民航安全与管理

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  • 1  适航审定“三性”理念与模型分析
    殷时军,孙建红,王大蕴
    2022, 54(5):843-850. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.010
    [摘要](468) [HTML](476) [PDF 855.60 K](3863)
    摘要:
    适航审定是国际通行的为保障民用航空安全而开展的依法行政行为,是国家民用航空工业核心竞争力的重要组成部分,是促进民用航空工业健康发展、推动国民经济战略转型的重要力量。本文提出适航审定“三性”模型,针对各国适航审定技术标准一致性、适航管理标准差异性、适航审定结果可接受性,从理念、模型、实践等方面进行深入分析,揭示了适航审定“三性”关系的理论内涵,构建了适航审定“三性”之间的关系模型,通过该模型的研究指导我国开展适航国际合作和适航法规体系建设,并在适航审定实践中验证了“三性”模型的有效性。通过适航审定“三性”的研究,可以不断提高技术标准一致性,缩小管理标准差异性,确保审定结果被国际社会广泛接受,增强中国民航适航审定国际话语权和影响力,为我国民用航空工业发展壮大、走向世界营造更公平的国际政策环境。
    2  空中交通自主间隔管控技术研究
    蔡开泉,赵鹏
    2022, 54(4):688-699. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.04.016
    [摘要](562) [HTML](550) [PDF 951.27 K](2182)
    摘要:
    空中交通自主间隔管控是通过将地面管制系统的间隔管制任务部分或全部转移到航空器端,实现空地分布式的间隔保持与安全管控,进而达到改善空中航行的灵活性与效率的目的,是国际民航下一代空中交通管理系统发展的前沿技术方向。本文总结分析了空中交通自主间隔管控的国内外发展现状与技术挑战,重点从机载飞行态势感知、机载航迹规划与控制、空中交通自主运行管控3方面综述了技术研究进展,归纳了3方面技术的发展趋势,并指出了未来研究的思路与方向。
    3  基于改进NSGA-Ⅱ算法的航班战略冲突解脱研究
    徐满,胡明华,张颖,江灏
    2022, 54(6):1131-1137. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.06.016
    [摘要](346) [HTML](210) [PDF 1.35 M](2855)
    摘要:
    设计了一种改进的非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ, NSGA-Ⅱ)解决战略阶段轨迹规划大规模优化问题。在经典的NSGA-Ⅱ的框架下,采用一种自适应交叉算子与自适应变异算子加快算法的收敛速度并提高解的质量,同时给出衡量Pareto解集优劣的评价指标。大规模四维航迹的引入不可避免地增加了问题的复杂性,本文提出了一种有效的战略冲突解脱模型,旨在最小化潜在的冲突数量和冲突解脱成本。采用中国航路网络繁忙时段1 472架航班进行实例验证,并所提算法与经典的NSGA-Ⅱ算法及MOEA/D进行对比。实验结果表明,改进的NSGA-Ⅱ算法具有更好的优化效果,能够有效地解决航空器之间的冲突并产生较小的航空器航迹调整量。
    4  基于贝叶斯网络的空中交通运输系统韧性评价
    王兴隆,赵俊妮,贺敏
    2022, 54(6):1121-1130. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.06.015
    [摘要](376) [HTML](238) [PDF 1.59 M](3028)
    摘要:
    为准确刻画空中交通运输系统安全保障能力,引入韧性概念评估其抵御风险与恢复水平。建立层次化的贝叶斯网络模型,分析影响空中交通运输系统正常运行因素,评价系统韧性,并对2010—2019年中国空中交通运输系统韧性及变化趋势进行定量分析。通过调整模型各结点,分析因素对系统整体韧性水平的影响,以新冠疫情下底层结点的变化情况为例对系统整体韧性水平变化进行评估。研究结果表明,空中交通运输系统的总体韧性评价值在54%~60.2%之间,且随着社会经济不断发展呈现波动上升的趋势。在新冠疫情影响下系统服务水平受到较大影响,但系统整体仍能维持一定的韧性。贝叶斯网络模型较好地量化了空中交通运输系统韧性,是提高系统韧性的基础,为空中交通运输业可持续发展及抵御冲击提供有效调控策略和理论方法。
