[發明專利]基于改進蟻群算法的終端區進離場航線網絡三維優化方法

有效

• 申請號: 201310423817.5
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103473956A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王超;王飛;劉宏志;張召悅;賀超男
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G06Q10/04
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 莫琪

1.基于改進蟻群算法的終端區進離場航線網絡三維優化方法，通過計算機系統輔助實現，所述計算機系統主要由客戶端/服務器（C/S）模式構成，計算機系統包括空域導航數據庫、空域建模子系統、飛行計劃編制子系統和顯示與交互模塊，其特征在于，計算機系統中還包括運行在一個客戶端的進離場航線網絡優化子系統，用作終端區進離場航線網絡三維優化方法的實現平臺；?

所述進離場航線網絡優化子系統包括可視圖模塊、獨立航線優化模塊和航線網絡優化模塊；

可視圖模塊是根據終端空域內終端管制區、高大限制空域特征有效地劃分終端空域網格，建立可視圖模型；

獨立航線優化模塊是應用Dijstra算法構建航線初始解，利用改進蟻群算法優化出滿足安全性與經濟性的獨立航線；

航線網絡優化模塊是在獨立航線優化模塊基礎上，考慮航線交通流量與交叉航線垂直安全間隔，提出次序優化方法，實現終端區內多條航線網絡的優化設計；

所述終端區進離場航線網絡三維優化方法，包括如下步驟：

步驟1：在空域建模子系統中輸入終端管制區數據，進/離場航線優化起止點，跑道，機場基準點，限制空域數據；

步驟2：在進離場航線網絡優化子系統的可視圖模塊中，以高大限制區頂點為起點，終端管制空域G為邊界，將終端區空域劃設為由MAKLINK線構成的網格圖；

高大限制區是指水平范圍為凸多邊形，垂直范圍從地面延伸至高空10000m以上，飛機無法在其升限內飛越只能選擇繞飛的限制區、禁區、危險區；

步驟3：在進離場航線網絡優化子系統的獨立航線優化模塊中，實現滿足安全性與經濟性的獨立航線，具體步驟如下：

在給定進/離場航線起止點和高度條件下，利用Dijstra算法在以MAKLINK線中點為解空間搜索一條可行航線R₀，構建航線初始解，MAKLINK線上點集序列構成航線解空間；

設置螞蟻數量為x，迭代次數為t；

將航路點的搜索解空間劃分為水平剖面和垂直剖面兩部分，提出一種先水平后垂直的航路點搜索規則；水平剖面將MAKLINK線L_iL_i^’均分，水平離散度為a，離散節點為l₁,l₂,?…,l_a；?以一定的概率p_hoz選擇水平方向節點l_i，在此基礎上，構造垂直離散；將梯度E_jE_j^’均分，垂直離散度為b，離散節點為e₁,e₂,?…,e_b；按一定概率p_ver選擇垂直方向節點e_j為新的航路點p_i+1；

提出負反饋因子r_e=1/Dl更新不滿足約束條件的信息素，Dl表示航線平均長度；根據水平剖面航線經濟性與垂直剖面貼近度計算定量評價值，評估航線滿意程度；提出利用航線超障約束和可飛性約束分段構建航線評價函數，描述水平剖面和垂直剖面目標函數可行性；

循環選取較優航線且滿足航線評價函數的航線，優化出最優獨立航線；

步驟4：在進離場航線網絡優化子系統的航線網絡優化模塊中，考慮離場航線優先、交通流量大航線優先原則，以及航線間交叉沖突間隔要求，實現進離場航線三維網絡的優化：

在飛行計劃編制子系統中獲取航線交通流量，首先優化離場航線，按照交通流量從大到小依次優化，再以此方法優化進場航線；

將已設計的離場航線R_dep作為懸空限制區，構造以航段q_jq_j+1為中心，上下寬300m，長|?q_jq_j+1|的矩形保護區；q_j、q_j+1表示航段q_jq_j+1的起點和終點；

假設進場航線R_arr與離場航線R_dep在水平面上具有交叉點z，交叉點所在航段為p_ip_i+1和q_jq_j+1，梯度分別為r_a和r_d；若p_i=(x_a,y_a,h_a)，q_j=(x_d,y_d,h_d)，x_a,y_a,h_a、x_d,y_d,h_d分別表示進場、離場航線起點的橫、縱坐標和相對高度；p_j、p_j+1表示航段p_jp_j+1的起點和終點；?d_arr和d_dep分別為航段起點p_i和q_j與交叉點水平距離，則交叉點處航線垂直間隔d_z=|h_a+d_arrr_a-h_d+d_depr_d|；

若d_z小于保護區間隔，該交叉點不符合進場下降和起飛離場航空器之間垂直間隔大于300m要求，按照步驟3重新進行搜索；依次優化出最優進/離場航線，最終實現航線網絡的優化設計；

步驟5：優化的進離場航線三維網絡在顯示與交互子系統中顯示出來。