[發(fā)明專利]一種基于復(fù)雜度的空中交通沖突管理方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710113182.7
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN106875755B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志杰;王長春;朱永文;唐治理;付瑩;曹珊;李綱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍裝備研究院雷達(dá)與電子對(duì)抗研究所
• 主分類號(hào): G08G5/00
• 分類號(hào): G08G5/00;G08G5/04
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 朱文杰

本發(fā)明提供了一種基于復(fù)雜度的空中交通沖突管理方法和裝置，包括：在檢測(cè)到目標(biāo)扇區(qū)有進(jìn)入飛機(jī)時(shí)，根據(jù)進(jìn)入飛機(jī)進(jìn)入目標(biāo)扇區(qū)后目標(biāo)扇區(qū)中原有飛機(jī)對(duì)應(yīng)的管制活動(dòng)量，繪制目標(biāo)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的復(fù)雜度的計(jì)算圖；對(duì)于復(fù)雜度的計(jì)算圖中的沖突區(qū)域，計(jì)算沖突最小的最優(yōu)路徑；選擇最優(yōu)路徑對(duì)應(yīng)的進(jìn)入點(diǎn)為進(jìn)入飛機(jī)進(jìn)入目標(biāo)扇區(qū)的最優(yōu)進(jìn)入點(diǎn)；本發(fā)明使進(jìn)入飛機(jī)根據(jù)最優(yōu)進(jìn)入點(diǎn)進(jìn)入目標(biāo)扇區(qū)，并根據(jù)復(fù)雜度計(jì)算圖找到進(jìn)入飛機(jī)的最優(yōu)進(jìn)入點(diǎn)，運(yùn)用復(fù)雜度提供的空中交通如何對(duì)進(jìn)入飛機(jī)作出反應(yīng)方面的詳細(xì)信息，飛機(jī)進(jìn)入點(diǎn)就能得到修正，能夠最大程度減少扇區(qū)內(nèi)的沖突，以確保進(jìn)入飛機(jī)之間的安全間隔，同時(shí)最大程度減少扇區(qū)管制員的工作負(fù)荷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空中交通技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于復(fù)雜度的空中交通沖突管理方法和裝置。

背景技術(shù)

空中交通的需求量不斷提高，隨之造成了許多問題，包括嚴(yán)重的空中交通擁堵，以及空中交通管制員需要承擔(dān)繁重的工作負(fù)荷。要在飛行密度大、沖突性質(zhì)相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境下正確行使防相撞職能，需首先解決沖突探測(cè)、沖突解脫和解脫航跡優(yōu)化三個(gè)問題。沖突探測(cè)是指根據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)提供的飛機(jī)的位置、高度、速度、航向、飛行模式等信息，預(yù)測(cè)將要違反最小間隔標(biāo)準(zhǔn)的沖突航跡。其中，航路空域中水平間隔的標(biāo)準(zhǔn)距離通常是5海里，垂直間隔是1000英尺。沖突解脫和解脫航跡優(yōu)化則是根據(jù)一般性的管制原理和方法規(guī)劃處理想的飛行軌跡。飛行沖突解脫指探測(cè)到飛行存在潛在的沖突后，規(guī)劃出無碰撞的飛行方案，指導(dǎo)飛機(jī)飛行以避免可能發(fā)生的碰撞危險(xiǎn)。常用的沖突解脫策略為以下三種：①調(diào)整航向。只改變飛機(jī)的飛行航向角，保持飛行速度大小、航跡傾角和飛行高度不變；②調(diào)節(jié)速度。只改變飛行速度矢量的數(shù)值大小，保持航向角和航跡傾角不變；③改變高度。只改變飛行速度矢量的航跡傾角，保持飛行速度的大小和航向角不變。

世界各國的研究者們做了大量有關(guān)自由飛行情況下飛行沖突的探測(cè)與解決的研究工作。Reich的飛機(jī)碰撞危險(xiǎn)模型是本領(lǐng)域較早的研究成果。為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)計(jì)算，它將每架航空器假設(shè)成尺寸相同的長方體，用參數(shù)分別表示飛行器的平均長、寬和高，兩機(jī)沖突概率即兩個(gè)長方體之間的碰撞危險(xiǎn)在數(shù)學(xué)上就相當(dāng)于某一質(zhì)點(diǎn)與長方體之間的碰撞危險(xiǎn)概率。許多學(xué)者在Reich模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了類似的研究，他們綜合了各種影響飛行安全的不確定因素。J.Hu等人把風(fēng)等不確定因素對(duì)飛行的影響計(jì)入動(dòng)力學(xué)方程，飛機(jī)運(yùn)動(dòng)模型為確定的軌線方程加上一定比例的布朗運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)，在這個(gè)形式下，沖突的可能性變?yōu)椴祭蔬\(yùn)動(dòng)從一個(gè)時(shí)變安全區(qū)域逃脫的概率，獲得了有限無限范圍都適用的近似表達(dá)。Lee C.Yang則采用了在軌跡模型中包括了飛機(jī)意圖信息的概率估計(jì)方法，主要是用蒙特卡羅仿真根據(jù)飛機(jī)飛行意圖及各種干擾推測(cè)未來飛行軌跡，并進(jìn)行沖突探測(cè)和解脫，著重于意圖對(duì)軌跡的影響。Mondoloni沖突解脫算法也是基于遺傳算法的，可以獲得在諸如最短時(shí)間、最小油耗或總花費(fèi)條件下的無沖突飛行方案，已經(jīng)應(yīng)用于飛行的爬升、轉(zhuǎn)彎、下降階段未來6-25分鐘內(nèi)沖突預(yù)測(cè)，能解決含有一定飛行規(guī)劃約束的沖突(如到達(dá)時(shí)間固定)，實(shí)例證明能使消耗函數(shù)達(dá)到最優(yōu)，能簡(jiǎn)單的和飛行計(jì)劃最優(yōu)函數(shù)合為一體，但計(jì)算比較復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間較多，不能預(yù)測(cè)短期(5分鐘內(nèi))的沖突。J.Alliot等人提出基于優(yōu)先權(quán)的最優(yōu)化算法，給每一架飛機(jī)賦予不同的優(yōu)先權(quán)，權(quán)值高的飛機(jī)在不考慮權(quán)值低的飛機(jī)的情況下選擇出自己認(rèn)為最優(yōu)的航線，如此類推，其基本的方法是尋找樹的最短路。Lucia Pallottino等提出混合整數(shù)規(guī)劃的算法，即在一般幾何構(gòu)造法上建立沖突避免的約束并把它們公式化為線性約束條件，然后用最優(yōu)化工具CPLEX解決。Tomlin等應(yīng)用了非合作博弈理論，得出最優(yōu)控制規(guī)則和結(jié)果所描述不安全集邊界的微分等式，并采用預(yù)先設(shè)定的沖突解決策略。Menon等將最優(yōu)控制理論應(yīng)用于飛行沖突解決，使用了兩種不同的方法。第一種方法以總飛行時(shí)間和耗油量的線性模型為消耗函數(shù)，使用單目標(biāo)的SQP(Sequential Quadratic Programming)法和多目標(biāo)的目標(biāo)獲得法解決。第二種方法運(yùn)用閉環(huán)導(dǎo)航法，以航路偏離為最優(yōu)函數(shù)進(jìn)行多機(jī)沖突解脫。