    5  基于改进防碰撞策略的两端式双堆垛机出入库优化研究
    耿赛,王雷,李东东
    2022, 54(6):1159-1168. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.06.020
    [摘要](310) [HTML](237) [PDF 914.26 K](2748)
    摘要:
    针对大型自动化立体仓库出入库路径优化调度难的问题,在采用两端式双堆垛机出入库调度模型的基础上,提出改进的防碰撞原则,避免两堆垛机同时运行时碰撞;并结合最优防碰撞边界检验机制,在保证防碰撞的前提下,为两堆垛机划分了最佳的工作区域。提出一种新型改进遗传算法(New improved genetic algorithm,NIGA),能够根据种群适应度值的集中分散程度,来调整遗传算法的进化结构,从而有效提高算法的收敛速度以及跳出局部最优的能力。运用NIGA算法对双堆垛机的调度路径进行优化,并在算法的每一次迭代中嵌入改进的防碰撞原则和最优防碰撞边界检验机制,最终得到两端式双堆垛机出入库优化的最优解。仿真实验结果表明该策略可以有效防止两堆垛机发生碰撞,大型立体仓库货物出入库的效率有了明显提高。
    6  一种融合神经网络与熵权法的多用户飞行程序评价体系
    沈志远,李贺,谢辉,李云翔
    2023, 55(6):1055-1064. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.012
    [摘要](73) [HTML](47) [PDF 846.48 K](290)
    摘要:
    飞行程序人员主要依据国际民航组织(International Civil Aviation Organization, ICAO)第8168号规章从飞行安全考虑,兼顾部分经济性指标进行程序设计。目前,飞行程序设计鲜有考虑所涉及的不同用户的需求。同时,对飞行程序的评价主要依据专家经验打分,缺少对客观因素的分析。本文面向飞行程序涉及的4个用户,提出了一种融合神经网络与熵权法的飞行程序评价体系。首先,分析了飞行员、民航管制员、军航管制员、机场和城市规划部门4个飞行程序用户对飞行程序的需求,从而基于多用户需求建立了飞行程序的三级评价体系。再次,通过利用基于神经网络计算的主观权重以及基于熵权法的客观权重,利用博弈论框架得到了一种综合性主客观权重的评价体系。最后,基于中国西部某军民航合用机场的离场程序,对评估体系进行了实例验证,并对程序中的改进方向提出了建议。综合多用户需求的飞行程序将在空域资源受限条件下进一步提升空中飞行效率,降低延误。
    7  连续下降运行中的飞行冲突预测与解脱算法
    魏志强,徐光钰
    2023, 55(1):123-130. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.01.015
    [摘要](152) [HTML](90) [PDF 1.75 M](944)
    摘要:
    针对连续下降运行(Continuous descent operation,CDO)中的航空器冲突预测与解脱策略问题,构建了四维航迹(Four-dimensional trajectory,4DT)预测模型,实现飞行冲突的准确预测;以燃油消耗量、冲突时长为优化目标,以航空器在连续下降运行时的飞机速度、下降轨迹角(Descent path angle,DPA)为优化变量,基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现飞行冲突解脱。最后以某终端区内多机CDO飞行为例进行冲突预测和解脱,分析了优化目标权重系数对空域内平均耗油量和优化变量影响。结果表明,给出的解脱算法可以实现终端空域内的多机无冲突连续下降运行。与优化前相比,20架飞机的平均耗油节约了11 kg/架,空域内飞机之间的飞行冲突累积时间从984 s减少到0,即消除了飞行冲突。研究结果有助于实现空域内多机无冲突连续下降运行,提高CDO在繁忙机场的实施率和运行效果。
    8  基于VMD-LSSVM的扇区流量短期预测
