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機場運行控制技術發展與應用 版權信息
- ISBN:9787030719324
- 條形碼:9787030719324 ; 978-7-03-071932-4
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
機場運行控制技術發展與應用 本書特色
本書系統闡述民航機場運行與控制系統及其相關技術的基本理論和應用。
機場運行控制技術發展與應用 內容簡介
本書系統闡述民航機場運行與控制系統及其相關技術的基本理論和應用。通過對民航機場運行控制技術的分類以及對民航機場航班運行控制系統深入淺出的剖析,從系統的發展階段、演變歷程、核心體系架構、主要功能以及業務流程等進行多方面、多角度進行闡述,并對未來民航機場航班智能運行控制中的很好、前沿技術與系統進行了全面展望。 本書適合機場工程技術人員閱讀,也可供高等院校機場工程、機場信息技術、機場航班運行與控制、機場軟件信息技術等相關專業師生,以及民航企業、民航機場教學、培訓使用。
機場運行控制技術發展與應用 目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 民用航空與民航機場 1
1.1.1 民用航空概述 1
1.1.2 民航機場概述 4
1.2 機場運行控制技術 7
1.2.1 機場運行控制技術的概念 7
1.2.2 機場運行控制應用的劃分 8
1.2.3 機場運行控制系統的組成 11
1.3 機場運行控制技術發展 16
1.3.1 基于集中控制模式的機場運行控制系統 16
1.3.2 基于三級指揮調度模式的機場運行控制系統 17
1.3.3 基于AOC/TOC模式的機場運行控制系統 18
1.3.4 先進的場面活動引導控制系統 18
1.3.5 機場協同決策系統 18
1.3.6 多機場聯合運行指揮調度系統 19
第2章 機場運行控制技術理論基礎 20
2.1 Petri網理論基礎 20
2.1.1 Petri網的發展 20
2.1.2 經典 Petri網的基本原理 20
2.1.3 高級 Petri網的概念 24
2.1.4 分層賦時著色 Petri網 26
2.2 航班地面保障服務的建模分析 26
2.2.1 航班地面保障服務流程 26
2.2.2 基于著色時間 Petri網的保障服務建模 30
2.3 機場旅客流程分析及資源優化配置 33
2.3.1 航站樓旅客全流程 34
2.3.2 旅客離港流程 Petri網建模 36
2.4 機場場面活動引導與控制系統的建模分析 37
2.4.1 機場場面活動建模方法 38
2.4.2 機場場面運行分析 42
第3章 基于集中控制模式的機場運行控制系統 45
3.1 集中控制模式的概念 45
3.1.1 人工運行控制系統 46
3.1.2 單機運行控制系統 47
3.1.3 局域網運行控制系統 48
3.2 集中控制處理模型關鍵技術 49
3.2.1 集中管理與分布式控制模型 51
3.2.2 基于開放數據互聯的遠程監控與動態維護 54
3.2.3 航班信息源集中控制處理 56
3.2.4 多源集中控制子系統 58
3.3 應用案例 59
第4章 基于三級指揮調度模式的機場運行控制系統 62
4.1 三級指揮調度模式下的機場運行控制系統概述 62
4.1.1 三級指揮調度模式的概念 62
4.1.2 系統概述 67
4.1.3 系統功能 68
4.2 民航電報智能分析處理 70
4.2.1 民航航行電報格式 71
4.2.2 航行電報處理 73
4.2.3 民航航行電報智能分析專家系統 74
4.2.4 民航航行電報智能分析系統整體架構 74
4.2.5 民航航行電報智能分析系統軟件架構 75
4.3 智能化的實時監控和動態預警 76
