[00132952]航空交通态势计算基础理论和关键技术研究

航空交通态势感知通过获取空中交通对象的行为信息,掌握交通系统整体运行态势,进行科学的评估与决策,是航空交通系统运行监控的技术核心。自1988年由美国空军首席科学家Endsley提出以来,已成为航空交通、地面交通、网络管理、军事作战等领域的共性基础理论。本项目针对航空交通系统对象高动态、异质性强,系统耦合紧密等特点,围绕亟待解决的动态平台运动目标行为获取、交通态势动态生成、大范围交通态势统一调控三大瓶颈性难题,构建了航空交通态势计算的完备理论框架,突破了复杂航空交通系统运行监控中的关键技术。主要理论贡献如下所示： 1、交通对象行为获取的动态视觉计算 航空交通系统中平台与对象的双重运动性,特别是后者运动的异质性,导致感知数据存在时空缺失、不一致等欠完备特性,动态平台下交通对象行为的快速准确获取十分困难。本项目针对交通视觉感知数据的欠完备性问题,建立了运动目标检测的组合分类计算模型与算法,拓展了多性能指标相互制约下分类器优化集成的设计理论;提出了感知信息欠完备条件下的运动目标关联检测与成组跟踪方法,实现了平台与对象双重运动时交通对象行为的快速准确获取。该研究工作发表在IEEE T-ITS、IEEE T-SMCB等高水平国际期刊上,SCI他引82次,获发明专利6项。 2、交通系统态势生成的演化计算 现有单一、确定性的交通态势生成方法缺乏考虑航空交通对象异质性、自主性与交通系统整体态势的内在联系,难以准确生成交通系统的整体态势信息。本项目针对航空交通系统的时变性和耦合性问题,建立了基于多主体演化的交通态势系统级演化计算模型,揭示了航空交通态势从微观到宏观的演变机理;构建了交通态势演变影响要素分析的理论框架,提出了跨尺度的交通态势演化生成方法,通过局部小尺度态势到全局大尺度态势的演化,解决了多尺度动态航空交通态势的准确动态生成问题。该研究工作发表在EPL、IEEE T-EC、Physica A等高水平国际期刊上,SCI他引230次。 3、交通系统运行调控的智能计算 航空交通系统规模大、结构与流量耦合紧密,现有局部、孤立式的交通运行调控方法缺乏考虑局部关联约束对系统全局的内在影响,难以获得最优的调控方案。本项目构建了拓扑结构与交通流量的耦合机理分析框架,提出了交通系统运行特性分析方法,揭示了交通流量的时空演化规律,为高效的统一运行调控提供了理论依据;提出了航空交通系统的大规模协同优化调控方法,有效克服了波及性拥堵问题,实现了大规模、强关联复杂航空交通系统的高效统一调控。该研究工作发表在Physica A 、IEEE T-EC等高水平国际期刊上,SCI他引182次,获发明专利3项。 基于上述理论研究,本项目在中国民航重大工程中获得成功应用。交通对象行为获取方面的研究成果支持中国民航飞行校验平台取得了国际民航最权威的美国联邦航空局的适航认证,使我国成为继欧美之后具有飞行校验设备自主研制能力的国家;交通态势生成与调控方面的研究成果提高了我国航空交通系统运行的效率与安全性,有效缓解了空中交通拥堵,取得了显著的社会效益和经济效益。