    王飞,孙鹏飞
    2023, 55(6):1033-1043. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.010
    [摘要](88) [HTML](37) [PDF 2.30 M](272)
    摘要:
    对扇区流量进行短期预测,是精准实施扇区流量优化和管理措施的前提。基于分解集成预测方法论,建立了变分模态分解-最小二乘支持向量机(Vibrational mode decomposition-least square support vector machines,VMD-LSSVM)预测模型。首先,应用变分模态分解(Vibrational mode decomposition,VMD)方法将扇区流量时序数据分解为若干个模态;然后,使用最小二乘支持向量机(Least square support vector machines,LSSVM)模型分别对模态进行预测;接着,对模态的预测结果进行加和集成,得到了最终的预测值。算例计算结果显示,针对60 min统计尺度流量时间序列,VMD-LSSVM模型在1~6 h的均等系数(Equal coefficient, EC)值为0.97,在7~12 h的EC值为0.94;与差分自回归滑动平均模型(Autoregressive integrated moving average model,ARIMA),反向传播(Back propagation,BP)神经网络和LSSVM单一模型相比,VMD-LSSVM模型1~6 h的EC值分别提升了11.5%、7.8%、4.3%;与完整聚合经验模态分解(Compete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, CEEMDAN)-LSSVM、CEEMDAN-BP和VMD-BP相比,提升了2.1%、6.6%、5.4%;与30 min和15 min统计尺度相比,的EC值分别提升了6.6%和19.8%;针对时间普适性的8次实验,EC值均在0.94以上,针对27个扇区普适性的实验,有24个扇区的EC值在0.9以上。算例结果表明,VMD-LSSVM模型具备良好的预测性能和较好的普适性,用于扇区流量短期预测是可行的和有效的。
    9  基于Copula的民航发动机性能参数阶段可靠性评估
    李耀华,张铖
    2023, 55(6):1081-1088. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.015
    [摘要](52) [HTML](38) [PDF 1.29 M](287)
    摘要:
    民用航空发动机的性能参数状态呈现多阶段变化特性,目前性能参数状态的评估方法不能有效利用状态监控大数据准确识别其对民航发动机性能的影响,据此提出一种新的考虑民航发动机性能参数状态动态演变阶段相关性的可靠性评估模型。模型根据变点分阶段的特性利用动态Wiener过程对民航发动机性能参数状态进行表征,利用Copula函数建立阶段性动态Wiener过程的联合概率分布函数模型,同时结合民航发动机性能参数状态演变的首达阈值的数学性质,利用蒙特卡洛仿真抽样法进行可靠性评估。利用航空公司实际的状态监测数据验证所提模型的优越性,结果表明,相较于不考虑演变阶段间相关性的模型,所提模型对评估民航发动机性能参数的状态可靠性的平均误差降低了约12.9%。
    10  基于空中交通运行水平的航季划分方法
    谢华,王媚乙,杨磊,孙亚
    2023, 55(5):878-887. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.014
    [摘要](90) [HTML](75) [PDF 1.37 M](237)
    摘要:
    为了优化航班时刻资源的配置,提高民航航班正常性,本文针对大范围空中交通运行水平下的航季划分方法进行了研究。利用动态时间规整算法分析空中交通运行效率指标的月度时间序列相似性,建立航季划分多目标优化模型,运用带精英策略的快速非支配排序遗传算法进行划分求解,并采用带熵值的TOPSIS法对帕累托解进行评价,给出了各划分角度下最优航季划分结果,并分析了不同空中交通运行水平下的航季划分结果及权值设定对结果的影响。结果表明,在综合考虑空中交通运行水平评价指标影响的情况下,随着权值的变动,各划分角度下最优航季划分结果稳定。本文所提出方法不仅适用于大范围空域环境的航季划分,同样适用于探索单个机场运行的航季模式,为民航局和机场科学制定航班计划提供依据。