4.3.1 智能預警理論基礎 77
4.3.2 民航機場動態智能預警模型 78
4.4 多航班自動關聯技術 80
4.5 航班地面保障服務流程自動控制 81
4.5.1 航班地面保障服務的概念 81
4.5.2 航班地面保障服務的設計 82
4.6 機場無線移動調度技術 85
4.7 應用案例 86
第5章 基于AOC/TOC運行模式的機場運行控制系統 93
5.1 AOC/TOC運行模式概述 93
5.1.1 AOC/TOC的概念 93
5.1.2 系統概述 96
5.1.3 系統功能 98
5.2 AOC/TOC運行模式下的業務流程體系 106
5.2.1 AOC/TOC運行現狀 106
5.2.2 AOC/TOC特點 108
5.2.3 AOC/TOC業務流程 108
5.3 異構智能信息交換平臺 112
5.3.1 XML技術概述 112
5.3.2 XML技術特性 113
5.3.3 XML技術的運用 115
5.3.4 IMF平臺 115
5.4 動態系統體系結構 117
5.4.1 OSGi技術概述 117
5.4.2 OSGi技術特性 118
5.4.3 OSGi技術構件開發 120
5.4.4 OSGi技術的優勢 122
5.5 應用案例 123
第6章 先進的場面活動引導控制系統 127
6.1 先進的場面活動引導與控制系統概述 127
6.1.1 A-SMGCS系統概念 127
6.1.2 A-SMGCS系統功能 129
6.2 監視數據融合技術 132
6.3 沖突檢測技術 136
6.3.1 跑道沖突檢測技術 136
6.3.2 滑行道沖突檢測技術 139
6.4 路徑規劃技術 142
6.4.1 機場活動區運行建模 142
6.4.2 靜態路徑規劃 144
6.4.3 動態路徑規劃 146
6.5 燈光引導技術 150
6.6 應用案例 152
第7章 機場協同運行決策系統 155
7.1 機場協同運行決策系統概述 155
7.1.1 A-CDM系統概念 155
7.1.2 A-CDM功能 157
7.2 協同流量調配技術 163
7.2.1 機場協同流量調配 163
7.2.2 協同流量調配模型 164
7.3 協同時隙分配技術 166
7.3.1 地面延誤成本分析 166
7.3.2 時隙分配評價指標 167
7.3.3 協同進場時隙分配問題 168
7.3.4 協同離場時隙分配問題 169
7.4 協同航班調度技術 173
7.4.1 飛行延誤成本分析 173
7.4.2 基于優先權的協同調度 174
7.5 應用案例 176
第8章 多機場聯合運行指揮調度系統 184
8.1 多機場聯合運行概述 184
8.1.1 多機場系統的概念 184
8.1.2 多機場系統的特性 185
8.2 多機場聯合運行指揮調度系統的功能及架構 185
8.2.1 樞紐機場指揮調度地面服務子系統 187
8.2.2 樞紐機場指揮調度無線服務平臺 189
8.2.3 兩級智能信息服務平臺體系 190
8.2.4 多機場聯合運行指揮調度系統數據中心 191
8.3 無線專網一體化網絡技術 194
8.3.1 光纖專線接入技術 194
8.3.2 無線寬帶接入技術 195
8.3.3 數據交互 196
8.4 機場地面智能指揮調度平臺技術 198
8.4.1 RMI技術 199
8.4.2 規則引擎技術 201
8.4.3 ORM技術 201
8.4.4 異步網絡通信技術 202
8.5 面向中小機場的異地在線指揮調度托管技術 203
8.5.1 異地在線托管系統 204
8.5.2 OSGi技術 205
8.6 應用案例 207
第9章 智能新技術概述及機場應用 217
9.1 機場運營管理模式發展 217
9.2 機場智能新技術 218
9.3 云計算技術 219
9.3.1 云計算介紹 220
9.3.2 云計算在民航機場的應用 224
