绿色空中交通评估优化理论与实践

本书阐述了如何通过空中交通管理优化实现民航绿色发展的理念和方法。按照明确理念—构建指标—指标测算—实证评估—建模优化的研究引线，针对绿色空中交通发展的关键问题，综合考虑环境影响、运行效率、经济效益等核心因素，基于航空器运行的四维航迹，研究构建了一套“绿色-经济”综合效能最优的空中交通运行管理理论与方法体系，对民航绿色规划制定、环境效能评估、低碳运行管理、飞行轨迹优化，以及新航行技术与低碳技术融合应用等具有重要参考价值。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

第1章概论
11全球民航绿色发展背景
12中国民航绿色发展环境
121生态文明建设的思想理念
122民航绿色发展的基本思路
123民航绿色发展的转型压力
124绿色空中交通的实践成效
13绿色空中交通研究的意义
14国内外研究基础
141绿色空中交通评估方法
142绿色空中交通优化方法
143研究现状总结
15研究思路和内容
151研究方法和内容
152研究创新点
第2章绿色空中交通评价理论与方法
21基本概念
22指标框架
221指标选取原则
222主要评价指标
23指标测度方法
231总体思路
232基于局部遍历密度聚类的航迹数据处理方法
233基于回声状态网络的燃油流率测度方法
234航空器环境指标测度方法
24综合评估方法
241一致化处理
242量纲一处理
243TOPSIS综合评价方法
25本章小结
第3章中国空中交通环境效能实证评估
31全国空中交通环境效能评估
311环境影响总体情况分析
312环境影响因素特征分析
313环境效能提升潜能分析
32城市对CCD阶段环境效能评估
321城市对航线环境效能综合评估
322北京首都—上海虹桥典型城市对航线环境效能分析
33进近（终端）阶段环境效能评估
331繁忙机场（群）进离场环境效能评估
332与航班流量的关联影响分析
34本章小结
第4章航空器爬升阶段绿色运行优化方法
41总体思路
42航空器爬升轨迹优化模型及方法
421多点协同约束爬升轨迹模型
422多目标函数模型
423适应度函数
424优化方法
43B737-800爬升阶段绿色优化仿真分析
431仿真参数设置
432优化结果分析
433优化轨迹分析
434RTA窗口对优化结果的影响分析
44本章小结
第5章航空器飞行全阶段绿色运行优化方法
51基于固定路径的航空器四维轨迹优化模型
511决策变量
512目标函数
513约束条件
52容量约束下基于固定路径的航空器飞行轨迹优化模型
521决策变量
522目标函数
523约束条件
53容量约束下基于多路径的飞行轨迹优化模型
531决策变量
532目标函数
533约束条件
54优化方法
55上海虹桥—北京首都绿色优化实证分析
551基本参数
552性能参数
553优化参数
554优化结果分析
555敏感性分析
56本章小结
参考文献
后记

和平、绿色、发展是当代世界三大主题和全球人类共同的目标，绿色发展也是中国式现代化的显著特征。航空业作为国家重要的基础性、战略性产业，是当今世界最活跃、最有潜力的产业之一，对促进经济社会发展、提升人民生活水平具有正外部性。但因其对生态环境影响大、污染范围广、责任划分难、减碳紧迫性强等负外部性特征，绿色航空发展成为全球社会各界广泛关注的问题，并已成为首个达成全球减排框架的行业。当前，全球航空业低碳转型发展的实践举措主要是改进航空器与发动机设计、应用新航行技术、改善空中交通管理（简称空管）效率和航司运营效能、研发可持续替代燃料、探索碳市场机制等，其中优化航空器空中交通运行轨迹、提升地面滑行和空中运行整体效率可减少6％~12％的燃料消耗，被广泛认为是中短期提升燃油效率、实现全球航空业低碳转型发展的重要举措。
全球新冠疫情前，中国已成为全球碳排量最大的国家，占全球碳排放的比例超过20%，其中航空运输的碳排放占全球运输业总碳排放量的13%，且处于快速上升阶段，长期保持在全球第二大航空运输碳排放主体位置，因此，各方对中国民航加大减排力度的期望高、诉求多、压力大。但中国民航在航空制造业、新航行技术与低碳技术、国际标准话语权、绿色发展基础理论研究等多领域仍落后于发达国家，在全球碳交易规则制定和利益博弈中也处于相对劣势地位。面对我国航空业当前中高速发展和未来绿色转型发展需求，只有建立了适合我国民航绿色发展的基础理论、技术方法、法规标准、管理机制等体系，才能支撑我国航空业实现碳中和的本质性跨越。
如何在兼顾经济发展与生态保护的基础上，探索空中交通运行新模式是我国民航绿色发展的重点，也是难点。中国民用航空局于2023年3月成立了碳达峰碳中和工作领导小组，设立了可持续航空燃料、航空碳市场、运行效率和国际应对四个专项工作组，其中运行效率组的工作重点就是推进空中交通运行效率提升和航行技术革新应用以实现绿色低碳发展。本书正是面向未来基于航迹运行新模式、空管绿色发展新需求的著作。
本书的主要内容包括绿色空中交通的平衡发展理念和基本概念、基本特征和指标体系、环境效能评估模型与方法、绿色航迹优化模型与方法等。在理论方法上，本书结合交通运输学和生态经济学理论基础，综合考虑了消费者航空服务需求、航空用户空中交通服务需求、航空公司经营性需求及全球可持续发展的环境要求,研究提出了促进空中交通绿色、经济、高效动态平衡发展的指标体系和测度方法；基于空中交通环境影响机理和低碳控制理论，结合我国空域结构、流量管理、容量约束和新航行技术应用等因素，研究提出了适合我国民航绿色低碳发展的航空器碳排放测算模型、环境效能综合评估方法、优化潜能测算方法、绿色航迹优化方法等。整套理论方法可用于综合评估和优化空中交通运行，同时也适用于未来新一代空中交通基于航迹运行的新技术模式。在应用实践上，中国已向全球宣布了减碳“30·60”的总体目标，减排本身并不是一种绝对的控制，而是追求一种优化，是争取以最小的、最合理的成本取得预期的效果。本书以实证评估为基础，以综合优化为目的，探究了一套平衡排放约束、经济效益和运行效率的空中交通运行模式，可以为我国民航基于自身的发展基础、发展速度、技术水平和运行环境等特征制定合理的碳排放基准、环境绩效目标、绿色发展战略等“中国方案”提供依据，也可为我国在全球航空业可持续发展规则制定和利益博弈中争取中国话语权和公平发展权等提供支撑。同时，本书基于我国航班运行的实际航迹数据，从全国、城市对和进近等不同层面，多维度实证评估了我国民航的排放量和空间分布情况，提出了一套精准治理重点区域、飞行阶段、城市对航班生态环境污染的优化模型理论和技术改进方法，可为政府部门科学精准治理提供实证依据，以有效减少航空器因排放导致的对生态、环境、人类健康的影响。
作者基于十余年从事民航空管节能减排工作中遇到的问题与思考，以及攻读博士期间的研究成果与心得编著了本书，基于我国空中交通的实际运行，探索建立了一套“绿色-经济”综合效能最优的空中交通运行理论与方法，其中相关方法和结论对民航空管领域从业者制定绿色规划、实施低碳管理、评估环境效能、优化综合航迹等具有实践支撑价值，对空管专业研究者探索新航行技术与低碳技术融合应用等具有理论价值，也可支撑我国民航探索实践中国式绿色发展道路。

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