面向适航的无人机系统安全性动力学建模与仿真

本书针对当前国内外军民用无人机系统安全性水平尚难以满足未来适航规章要求的现状，基于国际前沿的“动态反馈回路视角”下的系统安全性理论，突破了传统的以“纯语言描述”和“事件链模型”为基础的安全性思想的局限，以强化未来大型无人机系统适航在管理和技术活动中应具有的“系统性”和“动态性”特征要求。尤其是并非仅关注无人机本体的技术系统可靠性／安全性，而是系统性地考虑了无人机系统研制、运行和维护过程中多层级、多维度的风险因素的耦合作用，创新性地提出了“系统安全性动力学”的建模和仿真方法，用模型化工具支持无人机系统安全性水平的全局性评估及管控策略的形成，为未来我国大型民用无人机系统面向适航规章要求降低运行成本、提高政策管控效率、保障公众安全提供了可资参考的解决思路。

卢艺，男，现为上海交通大学电子信息与电气工程学院助理研究员，中国系统工程学会会员，北京航空航天大学 美国普渡大学联合培养博士生。

1 无人机系统安全性问题及适航管理现状
1.1 国内外无人机系统及型号特征概述
1.2 复杂系统安全性理论及应用
1.2.1 系统安全性相关概念
1.2.2 基于“事件链”的事故模型及应用
1.2.3 基于“系统理论”的事故模型及应用
1.2.4 基于系统动态行为建模的风险评估模型
1.3 无人机系统适航管理发展概述
1.3.1 欧洲无人机系统适航管理发展过程
1.3.2 美国无人机系统适航管理体系
1.3.3 我国的无人机系统适航管理发展现状
1.4 本章小结
参考文献
2 典型无人机系统事故分类及致因统计
2.1 国外无人机系统事故汇报与调查机制
2.1.1 无人机系统事故／事故征候汇报机制
2.1.2 无人机系统事故／事故征候调查机制
2.2 典型无人机系统安全性现状
2.2.1 无人机系统事故率变化趋势
2.2.2 典型无人机系统安全性特征及变化趋势
2.3 无人机系统事故致因统计及分类分析
2.3.1 无人机系统事故致因分布统计
2.3.2 无人机系统事故致因——技术系统故障
2.3.3 无人机系统事故致因——人为因素和组织因素
2.3.4 无人机系统事故致因——环境及其他因素
2.4 本章小结
参考文献
3 基于层级反馈的大型无人机系统事故分析方法
3.1 基于层级反馈的无人机系统事故分析方法框架
3.1.1 基于层级反馈的无人机系统事故分析理论
3.1.2 基于层级反馈的无人机系统事故分析框架与步骤
3.2 基于典型无人机事故的应用案例
3.2.1 无人机系统事故过程辨识
3.2.2 顶层危险、约束及无人机系统安全性控制结构构建
3.2.3 危险的控制行为和有缺陷的反馈信息辨识
3.2.4 事故致因辨识
3.3 基于典型无人机事故的应用效果对比
3.4 本章小结
参考文献
4 无人机系统安全性动力学因果概念建模
4.1 复杂系统安全性动力学建模原理
4.1.1 系统动力学理论与建模基础
4.1.2 系统动力学建模与仿真环境
4.2 无人机系统安全性动力学建模过程
4.2.1 无人机系统安全性风险因素交互
4.2.2 无人机系统安全性动力学建模流程
4.3 无人机系统安全性动力学因果关系建模
4.3.1 组织因素与涌现层级反馈过程建模
4.3.2 技术系统层级反馈过程建模
4.3.3 人员因素层级反馈过程建模
4.3.4 基于层级的视图化因果关系模型
4.4 本章小结
参考文献
5 无人机系统安全性动力学数值建模及仿真
5.1 美国空军MQ-1“捕食者”无人机系统安全性数据来源
5.2 因果图模型的剪裁与流率-存量图建模
5.2.1 流率-存量图边界选择与剪裁
5.2.2 模型参数与变量辨识
5.2.3 基于分视图的流率-存量图建模
5.3 仿真结果验证
5.3.1 数值仿真方法及步长选择
5.3.2 初值极限及参数敏感性分析
5.3.3 变量可信区间检查
5.3.4 仿真结果与历史数据的对比验证
5.4 基于场景仿真的政策建议
5.5 本章小结
参考文献
6 无人机系统适航管理要求分析与建议
6.1 无人机系统运行风险评估方法及流程
6.1.1 运行概念描述
6.1.2 地面风险评估
6.1.3 空中风险评估
6.1.4 风险保证等级确定
6.1.5 运行安全目标分配与确认
6.2 无人机系统适航标准及规范
6.2.1 无人机系统适航要求及适用范围
6.2.2 无人机系统与有人机适航要求对比
6.2.3 无人机系统适航审定基础的选择方式
6.3 无人机系统典型适航要求内容
6.3.1 失速速度
6.3.2 飞行——稳定性
6.3.3 乌撞
6.3.4 地面站——飞行导航数据
6.4 面向我国的无人机系统适航要求建议
6.5 本章小结
参考文献
附录A 典型无人机系统案例事故信息
附录B 基于历史数据的美国空军MQ-1“捕食者”无人机事故建模基础及数据
缩略语
索引