9.4 大數據處理技術 225
9.4.1 大數據介紹 225
9.4.2 大數據在民航機場的應用 228
9.5 物聯網技術 235
9.5.1 物聯網介紹 235
9.5.2 物聯網在民航機場的應用 238
附錄 縮略詞表 242
參考文獻 248
機場運行控制技術發展與應用 節選
第1章 緒論 1.1 民用航空與民航機場 1.1.1 民用航空概述 民用航空簡稱民航,是指使用各類航空器從事除軍事性質(包括國防、警察和海關)以外的所有航空活動。這個概念確定了民用航空是航空的一部分,并以“使用”航空器界定了它和航空制造業的界限,用“非軍事性質”說明了它和軍事航空的區別 [1]。 1.民用航空的分類 人類飛上天的活動開始于1783年蒙哥菲爾兄弟制造的熱氣球載人升空,隨后德國人開始用熱氣球運送郵件和乘客,但氣球是不可操縱的航空器,直到1852年法國出現了飛艇,才真正擁有了可進行操縱的、有動力的航空器 [1]。 1903年12月17日,萊特兄弟在美國北卡羅來納州的基蒂霍克駕駛“飛行者一號”飛機進行試飛。飛機在空中飛行了12秒,飛行距離為36.5米,這是人類**次可操縱的動力飛機的持續飛行,由此開啟了航空新紀元。 1883年3月20日在巴黎簽訂的《保護工業產權巴黎公約》是世界上**部國家間的航空法[1],其基本目的是保證成員國的工業產權在所有其他成員國都得到保護,它明確規定了聯盟成員國的飛機在進入上述國家時的權力說明。 經過近一個多世紀的發展,民用航空已經成為全球經濟的重要組成部分。民用航空可分為商業航空和通用航空,下面分別加以介紹。 1)商業航空 商業航空指以航空器進行經營性的客貨運輸的航空活動[1]。“經營性”表明商業航空是一種以營利為目的商業活動;而“運輸”表明商業航空又是運輸活動,它作為交通運輸的一個組成部分,與鐵路、公路、水路和管道運輸共同組成了國家的交通運輸系統。盡管航空運輸在運輸總量方面和其他運輸方式相比較少,但由于其具有快速、遠距離運輸的能力及高效益,商業航空在總產值上的排名不斷提升,并在經濟全球化的浪潮中發揮著不可替代的作用。 2)通用航空 通用航空是指使用民用航空器從事公共航空運輸以外的民用航空活動,包括從事工業、農業、林業、漁業和建筑業的作業飛行以及醫療衛生、搶險救災、氣象探測、海洋監測、科學實驗、教育訓練、文化體育等方面的飛行活動 [2]。通用航空應用范圍十分廣泛,共三個大類 [3]。 (1)載客類,是指通用航空企業使用符合民航局規定的民用航空器,從事旅客運輸的經營性飛行服務活動。 (2)載人類,是指通用航空企業使用符合民航局規定的民用航空器,搭載除機組成員以及飛行活動必需人員以外的其他乘員,從事載客類以外的經營性飛行服務活動。 (3)其他類,是指通用航空企業使用符合民航局規定的民用航空器,從事載客類、載人類以外的經營性飛行服務活動。 載客類經營活動主要類型包括通用航空短途運輸和通用航空包機飛行。載人類、其他類經營活動的主要類型由民航局另行規定。 2.民用航空的發展特征 隨著航空技術的持續進步和航空業組織管理及服務水平的不斷提高,特別是大型民用飛機出現后,民用航空一直處于發展的快車道。到目前為止,全球形成了以北美、歐洲和亞太地區為主的三大航空市場。自 20世紀 80年代以來,民用航空的發展表現出以下鮮明的特征。 1)民用航空產業成為日益重要的戰略性經濟產業 民用航空產業除在政治、社會、軍事、外交、文化等領域都發揮著十分重要的作用外,還具有顯著的經濟效應。世界各個國家及地區紛紛將民用航空作為參與全球化進程的有力工具,把民用航空定位為戰略性產業,高度重視對民航產業的政策和資源投入,把發展民航上升為國家或地區的重大發展戰略。 美國采取立法和建立中央政府部門之間的協調機制等手段,對民用航空發展進行系統規劃并制定相關政策,同時對民用航空發展給予了大量財政支持。 