航空器在飞行过程中,受空域拥挤程度、临时航线使用等因素的影响,可能会产生绕飞、等待、延误、变更航线等行为,使其不能严格按飞行计划程序执行。在进场过程中,航空器相对密集,飞行高度、速度变化频繁,所产生的燃油消耗量大;同时,由于飞行高度的降低,航空器进场过程中所产生的噪声和污染物排放对附近居民产生较大影响。面向民航绿色发展的概念和技术趋势,亟需系统性开展航空器进场过程环境效能影响评估方法的研究,旨在通过分析各评估指标的计算方法,阐明环境效能指标特性,揭示关键参数对效能指标的影响机理,提出轨迹优化方案,降低空中交通活动对环境的负面影响。本文的研究内容主要包括四个方面:(1)研究了空中交通环境效能指标计算方法。基于航班时刻和ADS-B历史轨迹数据,进行数据提取和预处理;提出航空器飞行状态识别方法和气动构型,建立性能模型,研究航空器进场阶段的燃油消耗指标、污染物排放指标、噪声影响指标计算方法,为轨迹聚类及优化提供研究基础。(2)提出了航空器进场盛行轨迹挖掘方法。通过对轨迹数据的经纬度、高度及监视时间的四维数据进行处理,提取特征点,采用K-means方法聚类得到航空器运行的中心轨迹,以白天(8:00-20:00)和夜间(20:00-次日8:00)为例,对比分析不同时间段聚类中心轨迹之间的差异。(3)以节能、降噪为目标提出了航空器进场轨迹多目标优化方法。通过噪声和油耗指标变化趋势,验证指标之间的悖反关系。考虑航空器在进场阶段飞行高度低,航空器运行过程中所产生的噪声和污染物排放等产生影响较大,建立以降低航空器进场噪声影响和减少运行燃油消耗量为目标的航空器进场轨迹优化模型。(4)构建了航空器进场轨迹优化效益评估框架及流程。由于各指标量纲不同,难以直接进行经济有效性评估,提出将环境效能指标折算为经济指标的研究思路,构建经济有效性评价的框架及流程,同时,考虑指标参数的不确定性,采用蒙特卡洛法进行仿真,得到经济有效性指标的分布。本文按照“指标计算—轨迹聚类—轨迹优化—效益评估”的研究思路,综合应用空中交通大数据挖掘相关理论与方法,探索航空器进场过程环境效能指标影响机理,提出绿色航迹挖掘方案及效益评价流程。研究成果有助于促进空中交通节能减排降噪战略的实施,为科学、全面地评估轨迹优化效益提供理论基础和技术支撑。