述状态,不是危险因素,携带传播的危险因素。

由于没有飞行事故案例集,安全着陆的亲密中心(V20)是1。

5.4。节点的综合价值

根据相关研究成果(15),确定节点的重要性被全面考虑相关参数。本文综合值的节点被定义为学位中心的总和的平均值,中间性中心,中心的亲密接触。网络中的每个节点的重要性所描述的综合值,如表所示8。

从结果的综合价值,不安全事件的案例集采用在这种情况下,没有造成严重后果的,所以安全着陆(V20)可以被消除。这时,复飞航班(V2)的综合价值是最大的,表明回合飞行是最关键的因素导致飞行冲突。冲突解脱(C22),后货舱门警告灯(F12),暂停起飞后续活动(F5),视觉维护(C26),和其他节点施加重大影响飞行冲突,并从分析所得的结论也与实际情况一致。

5.5。断链控制策略

执行情况分析通过使用大量的情况下,找到影响结果的关键节点的事件以及之间的关联和逻辑的关键节点,然后找出预防和控制策略。摘要V2是最关键的因素,可有效防止发生飞行冲突通过控制它。通过控制危险因素导致度假村(V2),它可以减少发生或改善回合的安全。对民用航空领域,最有效的策略包括加强能力的小型机场地区的天气预报,提高飞行人员的冲突解决能力和控制器在激烈争论的场景中,和开发设备提供机场地区冲突的预测能力。

6。结论

(1)摘要操作风险因素的识别机场跑道与交叉配置,和视觉模型的特点和关键节点的民用航空器飞行冲突场景进化方法描述阶段。(2)演化网络模型的民用航空器的飞行冲突场景方法构造阶段,其中包括169个节点和263个边缘。通过分析网络的参数,给出风险演化路径和网络的有效性验证。(3)飞行冲突场景进化和传播机制尚未详细分析,这将是下一个研究重点。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究的安全能力建设研究项目是由中国民用航空局(没有。ASSA2020/12)和基础研究基金为中央大学的中国民航大学(没有。3122018 f003)。

引用

1. h·高,x,他和詹,”研究的发展multi-runway机场Joperation在我的国家,”交通Qiye》,28卷,不。6日,60 - 61、2013页。视图:谷歌学术搜索
2. 中国民用航空局,条例同时平行跑道123号订单的仪器操作,中国民用航空局,北京,中国,2004。
3. 中国民用航空局,民用航空空中交通管理规则ccar - 93 tm - r5,中国民用航空局,北京,中国,2017。
4. b·杨“反射在虹桥机场跑道入侵,”喷气式飞机,没有。6,75 - 79年,2016页。视图:谷歌学术搜索
5. j .太阳>,d .姚明,“飞行冲突的处理从上海虹桥机场跑道入侵,”技术创新和应用,34卷,不。264,292年,页2016。视图:谷歌学术搜索
6. k . Mcgarry,“不要去那里:使用跑道路口灯为了防止跑道入侵,”《人为因素和人类工程学学会学报年会,52卷,不。1、16 - 20,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. m·p·ensen i s·怀亚特,t . l . Feyereisen和甘农,系统和方法确定起飞跑道的位置在一个十字路口霍尼韦尔国际公司,夏洛特,数控,美国,2014年。
8. d·g·盖特纳跑道安全跑道飞机抵达和起飞系统使用分割设计美国,2009年。
9. y燕、d .朱和张问:“研究区间交叉跑道之后,“中国科学技术信息,7卷,不。12日,43-47,2016页。视图:谷歌学术搜索
10. d·朱x周、吴t和k . Chen”评价相交的跑道容量成都新机场MACAD模型的基础上,“指挥信息系统和技术,7卷,不。6,40-44,2016页。视图:谷歌学术搜索
11. w . j . Wang邓、z .夏和j . Wan”运输航空飞行的风险评估方法,中国安全科学杂志卷,29号12日,第120 - 114页,2019年。视图:谷歌学术搜索
12. 王y高,x, d .郑”研究方法,预测在机场飞机飞行冲突的风险,”中国安全科学杂志,1卷,不。28日,第162 - 158页,2017年。视图:谷歌学术搜索
13. 吴x, z, c·杨,“短期飞行冲突决策模型,研究”科学技术和工业,19卷,不。4、112 - 116年,2019页。视图:谷歌学术搜索
14. 问:温家宝和w·陈,“飞行的解决策略冲突解决基于“两步法”、“高技术信,30卷,不。3、268 - 273年,2020页。视图:谷歌学术搜索
15. c . x孟,g . Chen郑,吴x,和g·朱,“深水钻井井喷事故风险评价模型基于风险熵和复杂的网络,”CIESC杂志,卷70,不。1,第397 - 388页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. 问:肖和l .粉丝”安全风险演化的两栖水上飞机在起飞和landing-based复杂网络,”复杂系统与复杂性科学,卷2,不。3、20 - 30,2019页。视图:谷歌学术搜索
17. w·杜研究复杂网络和网络航空运输系统的动力学中国科学技术大学,合肥,中国,2010。
18. j .杜分析与控制问题研究航空公司网络的稳定南京航空航天大学,南京,中国,2015。
19. z周,脆弱性分析民航陆基空中交通管制维护系统基于复杂网络理论中国民用航空飞行大学,德阳,中国,2018。
20. k .王研究基于复杂网络的交通拥堵识别和控制、中国民航大学、天津,中国,2018。
21. 跑,研究复杂网络模型PBN的空中交通控制系统操作中国民用航空飞行大学,广汉,中国,2020。
22. l . Tanguy n . Tulechki a . Urieli e·赫尔曼和c . Raynal”自然语言处理为航空安全报告:从分类交互分析,“计算机在工业领域卷,78年,第95 - 80页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. m·a·阿贝丁诉Ng, l .汗”导致识别从航空安全事件报告通过弱监督语义词典建设,“人工智能研究杂志》上,38卷,第631 - 569页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. 徐和s . Kumar“文本挖掘分类框架及其使用航空数据集实验,”《信息技术和系统的车间2015年美国达拉斯,TX。视图:谷歌学术搜索
25. 美国Kierszbaum和l . Lapasset蒸馏伯特申请问答上曾经报道,”学报2020年民航新趋势(NTCA),页33-38,布拉格,捷克共和国,2020年11月。视图:谷歌学术搜索
26. t·刘,”理论和方法构建重大事故灾难场景中,“复旦大学公共管理评论,9卷,不。2,46-55,2013页。视图:谷歌学术搜索
27. y盛”,研究应急准备能力基于场景的评估方法施工工艺、”安全科学与技术杂志》上,10卷,不。7,44-47,2017页。视图:谷歌学术搜索
28. j .回族“研究场景表达和场景实时应急决策之间的关系,“电子学报(社会科学版),14卷,不。1、52、2012页。视图:谷歌学术搜索
29. 2003年,http://news.qdu.edu.cn/news.Aspx?%20new%20sid=1514。
30. x孟、g .陈和h·朱“复杂网络分析海底管道泄漏的风险演变,“安全科学与技术杂志》上,13卷,不。4,26-31,2017页。视图:谷歌学术搜索
31. z姚明,k .商,徐x“加权网络的基本统计信息,”上海科学技术大学杂志》上,34卷,不。1,19-26,2012页。视图:谷歌学术搜索

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