2001年發生“9 11”事件后,美國眾多航空公司陷入經營困境,美國政府曾一次性向航空公司提供高達 150億美元的緊急援助及貸款擔保 [4]。2020年,為應對新冠肺炎疫情影響,美國政府再度向航空公司、機場等民航相關企業提供總計 390億美元的現金補助以及 290億美元的貸款,一方面體現了對民航產業發展的高度重視,同時也從側面表現出民航業對國民經濟穩定發展的重要影響。 歐盟把發展民用航空作為提高其全球競爭力和促進歐洲一體化的重要手段與途徑,逐步實現了民航業政策法規的統一制定和實施。 2001年,歐盟委員會通過了《交通政策白皮書》,提出構建“歐洲單一天空”的重要戰略,并重新設計了歐洲航空港的運營能力以及航空運輸安全系數等內容 [5]。 近年來海灣地區各國紛紛將目光投向民用航空,利用海灣地區處于亞歐非三大洲交匯點的地域優勢打造全球航空樞紐,該地區已迅速成為全球民航業發展*快的地區之一。海灣各國政府采取加大機場建設投資、發展旅游業和金融業、建立自由貿易區等政策措施,極大地推動了民用航空的發展 [5]。 亞洲各國和地區紛紛實施出口導向型發展戰略,將發展民用航空作為國家和地區的發展戰略。例如中國香港能夠成為世界金融和旅游重地,發達的民用航空產業也是其重要原因之一。 2)國際化合作成為民用航空發展的主流模式 民用航空是國際旅行*主要的出行方式,國際化也是其發展的一個重要特征。為了促進國際交流與合作,利于自身發展壯大,全球眾多航空公司之間開展了大量而廣泛的戰略合作,航空聯盟是當前戰略合作*主要的形式。 航空聯盟*早由美國國內市場的干線航空公司與支線航空公司之間合作提供聯合中轉服務而產生。1997年,加拿大航空( Air Canada)、德國漢莎航空( Lufthansa)、北歐航空( Scandinavian Airlines)、泰國國際航空( Thai Airways International)和美國聯合航空( United Airlines)共同創立全球**家戰略性聯盟 ——星空聯盟( Star Alliance),這標志著世界民用航空正式進入全球聯盟時代,2007年中國國際航空股份有限公司正式加入星空聯盟。 1998年,英國航空公司( British Airways)、美國航空公司( American Airlines)、加拿大航空公司、中國香港國泰航空公司( Cathay Pacific)和澳大利亞快達航空公司( Qantas)共同創建了寰宇一家聯盟( One World)。2000年,美國達美航空公司、法國航空公司、大韓航空公司和墨西哥國際航空公司又共同建立了天合聯盟( Sky Team),中國南方航空股份有限公司和中國東方航空股份有限公司于2007年和2011年先后加入天合聯盟。當前三大聯盟所擁有的航空客運市場約占全球航空客運市場的70%。 近年來,航空公司間戰略合作的形式更加多樣化,股權投資、合營、航線聯營等合作模式逐漸被廣泛采用,我國的東方航空公司、南方航空公司即分別于2015年和2017年與美國達美航空公司、美國航空公司開展股權合作。 3)民用航空與高新技術發展相輔相成 作為技術密集型行業,民用航空發展對于科技創新提出了較高的要求,引領和帶動了復合材料、新能源、發動機、衛星導航、5G通信、區塊鏈等一系列新技術的應用。同時,高新技術的研制和應用也不斷提升民用航空的安全水平、運行效率和環保水平,為促進民用航空持續快速發展提供了堅實的科技支撐。 先進的大型飛機制造技術。歐洲空客公司的 A380飛機采用了碳纖維等新材料和新型發動機等高新技術,大幅度提升了飛機的安全性和舒適度。美國波音公司制造的波音 787**次實現中型飛機尺寸與大型飛機航程的結合,具有極高燃油效率及環保性能。 新一代的空中交通管理技術。現代通信、衛星、自動化和計算機技術廣泛應用在空中交通管理領域中,以衛星導航為主導的空管技術革命也隨之展開。 智慧化的運行控制技術。