塔臺模擬機航空器滑行沖突避讓設(shè)計與應(yīng)用

摘" 要：現(xiàn)實場景中的航空器滑行沖突避讓往往涉及復(fù)雜的人為因素，在保證管制模擬訓(xùn)練真實的前提下，為減少現(xiàn)實場景人為沖突避讓的對訓(xùn)練的流暢性和效率產(chǎn)生不利影響，該文提出塔臺模擬機航空器滑行沖突避讓設(shè)計和應(yīng)用?；谒_模擬機航班已規(guī)劃過的滑行路徑，結(jié)合地面滑行路徑特點，分析滑行沖突類型，提出對應(yīng)沖突避讓策略。仿真實驗表明，基于滑行路徑類型分析判定沖突后，使用沖突避讓策略，可以實現(xiàn)航空器自主沖突避讓，減少模擬訓(xùn)練航空器碰撞影響，提高管制培訓(xùn)效率。

關(guān)鍵詞：塔臺模擬機；滑行路徑；沖突類型；避讓策略；滑行路徑

中圖分類號：V355" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）08-0027-05

Abstract： Aircraft taxiing conflict avoidance in real scenes often involves complex human factors. On the premise of ensuring the authenticity of control simulation training， in order to reduce the adverse impact of human conflict avoidance in real scenes on training fluency and efficiency， this paper proposes a tower simulator aircraft taxiing conflict avoidance design and application. Based on the planned taxiing path of the tower simulator flight and combined with the characteristics of the ground taxiing path， the types of taxiing conflicts are analyzed and corresponding conflict avoidance strategies are proposed. Simulation experiments show that after conflicts are determined based on taxi path type analysis， aircraft autonomous conflict avoidance can be realized by using conflict avoidance strategies， so as to reduce the impact of aircraft collisions in simulated training， and improve the efficiency of control training.

Keywords： tower simulator; taxiing path; conflict type; avoidance strategy; taxi path

塔臺模擬機是一個用于培訓(xùn)航空管制員的模擬設(shè)備。它模擬了真實飛行塔臺內(nèi)的操作環(huán)境和工作流程，幫助培訓(xùn)航空管制員熟悉和掌握塔臺操作技能。航空器滑行自主的沖突檢測、沖突避讓是模擬現(xiàn)實場景飛行員等人為可以進行沖突避讓的策略，在塔臺模擬機中可以減少針對塔臺管制員訓(xùn)練的影響因素，提高培訓(xùn)效率。

2020年，康瑞等[1]提出了一個動態(tài)沖突風險計算模型，用于探測滑行沖突。2021年，康瑞等[2]構(gòu)建了一個評估模型，用于量化評估航空器在逆向滑行時的沖突風險。2022年，黃邦菊等[3]提出一種結(jié)合滑動時間窗和遺傳算法（GA）的沖突解脫模型，優(yōu)化滑行路徑距離。黃凱等[4]考慮不同機型的特性，建立識別范圍，定義滑行沖突狀態(tài)，提出預(yù)警方法。李慧盈等[5]針對航空器場面滑行中的不同沖突類型，構(gòu)建了運動模型，并以此為約束進行滑行路徑優(yōu)化。2023年，余洲等[6]使用三角模糊數(shù)表示航空器滑行時間，建立工作流網(wǎng)模型，計算滑行沖突概率。何康等[7]提出基于轉(zhuǎn)彎懲罰和A*算法相結(jié)合的算法模型，以減少滑行時間、轉(zhuǎn)彎次數(shù)和沖突。王元順[8]建立航空器滑行時空動力學模型，提出基于譜半徑理論的滑行沖突判斷方法，利用棱鏡空間理論量化滑行沖突風險。許敖洋等[9]基于油耗最少的航空器沖突解脫方法實現(xiàn)航空器在機場場面滑行時的路徑優(yōu)化。2024年，王興隆等[10]使用AM-LSTM模型預(yù)測航空器滑行軌跡，考慮航空器型號和滑行航向，以速度作為安全距離權(quán)重，識別滑行沖突風險。黃智靈等[11]構(gòu)建基于數(shù)字孿生的機場場面滑行沖突預(yù)測模型，通過數(shù)據(jù)交互及時預(yù)測場面沖突。張震亞等[12]提出了路由重新規(guī)劃和引導(dǎo)指令變更2種滑行沖突解脫方案，以適應(yīng)管制員在實際運行中的操作需求。綜合上述研究，多集中于根據(jù)預(yù)測滑行沖突提出了不同的模型和方法來計算沖突風險，優(yōu)化航空器的滑行路徑，但對于已經(jīng)規(guī)劃好的滑行路徑的航空器，在不同沖突類型所使用的沖突避讓策略提出較少。