    11  基于多智能体航空公司航班恢复协同决策方法
    季灵,吴薇薇,吴思韵,高强,刘硕
    2023, 55(5):868-877. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.013
    [摘要](132) [HTML](73) [PDF 1.75 M](276)
    摘要:
    航空公司进行航班延误恢复时,各种资源之间会通过航班计划产生间接关联,此时各决策单元若独立地考虑本领域内的资源恢复问题,将难以保证恢复方案的整体可行性和全局优化性。为探究航空公司航班恢复过程中各决策部门的决策模型及其协同关系,本文提出了基于多智能体技术的航班恢复协同决策仿真方法。首先,基于航空公司实际组织架构构建了航班恢复多智能体决策系统框架;其次,对部门间协同决策的动态过程进行了分析,将延误恢复的全过程分为了预恢复、可行解协商、均衡解协商3个阶段,构建了三阶段协同决策机制;最后,根据不同资源的恢复特性建立各决策部门的核心决策模型与部门间自动协商模型,并基于多智能体系统进行仿真。仿真结果显示,基于多智能体的协同决策方法能够在3.8 s的极短时间内针对1天中包含3架飞机和12个航班的航班计划做出完整的延误恢复方案,并且能够在保障航空公司整体效益的情况下一定程度地平衡各决策主体的自身利益。
    12  基于数字孪生的航班链延误动态预测模型
    丁建立,吴俣
    2023, 55(5):859-867. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.012
    [摘要](125) [HTML](73) [PDF 1.44 M](284)
    摘要:
    针对复杂多变的航班运行环境,提出一种基于数字孪生的航班链延误动态预测模型,以改善传统预测方法的精度及自适应性。模型基于数字孪生航班链系统构建,采用滑动窗口下的多通道特征建模完成单元级航班延误预测,并提出一种混合优化策略进行模型参数的动态优化,最后通过孪生数据驱动的链式分析方法实现了全航班链的延误分析与修正。采用国内航班数据进行实验,得到在各个窗口下的航班延误平均绝对误差(Mean absolute error, MAE)为11.79 min,低于其他基线模型和静态模型;且引入孪生数据驱动分析和修正后,紧随其后的航班预测误差比此前进一步降低了6.44%。结果表明,模型有利于数字孪生航班链系统实现虚实交互,并具有优良的预测精度和自适应性。
    13  航空公司欧美国际航线运营持续时间生存分析
    马昕瑶,唐小卫,王立文,张生润
    2023, 55(2):320-328. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.02.018
    [摘要](118) [HTML](47) [PDF 566.31 K](658)
    摘要:
    航空公司航线进入后的运营可持续性直接影响其盈利水平。基于生存分析方法探究影响航线运营持续时间的因素,从成本和供给特征、航线和机场特征、市场结构特征、航司合作类型和时间异质性5个方面选取关键因素,以自由化程度较高的欧美跨大西洋市场为实证对象,研究年份为2003—2021共19年,采用Kaplan-Meier方法进行单因素分析,并构建威布尔参数生存模型分析影响因素与航线运营持续时间的定量关系。结果表明:(1)航司在欧美航线的平均运营持续时间为5年,持续运营超过10年的航线占比为16%;(2)距离、航司投入总运力、航线结构、端点机场类型和竞争程度、航司类型及所属区域和联盟对航司航线运营持续时间具有显著影响;(3)联盟和代码共享独立变量和交互变量均对航线生存产生显著影响,星空和天合联盟成员的航线运营持续时间更长,联盟成员在代码共享合作时承担不同承运人角色对航线退出风险影响存在显著差异。
    14  基于改进NSGA-Ⅱ的停机位预分配优化
    刘禹汐,刘继新,田文
    2023, 55(2):329-338. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.02.019
    [摘要](108) [HTML](46) [PDF 2.30 M](778)
    摘要:
    随着民航运输业的发展,航班密度不断增加,大型机场的近机位资源紧张问题日益突出,降低了航班保障效率。为了探索大型枢纽机场停机位预分配问题综合有效的解决方法,从航空公司、机场和旅客的实际情况出发,建立多目标停机位分配优化模型,并设计了改进的带精英策略的非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithms-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对模型进行求解,得到一组Pareto前沿解。。在交叉和变异操作阶段,对种群个体以指数形式自适应地调整交叉率和变异率,以此提高算法的收敛速度和优良解的多样性。实例验证结果表明,该模型和改进算法相较于人工分配和传统NSGA-Ⅱ算法对停机位指派的优化结果更为突出,尤其在靠桥率和被使用的停机位数量方面;同时利用性能评价指标对比两种算法,发现改进型NSGA-Ⅱ算法更适合停机位预分配问题的求解。
    15  面向港湾机坪的停机位指派优化
    姜伟华,王雅莎,姜雨,胡志韬,张洪海
    2023, 55(6):1072-1080. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.014
    [摘要](78) [HTML](62) [PDF 1.76 M](259)
    摘要:
    停机位指派问题是机场运营管理的核心问题。现有的停机位指派问题研究集中在提高停机位的利用效率上,而忽略了停机坪的运行安全。针对这一问题,本文以最大化近机位利用率和最小化鲁棒性损失为目标,提出一个考虑港湾安全约束的停机位指派模型;提出一种可精确求解面向港湾机坪的停机位指派问题的分支定价算法;利用机场实际数据验证提出的模型和算法。实验结果表明,在小、中、大规模算例中分支定价的最优解比CPLEX分别改进了0.3%、17.3%、26.7%,在中大规模算例中有明显的优势。在小、中、大规模算例中,本文的设计能分别预先避免27.16%、16.35%、11.01%的航空器发生港湾冲突。在提高近机位利用率和指派计划鲁棒性的同时,提高了机坪的安全性。
    16  基于分类与优化的进场航空器调度方法
    杜卓铭,张军峰,杨春苇
    2023, 55(6):1065-1071. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.013
    [摘要](73) [HTML](51) [PDF 2.56 M](265)
    摘要:
    为兼顾进场运行效率与管制工作经验,提出了一种基于分类与优化的进场调度方法。在分析进场管制特点的基础上,将进场排序问题转化为机器学习领域的分类问题,并构建随机森林分类器预测航空器着陆次序;利用综合得分机制和滑动时间窗实现进场航空器动态在线排序;针对预测着陆次序建立多目标优化模型,实现着陆时间优化;采用长沙黄花机场3组繁忙时段的进场运行数据,验证方法的可行性。结果表明:随机森林分类器预测着陆次序与实际着陆次序高度吻合,正确率达到99.00%以上;相比于传统先到先服务策略,本文方法减少了平均延误时间、平均飞行时间、最大飞行时间、最大延误时间和着陆位置变动次数;相比于常规优化方法,本文方法能够在保障优化指标的基础上,将航空器着陆位置变动由12次降为2次。
    17  考虑航班重分配的航班计划网络鲁棒性评估
    李善梅,胡锦标,许思莹,孙登江,韦正昊
    2023, 55(6):1044-1054. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.011
    [摘要](77) [HTML](55) [PDF 1.92 M](249)
    摘要:
    为提升航班计划的鲁棒性,提出基于航班重分配策略的航班计划网络鲁棒性的评估方法。首先,提出航班计划网络的构建方法,分析航班计划网络的无标度和小世界特性。给出航班计划网络鲁棒性的定义,以及航班重分配策略,重分配方式包括延迟起飞、取消起飞和转移起飞。基于复杂网络理论,从功能和结构两方面构建鲁棒性指标,并进行综合计算。最后以2019 年上半年我国航班计划为例,采用本文方法分别对随机攻击和蓄意攻击下每小时航班计划网络的鲁棒性进行动态计算,分析航班计划网络鲁棒性与攻击时段、攻击机场数量、容量损失率和指标权重的关系。结果显示,随机攻击下,攻击机场数在20以内时,航班计划鲁棒性变化不大。蓄意攻击下航班计划网络鲁棒性较随机攻击有大幅下降,尤其对于高峰时段内机场容量损失率达10%及以上时,鲁棒性下降更为明显,并挖掘出使网络综合效率下降较快的7个关键机场。不同权重设置对鲁棒性较差时段的识别影响较小。结果表明,本文方法能实现不同时段航班计划网络鲁棒性的动态评估,并能挖掘出对航班计划编制和实际运行具有重要意义的规律。
