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可持续发展的未来

航天算法让十大菠菜台子的天空更干净

大型机场的平稳运行是一件复杂的事情. 每天有成千上万的航班进出, 运营商关心的一个关键问题是限制飞机延误,确保数十万乘客的良好体验.

跑道管理是关键. 然而,许多英国机场只有一条或两条跑道来处理这种容量. 十大菠菜台子都见过在高速公路的岔路口排起的长队. 在机场, 所有到达和离开的飞机也在同一个地方汇合, 跑道(s), 关键是要确保它们不会同时出现在那里.

Now imagine it matters what order the vehicles are queued in; if you can get the order right then the traffic can flow faster, 队列下降或永远不会出现. 例如, 如果所有的汽车或卡车排成一队,交通可能比卡车和汽车交替行驶更快, 所以你想把这些卡车放在一起, 尽管超车需要达到这个目标. 机场跑道需要将较大的飞机组合在一起,如果他们想获得良好的吞吐量, 使超车成为可能. +, 复杂的跑道规则, 比如,如果一辆车跟在另一辆颜色相似的车后面,就相当于减速, 或者为特定车辆分配排队位置, 大大增加了挑战.

解决这个棘手问题的方法是对飞机进行良好的排序和管理队列. 通过平滑流动, 一些飞机甚至可能晚点起飞, 但最终会比他们应该做的更早起飞. 不仅如此,发动机启动时间较晚,因此节省了燃料成本和排放.

这听起来像是一个完美的解决方案,但它遇到了一些问题. 首先, 世界是不可预测的, 所以你希望飞机在到达队列时有一点松弛的时间,以考虑到意外的延误. 其次, 这对机场来说是一个非常复杂的问题, 当事情变得繁忙时,这不是一个人类可以在头脑中解决的问题.

这就是杰森·阿特金博士和他的同事在该大学的 航空航天技术研究所 进来. 作为计算机科学学院计算优化与学习实验室的成员, 他们已经在希思罗机场(2013年开始)和日内瓦机场(2016年开始)建立了项目, 观察飞机计划何时向跑道起飞, 考虑到那里会发生什么, 并建议延迟其中一些线路,以减少繁忙时段的拥堵. 这可以防止每年数千吨二氧化碳的排放,并大大减少延误.

据英国航空公司估计,这一改变每年将为他们节省200万英镑的燃油成本, 并将二氧化碳排放量减少16,000吨."
杰森·阿特金博士

该系统使用算法来预测飞机的目标起飞时间(TTOT),根据航空公司说飞机将准备好. 然后他们分配这些飞机的目标启动批准时间(TSAT), 告诉他们什么时候应该开始(例如.g. 对其中一些应用启动延迟). 取消跑道延误使起飞时间更加可预测. 希思罗机场,目标起飞时间准确 从平均8提高了吗.每次飞行7分钟到30秒, 进而提高空域管制的效率,并能更快地从中断中恢复过来.

飞机在跑道上排队的时间也减少了,降低了燃料燃烧和相关排放. 伦敦希思罗机场, 英国航空公司在一次试验中估计单引擎滑行, 通过了解TTOT来启用, 会为他们每年节省200万英镑的燃油费用吗, 并将二氧化碳排放量减少16,000吨和二氧化硫减少4,200kg.

阿特金博士说:“创建足够详细和真实的机场模型至关重要, 包括飞机在看台上相互阻挡和延误的方式, 同时也解决了跑道排序的问题.”

希思罗机场的工作得到了希思罗机场和NATS(前身为国家空中交通服务有限公司)的资助,NATS是英国领先的空中交通管制服务提供商. 日内瓦算法被集成到ADB安全机场系统系统中. 这些算法有助于这两个机场达到欧洲航空A-CDM标准.

该团队目前的工作也被用于帮助减少飞行过程中的碳排放. 在一个单独的项目中, 阿特金博士和他的同事是一个财团的成员, 由混合电力航空的领导者Ampaire领导,研究短途混合电力客运航班的可行性和优势. 2ZERO(在区域飞机运营中实现零排放)项目利用了该大学在航空运输系统建模和仿真(M&S)以及航空电气化和系统集成.

有效利用新型飞机需要了解飞机操作和尺寸差异的影响. 他们正在领导M&年代的活动, 与航空公司和机场合作伙伴合作, 评估不同运作模式对成本及效率的影响, 编目选择和资源使用, 确保这些更环保的飞机能被尽可能有效地利用, 鼓励它们尽早被采纳.

这个由政府支持的500万英镑项目的其他合作伙伴包括劳斯莱斯电气(Rolls-Royce electric), 菠菜稳台子, 飞机有限公司, 埃克塞特和德文机场有限公司, 康沃尔机场有限公司, 西南地方企业伙伴关系中心(HotSWLEP), 以及英国电力网络服务公司.

“该项目是一个主要的示范,展示十大菠菜台子如何实现区域航空的净零排放."
杰森·阿特金博士

在八月 首次试飞, 使用安培的六座电鳗飞机, 发生在埃克塞特和纽基之间, 距离是85英里. 鳗鱼, 改装的六座塞斯纳飞机, 具有电池供电的电机在前面和传统的内燃机在后面, 能够减少高达30%的排放和运营成本. 这架飞机使用电池和活塞动力的组合来飞行, 收集有价值的数据,以监测节省的燃料, 效率与噪音.

阿特金博士说:“这个项目提供了一个机会,利用十大菠菜台子的研究来评估这些革命性变化对航空旅行的影响。. 航空公司和机场合作伙伴的加入将确保模型和评估是现实的,从而指导决策者在未来如何最好地利用这些创新.”

该团队的工作着眼于实现电动航空所需的支持系统的后勤保障——包括必要的充电和储能基础设施, 还有像员工名册这样的事情. 目标是开发一个优化的电动航空生态系统, 包括飞机, 机场, 配电与存储.

他补充说:“该项目是展示十大菠菜台子如何实现区域航空净零排放的一个主要示范. 本项目的建模和仿真研究采用了机场, 航空公司和飞机信息产生现实和综合模型,以评估空域如何, 可以使用机场和飞机.”

杰森·阿特金博士

杰森·阿特金博士是计算优化与研究实验室的副教授, 计算机科学学院, 理学院

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