文中通過滑行沖突分析構(gòu)建航空器場面滑行對頭沖突、交叉沖突、追趕沖突的沖突模型，分析不同沖突類型的沖突避讓策略，并基于福州長樂機場場面信息對航空器滑行沖突避讓進行設(shè)計和實現(xiàn)。

1" 滑行沖突分析

航空器地面滑行主要存在3種沖突方式，分別是對頭沖突、追趕沖突、交叉沖突。用A={A1，A２，…，An}表示航空器集合，用P={P1，P２，…，Pn}表示機場滑行路徑點的集合。用AiP={AiP1，AiP２，…，AiPn}表示航空器Ai的路徑點集合，用Dij表示航空器Ai和航空器Aj之間的距離。用？駐Dij表示航空器Ai和航空器Aj滑行時必須滿足的最低間隔標準，用？淄j表示航空器Ai的滑行速度。

1.1" 對頭沖突

機場運行航空器對頭沖突是指2架正在運行中的航空器在地面或跑道上相向而行，導(dǎo)致它們的航線相交或者很接近相交的情況。這種對頭沖突可能會造成航空器之間的潛在碰撞風險，如圖 1所示。

1.2" 交叉沖突

機場運行航空器交叉沖突指的是在機場地面操作過程中，2架航空器在交叉路徑上相遇或者相交造成潛在的碰撞風險的情況，如圖 2所示。

假設(shè)航空器Ai的滑行路徑為AiP={AiP1，AiP２，…，AiPn}，航空器Aj的滑行路徑為AjP={AjP1，AjP２，…，AjPn}，交叉區(qū)域O={Pw，Pu，P？淄，Pt}，交叉路徑半徑為D■，根據(jù)交叉沖突的特點，可知滿足交叉沖突情況如下。

1.2.1" 情況一

2" 沖突避讓策略

2.1 對頭沖突避讓策略

地面航空器航空器滑行速度較慢，在實際運行中機長可以通過觀察進行相向而行的沖突避讓。由于航空器無法自主倒退，對頭沖突只能使用拖車、牽引車將其推出或牽引離開滑行道進行沖突解脫。

2.2" 交叉沖突避讓策略

交叉沖突因航空器未來路徑的不同采用的避讓策略也有不同。

4" 結(jié)束語

塔臺模擬機模擬了真實飛行塔臺內(nèi)的操作環(huán)境和工作流程，幫助培訓(xùn)航空管制員熟悉和掌握塔臺操作技能。本文通過滑行沖突分析構(gòu)建航空器場面滑行對頭沖突、交叉沖突、追趕沖突的沖突模型，分析不同沖突類型的沖突避讓策略，并基于福州長樂機場場面信息對航空器滑行沖突避讓進行設(shè)計，驗證航空器沖突避讓功能，減少模擬訓(xùn)練航空器碰撞影響，提高管制培訓(xùn)效率。

參考文獻：

[1] 康瑞，楊凱.航空器跟隨滑行動態(tài)沖突風險計算模型[J].科學技術(shù)與工程，2020，20（18）：7336-7341.

[2] 康瑞，楊凱.航空器逆向滑行沖突風險評估模型[J].中國安全科學學報，2021，31（10）：39-45.

[3] 黃邦菊，史繼龍.基于改進GA的滑行道路徑?jīng)_突解脫研究[J].科技和產(chǎn)業(yè)，2022，22（10）：341-345.

[4] 黃凱，廉冠，向思源，等.基于航空器特性的滑行沖突預(yù)警方法[J].中國科技信息，2022（15）：39-40.

[5] 李慧盈，張明，劉思涵，等.基于沖突類型差異的航空器場面滑行路徑規(guī)劃[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2022，46（3）：400-405.

[6] 余洲，張兆寧.基于模糊數(shù)的機場滑行沖突預(yù)測方法[J].中國安全科學學報，2023.33（3）：90-95.

[7] 何康，吳紅蘭，宮淑麗，等.基于轉(zhuǎn)彎懲罰的機場滑行路徑優(yōu)化及沖突解脫[J].航空計算技術(shù)，2023，53（4）：71-75.

[8] 王元順.航空器場面滑行沖突風險預(yù)測及規(guī)避方法研究[D].桂林：桂林電子科技大學，2023.

[9] 許敖洋，趙浩然，馬雪，等.基于最少油耗的航空器沖突解脫方法研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023（10）：17-20.

[10] 王興隆，許晏豐.基于AM-LSTM的飛行區(qū)航空器滑行軌跡預(yù)測與沖突識別[J].中國安全科學學報，2024，34（1）：116-124.

[11] 黃智靈，張璐瑤，陳倩，等.基于數(shù)字孿生的機場場面滑行沖突預(yù)測模型構(gòu)建與分析[J].西華大學學報（自然科學版），2024，43（1）：8-15.

[12] 張震亞，席楊，馮巖.機場場面航空器滑行沖突解脫方案優(yōu)化研究[J].交通科技與管理，2024，5（3）：8-10.