面向降低机场噪声影响的飞行程序优化研究

发布时间：2017-08-09 10:00

  本文关键词：面向降低机场噪声影响的飞行程序优化研究

  更多相关文章： 机场噪声 减噪飞行程序 航迹聚类 飞行程序噪声评估 噪声最优航迹

【摘要】：机场噪声问题正成为我国全面建成绿色的现代化民用航空体系的障碍之一。民航发展必须以节能减排、保护环境为己任,然而人口密集区域的机场噪声情况正变得越来越严峻,人们的投诉日益增多,严重限制了民航业的持续健康发展。在我国由民航大国向民航强国转变过程中,航空运输量将进一步增长,机场噪声问题必然成为我国民航事业发展中不可回避的问题。为解决机场噪声这个复杂问题,研究基于飞行程序优化的机场噪声控制策略是一项具有重要意义的工作。由于飞行程序仅由有限的几个关键航路点表示,无法实现飞行程序噪声的评估与计算,论文首先研究了飞行程序的轨迹表示模型。在实施飞行程序的过程中,积累了大量的历史航迹,而这些航迹中隐含着非常重要的信息,将这些信息从原始数据集中挖掘出来并建立基于航迹聚类的飞行程序轨迹表示模型。采用直线航段与曲线航段组合的形式表示飞行程序的轨迹,为飞行程序噪声的量化分析与优化提供理论基础。为有效降低机场噪声影响,分析不同航班执行同一飞行程序产生的航迹以及相应的噪声监测数据,提出噪声最优航迹的概念。以噪声最优航迹为指导优化飞行程序,使航班执行优化后的飞行程序能避免飞过人口稠密区,从而降低机场噪声影响。以首都机场为例进行实验验证,将优化后的飞行程序导入综合噪声计算模型Integrated Noise Model(INM)中,计算噪声敏感区的噪声值以及不同噪声区间内的人口和面积,并绘制噪声等值线图。实验表明,所提出的基于噪声最优航迹的飞行程序优化方法具有可行性,能有效降低机场噪声影响。为满足航班进离场时降低机场噪声影响和控制飞行成本的需要,进行了飞行程序的多目标优化设计模型研究。综合飞行动力学和运动学,提出了使用状态向量和控制向量准确表示飞行程序的数学方法。基于模糊理论建立飞行程序噪声影响、飞行成本以及导航约束的满意度函数,并通过改进的模拟退火算法实现模型求解。仿真实验表明,该方法可以降低噪声影响,但是在绕飞噪声敏感区的前提下,降噪和控制飞行成本的目标不能同时满足最优,因此优化结果需要在降噪和控制飞行成本之间进行均衡考虑。
【关键词】：机场噪声 减噪飞行程序 航迹聚类 飞行程序噪声评估 噪声最优航迹
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V35
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题研究背景与意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.2.1 国外减噪飞行程序研究现状13
• 1.2.2 国内减噪飞行程序研究现状13-14
• 1.3 本文主要工作14-15
• 1.4 章节安排15-16
• 第二章 相关基础知识16-30
• 2.1 机场噪声知识16-21
• 2.1.1 机场噪声的危害16-17
• 2.1.2 机场噪声控制措施17-19
• 2.1.3 机场噪声评价指标19-21
• 2.2 飞行程序相关知识21-25
• 2.2.1 飞行程序的航段类型21-22
• 2.2.2 飞行程序的编码与存储22-25
• 2.2.3 飞行程序与机场噪声25
• 2.3 减噪飞行程序25-29
• 2.3.1 噪声优先跑道和优先航线26
• 2.3.2 减噪飞行程序实例26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 基于航迹聚类的飞行程序轨迹表示模型30-44
• 3.1 基于CURE算法的航迹聚类模型30-36
• 3.1.1 航迹数据的特征分析30-31
• 3.1.2 基于航迹间面积加权的航迹相似性度量方法31-34
• 3.1.3 聚类及CURE算法基本思想34
• 3.1.4 CURE算法在航迹聚类中的应用34-36
• 3.2 终端区飞行程序的轨迹确定36-37
• 3.3 航迹矢量化方法研究37-39
• 3.3.1 最小二乘法拟合直线段航迹37-38
• 3.3.2 几何分析法拟合曲线段航迹38-39
• 3.4 实验设计及结果分析39-43
• 3.4.1 二维航迹聚类结果分析39-41
• 3.4.2 飞行程序轨迹的确定41-42
• 3.4.3 飞行程序轨迹的矢量化表示42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 面向降低机场噪声影响的飞行程序优化44-67
• 4.1 飞行程序噪声评估模型44-50
• 4.1.1 飞行程序航迹信息分析44-47
• 4.1.2 单航迹噪声计算模型47-48
• 4.1.3 基于单航迹噪声加权的飞行程序噪声评估模型48-50
• 4.2 基于噪声最优航迹的飞行程序优化50-55
• 4.2.1 机场周边噪声敏感点人口分布50-51
• 4.2.2 同一飞行程序的运行航迹产生的机场噪声水平分析51-52
• 4.2.3 噪声最优航迹的定义52-53
• 4.2.4 基于噪声最优航迹的飞行程序优化方法研究53-55
• 4.3 基于模拟退火算法的飞行程序优化55-61
• 4.3.1 多目标模型55-57
• 4.3.2 飞行程序轨迹建模57-58
• 4.3.3 多目标模糊满意度分析58-59
• 4.3.4 基于模拟退火的飞行程序优化算法实现59-61
• 4.4 实验设计及结果分析61-66
• 4.4.1 实验数据61-62
• 4.4.2 实验结果及分析62-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75
• 作者简介75

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本文编号：644664