大量應用傳感設備進行民航運行各環節的實時信息采集,運用大數據分析技術強化對運行態勢的監控與預測,利用 5G技術實現數據的實時傳輸和不同要素、環節、主體之間的智能感知,大幅提升民航運行控制系統的智慧化水平。 綠色化的航空運輸。通過不斷提高發動機燃油性能、研制新一代聚合物及復合材料等方面降低航空運輸對環境的污染。引入“綠色機場”理念,逐漸把機場建成或改造成“節約、環保、科技、人性化”的機場。同時,歐盟提出的“清潔天空”計劃,是為配合新環保要求而推出的大型科技研發計劃,其目的是通過改善飛機的燃油系統等舉措,降低飛機的噪音和溫室氣體排放,減少航空運輸對環境的影響,從而建立一個創新的、具有競爭力的歐洲航空運輸體系 [6]。 1.1.2 民航機場概述 1.民航機場的概念 民航機場也稱為民用機場(在本書以后的各章中亦使用“機場”代表“民航機場”)。《中華人民共和國民用航空法》將機場定義為“專供民用航空器起飛、降落、滑行、停放及其他保障民用航空活動的特定區域,包括附屬的建(構)筑物和設施”[7]。這里的航空器指能夠依靠空氣的反作用力支撐在大氣中航行的機器,包括民用飛機、直升機、飛艇、熱氣球等。這里的特定區域包括飛行區,飛行區由凈空障礙物限制面所要求的尺寸和坡度等所形成的面積和空間,特定區域還包括機場的各種附屬的設施和建筑物等,如旅客航站樓、目視助航系統、通信導航、氣象、空中管制等設施以及其他建筑物,這些設施和建筑物是機場正常運營及保證飛行安全的基礎設施 [8]。 2019年,我國境內運輸機場 238個(不含香港、澳門和臺灣地區),旅客年吞吐量在千萬級以上的機場有 39個[9]。其中,西南地區機場數量*多,為 50個,其次機場數量較多的地區是華東地區、中南地區和華北地區,分別為 44個、37個和 35個,其余東北地區、西北地區和新疆地區分別為 27個、24個和 21個。北京首都國際機場是現代民航機場的典型代表,它是我國的空中門戶和對外交流的重要窗口, 2019年旅客吞吐量超過 1億人次,位居全球第 2,僅次于美國亞特蘭大哈茲菲爾德 -杰克遜國際機場( 1.11億人次) [10]。被譽為“新世界七大奇跡”之首的北京大興國際機場于 2019年 9月 25日正式通航,并成為我國國內新的標志性建筑。圖 1.1為北京大興國際機場 T3航站樓。 機場區域可劃分為兩大區域——陸側和空側,劃分原則主要以安全檢查和隔離管制為界限。在安全檢查和隔離管制前的區域為陸側,主要包括停車場、辦票區域、行李托運區域以及必要的服務區域。在安全檢查和隔離管制后的區域為空側,主要包括出發和到達區域、行李分揀區域、機務維修區域、貨運區域、飛行區域以及必要的服務區域 [11]。圖 1.2為機場區域示意圖,圖 1.3為陸側俯視圖,圖 1.4為機場空側俯視圖。 圖 1.1 北京大興國際機場航站樓 圖 1.2 機場區域示意圖 2.民航機場的分類 1)按航線性質劃分 機場按照航線可劃分為國際航線機場和國內航線機場。其中,國際航線機場指有國際航班進出,并設有海關、邊防檢查(移民檢查)、衛生檢疫和動植物檢疫等政府聯檢機構的機場;國內航線機場指的是專供國內航班使用的機場 [12]。我國的國內航線機場還包括地區航線機場,地區航線機場是指我國內地城市與我國香港、澳門、臺灣等地區之間的航班飛行使用的機場,并設有類似國際機構的聯檢機構。 圖 1.3 機場陸側俯視圖 圖 1.4 機場空側俯視圖 2)按飛機的起降狀況劃分 按飛機的起降狀況,機場可劃分為始發機場、終點機場、經停機場、中轉機場及備降機場。始發/終點機場指運行航線的始發機場和目的機場;經停機場指某航線航班中間經停的機場;中轉機場指旅客乘坐飛機抵達此處時需要換乘另一航班前往目的地的機場;備降機場指如遇到天氣情況或在機上遇到緊急情況,飛機會選擇*近的機場降落,此類機場稱為備降機場 [1,13]。 3)按照服務航線
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