有人无人融合运行下空域宏观交通风险建模与评估方法

摘要

有人与无人驾驶航空器融合运行为空域安全评估带来了全新挑战。现有风险评估研究主要聚焦于基于轨迹推演的战术级碰撞风险评估，缺乏面向空域规划设计的战略级系统层面风险评估。为全面评估空域安全水平，确保大型无人机规模化安全融入管制空域，研究了有人无人融合运行下空域宏观交通风险建模与评估方法。从航路与交叉点结构特征入手，构建了基于几何形态与冲突临界断面的空域静态风险指标；基于交通流运行特性，从水平和垂直这2个维度提出了空域动态风险指标；通过将静态复杂度与动态冲突风险进行耦合，建立了综合反映空域结构静态特征与航空器运行动态特征的融合空域交通风险评估模型。在此基础上，以上海4个区域扇区为例，进行有人机运行场景下风险评估分析，以此验证模型的可行性和有效性并获取空域目标安全水平；进而设计仿真实验，探究融合运行下异质交通流速度差、间隔、混合比3个参数对风险的影响机理；并以不超过空域目标安全水平为准则，进行等效风险下有人无人融合运行判定，评估各有人机航路允许引入的无人机架次。结果表明：(1)速度差和间隔是风险的核心驱动因素，混合比对空域交通风险的影响与间隔值设定有关，当有人无人间的最小安全间隔远大于有人机间的最小安全间隔、无人机间的最小安全间隔时，无人机占比为50%左右时风险最高；(2)速度差、间隔和混合比3个参数间存在复杂协同作用，无额外高阶耦合效应；(3)高初始风险时段不利于引入无人机融合运行。

关键词

交通安全 / 有人无人融合运行 / 空域风险评估 / 复杂性 / 融合运行判定 / 空中交通管理

基金资助

国家重点研发计划项目（2022YFB4300905）; 国家自然科学基金面上项目（52472346）资助