    18  基于UKDE和XGBoost的航班过站时间动态预测
    吴薇薇,熊奥萍,唐红武
    2023, 55(6):1016-1024. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.008
    [摘要](114) [HTML](50) [PDF 1.81 M](268)
    摘要:
    为了提高机场运行高峰时航班过站时间预测的精度及可靠性,研究了一种结合无偏核密度估计(Unbiased kernel density estimation, UKDE)和极端梯度提升决策树(Extreme gradient boosting, XGBoost)模型的航班过站时间动态预测方法。首先,考虑模型输入变量航班密度的连续性和不确定性变化,利用UKDE法估计机场航班密度,将其作为动态指标输入模型。其次,引入量子粒子群(Quantum particle swarm optimization, QPSO)法优化XGBoost模型。最后,考虑前序航班延误发生前后输入特征的变化,利用初始预测结果对航班密度进行修正,得到二阶段预测结果。研究结果表明:本文方法在高峰时段的预测平均绝对误差为7.365 min,效果优于随机森林(Random forest, RF)、粒子群(Particle swarm optimization, PSO)-XGBoost和XGBoost,修正后的预测结果平均绝对误差减少了3.373 min;模型输入参数按敏感性程度由高到低依次为航班密度、前序航班提前到港时间和延误到港时间。
    19  考虑跑道复杂依赖关系的多目标飞机排序模型
    陈可嘉,司徒腾宽,林鸿熙
    2023, 55(6):1025-1032. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.009
    [摘要](88) [HTML](41) [PDF 688.24 K](249)
    摘要:
    考虑跑道间复杂依赖关系和依赖跑道上动态间隔约束,研究了同时存在依赖、独立跑道的多目标进离场飞机排序问题。以降低航空公司延误总成本和降低旅客总延误时间为目标,建立了跑道复杂依赖关系下的多目标规划模型。通过重庆江北机场的3个实际算例,使用ε约束法求解多目标模型的Pareto最优解集。与未增加本文两处约束的传统模型进行对比显示,额外考虑复杂依赖关系后航空公司延误总成本减少了68.5%~80.3%,旅客延误总时间减少了68.8%~77.7%,额外考虑依赖跑道上动态最小间隔时间后航空公司延误总成本减少了20.4%~43.4%,旅客总延误时间减少了29.2%~42.5%。
    20  多旋翼混合动力无人机自适应能量管理策略仿真
    杨明堂,胡春明,徐胤泽,杜春媛
    2023, 55(6):1004-1015. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.007
    [摘要](128) [HTML](98) [PDF 3.39 M](405)
    摘要:
    为提高多旋翼混合动力无人机的运行稳定性、输出动力性和能量利用率,利用GT-Power和Simulink进行模型联合搭建,对比基于规则的能量管理策略及等效燃油最小消耗能量管理策略(Equivalent consumption minimization strategy, ECMS),设计开发了基于BP(Back propagation)神经网络优化的自适应ECMS(Adaptive-ECMS,A-ECMS)。仿真研究表明:A-ECMS在运行稳定性上,整体工况转速波动率为7.74%,较基于规则策略和ECMS都有明显降低;A-ECMS在复合扰动下和随机紊流下转速波动率分别为8.32%、7.18%,与基于规则策略和ECMS相比在突发工况下运行更为稳定。A-ECMS能有效提高混合动力系统动力性能,使发动机处于经济工况10 kW;可根据荷电状态(State of charge, SOC)变化实时对电池功率进行调整。A-ECMS平均燃油消耗率为297.585 g/(kW?h),整体燃油消耗量为3 755.31 g,与基于规则策略和ECMS相比明显较低,在各工况下运行时发动机工况点集中于燃油经济区,有效提高了系统经济性。
    21  基于平衡计分卡的航天器工程管理效能评估
    李清毅,郑舒文
    2023, 55(4):734-744. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.04.020
    [摘要](143) [HTML](95) [PDF 552.29 K](312)
    摘要:
    近20多年来,中国航天在多个技术领域取得了持续的进步和巨大成就,但与美国、俄罗斯等航天强国相比,技术和管理层面都存在一定差距。为提升我国航天领域的国际竞争力,加快建设我国航天空间和技术安全,航天工程管理效能作为决策与管理的重要依据,亟待进行评估与优化。在界定航天工程管理内涵的基础上,基于平衡计分卡(Balanced scorecard ,BSC)方法,通过设计一套管理评估模型和管理评估方法以开展航天工程管理效能评估。其中模型从价值、顾客、运营管理、成长发展4个维度构建出评估指标框架,并细化到各级指标的可考核内容,通过打分法、权重法相结合的方法开展管理评估。同时,对BSC在实际应用中可能存在的问题和关切点进行了分析,并结合具体案例提出了航天工程管理层面的评估设想,指出了选用指标和评估权重建议。本文致力于对航天体系管理效能的实际评估提供参考借鉴,帮助促进航天领域高质量、高效率、高效益的发展。
    22  自动飞行模式转换逻辑的形式化建模与验证
    李俊安,胡军,王立松,黄志球,蔡鑫
    2023, 55(5):768-779. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.003
    [摘要](237) [HTML](163) [PDF 2.65 M](452)
    摘要:
    自动飞行控制系统(Automatic flight control system,AFCS)是现代飞机中重要的安全关键系统之一,飞行引导控制系统(Flight guidance control system,FGCS)是其重要的组成部分。FGCS中的飞行模式有数十种,模式转换逻辑十分复杂,在各个模式间转换时易出现模式混淆等问题,难以对其安全性和正确性进行验证。而利用计算机科学中的形式化方法,通过对安全关键系统进行形式化建模和验证,可以提高系统的正确性和安全性。本文以典型 FGCS 中的自动飞行模式转换逻辑作为研究对象,采用自主研制的软件工具ART(Avionics requirement tool)对其进行形式化建模与验证,并与Matlab/Simulink中的Design Verifier工具进行了验证能力和效率的对比分析。实例研究结果表明,采用形式化方法对FGCS的自动飞行模式转换逻辑进行建模、验证可行,所研制的软件平台具有更完善的验证能力和更好的验证效率。
    23  航天器模型预测控制方法综述
    沈强,赵泽阳,康泽禹,张祎
    2023, 55(6):941-955. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.001
    [摘要](413) [HTML](252) [PDF 873.56 K](671)
    摘要:
    随着人类航天活动的增加,空间任务正朝着需要满足多重约束和高性能的方向发展。模型预测控制(Model predictive control, MPC)得益于其在处理约束优化问题上的能力,近年来已在航天器控制中得到了广泛研究。本文首先回顾了MPC的发展历程,并基于该方法的基本形式,对其在航天器中的应用做了分类研究。然后,针对空间环境中的不确定性,依次总结鲁棒和随机两种MPC方法以及它们在航天器上的应用情况。在此基础上,考虑到航天器的安全性问题,总结现有研究中关于避障和容错的预测控制方法。针对MPC方法计算量大的缺陷,本文也从控制器的求解策略和求解方式出发,梳理了具有高计算效率的模型预测控制方法,包括分散式/分布式方法以及显式方法。最后,根据航天器的当前实际需求和未来发展,为MPC方法在航天器控制中的进一步研究提出了几点建议。
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