[發(fā)明專利]基于柵格模型的大規(guī)模空域使用計(jì)劃沖突檢測(cè)與解脫方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010179940.7
• 申請(qǐng)日: 2020-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN111477034B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊毅;丁洋;嚴(yán)勇杰;毛億;濮劉東;李靖;李澤林;朱世名
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所
• 主分類號(hào): G08G5/00
• 分類號(hào): G08G5/00;G06N3/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 于瀚文;胡建華

1.基于柵格模型的大規(guī)模空域使用計(jì)劃沖突檢測(cè)與解脫方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、根據(jù)飛行安全高度和安全間隔對(duì)空域進(jìn)行柵格建模及數(shù)字化編碼；

步驟2、依據(jù)空域沖突檢測(cè)和解脫需求構(gòu)建以網(wǎng)格編碼為主鍵的空域網(wǎng)格內(nèi)置屬性；

步驟3、建立空域沖突函數(shù)，得到?jīng)_突空域柵格列表；

步驟4、設(shè)計(jì)4維平移空域沖突解脫方法，根據(jù)步驟3所得的沖突空域柵格列表，在不破壞用空形狀的基礎(chǔ)上解決空域沖突；

步驟1包括：

步驟1-1、將維度范圍[-60°,60°]，經(jīng)度范圍[-180°,180°]的地球表面空間進(jìn)行正軸圓柱等距投影，將地球球面投影為長(zhǎng)寬比例為3:1，經(jīng)緯間隔相等的長(zhǎng)方形平面，并按照4*4十六等分對(duì)投影面進(jìn)行逐層剖分，形成平面柵格模型；

步驟1-2、按照大氣層內(nèi)飛行飛行高度，將0～120km高度進(jìn)行四等分逐層剖分，形成高度層?xùn)鸥衲Ｐ停叨葘訓(xùn)鸥衲Ｐ团c平面柵格模型相結(jié)合，形成以經(jīng)、緯、高為標(biāo)識(shí)的地球空域柵格模型；

步驟1-3、按照Z(yǔ)字形，對(duì)地球空域柵格模型所有網(wǎng)格的平面層級(jí)進(jìn)行順序編碼，平面編碼采用十六進(jìn)制，從0到F；按照由低到高對(duì)地球空域柵格模型所有網(wǎng)格的高度層級(jí)進(jìn)行編碼，高度編碼采用四進(jìn)制，從0到3，網(wǎng)格編碼位數(shù)為其平面層級(jí)數(shù)與高度層級(jí)數(shù)的和，則一個(gè)地理信息坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為如下網(wǎng)格編碼：

Code_x＝[c_x1,c_x2,...,c_x12]，

Code_y＝[c_y1,c_y2,...,c_y12]，

Code_h＝[c_h1,c_h2,...,c_h9]，

c_x1＝(φ-φ₀)/dφ₁，

c_h1＝(h-h₀)/dh₁，

Code_xy＝[(c_x1,c_y1)_4→16,...,(c_x12,c_y12)_4→16]，

Code＝[Code_xy1,...,Code_xy4,Code_h1,...Code_xy12,Code_h9]，

式中，φ為緯度，φ₀為零緯即赤道緯度，為經(jīng)度，為零經(jīng)即格林尼治線經(jīng)度，h為高度，h₀為海報(bào)高度為0的海平面高度，Code為一個(gè)柵格的編碼序列，Code_x，Code_y分別為所述柵格的編碼序列在緯度和經(jīng)度方向上的編碼，編碼分別由12個(gè)四進(jìn)制數(shù)字c_x1～c_x12，c_y1～c_y12組成，分別代表由大到小逐層包容的平面柵格編碼，Code_x和Code_y兩兩組和成一個(gè)兩位數(shù)，再由四進(jìn)制向十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成一位數(shù)，即(c_x12,c_y12)_4→16表示將c_x12,c_y12由四進(jìn)制向十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成一位數(shù)，從而構(gòu)成平面編碼Code_xy；Code_h為所述柵格的編碼序列在高度上的編碼，編碼由9個(gè)四進(jìn)制數(shù)字c_h1～c_h9組成，分別代表由大到小逐層包容的高度柵格編碼，將Code_h插入到Code_xy平面編碼中，形成柵格的三維編碼Code；

步驟2包括：

步驟2-1、根據(jù)空域使用計(jì)劃或用空任務(wù)需求的不同，結(jié)合不同層級(jí)網(wǎng)格的覆蓋范圍大小，為不同層級(jí)的網(wǎng)格賦予內(nèi)置屬性；

步驟2-2、針對(duì)空域使用計(jì)劃需求，建立空域網(wǎng)格類，以網(wǎng)格編碼為主鍵，設(shè)定內(nèi)置屬性，內(nèi)置屬包括：空域占用方或空域任務(wù)編號(hào)、空域占用時(shí)間和空域適航等級(jí)，以數(shù)字化形式描述空域柵格內(nèi)空域任務(wù)、占用時(shí)間和占用期間可進(jìn)入航空器標(biāo)準(zhǔn)：用G.plan表示占用所述空域柵格的任務(wù)編碼，G.Time表示對(duì)應(yīng)任務(wù)的占用時(shí)間，G.Type表示可進(jìn)入所述空域柵格的航空器類型；

步驟3包括：

步驟3-1、構(gòu)建一個(gè)虛擬空域柵格網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)格屬性均初始化為空值，對(duì)所有空域使用計(jì)劃進(jìn)行依次填寫占用網(wǎng)格內(nèi)部的空域占用方、空域占用時(shí)間、空域適航級(jí)別屬性；

步驟3-2、當(dāng)一網(wǎng)格的空域占用方屬性多于一個(gè)，且空域占用時(shí)間重合、適航級(jí)別不同時(shí)，即同時(shí)滿足下式空域沖突函數(shù)，則表明所述空域網(wǎng)格被兩個(gè)以上沖突計(jì)劃占用，需要進(jìn)行沖突解脫：

n＝num(G.plan)≥2

G.Type(1)≠G.Type(i),i＝1,2,...,n

式中，num為統(tǒng)計(jì)一個(gè)柵格內(nèi)空域使用計(jì)劃個(gè)數(shù)的函數(shù)；n為柵格內(nèi)空域任務(wù)的個(gè)數(shù)；G.Time(n)為第n個(gè)任務(wù)的占用時(shí)間，G.Type(i)為第i個(gè)任務(wù)的性質(zhì)類型；

步驟3-3、對(duì)所有柵格進(jìn)行窮舉檢索，當(dāng)一柵格滿足步驟3-2的公式，將其列入沖突空域柵格列表，沖突空域柵格列表順序按照沖突任務(wù)順序排序；

步驟4包括：

步驟4-1、對(duì)沖突空域柵格列表從上到下篩選出同類型沖突空域網(wǎng)格，即同一時(shí)間段同樣空域使用計(jì)劃沖突的空域網(wǎng)格；

步驟4-2、對(duì)于步驟4-1得到的網(wǎng)格，為占用所述網(wǎng)格的空域使用計(jì)劃，設(shè)定經(jīng)度X、維度Y、高度H、時(shí)間T四個(gè)方向適量進(jìn)行修正，將空域沖突解脫問(wèn)題轉(zhuǎn)化為空域使用計(jì)劃的修正值[ΔX,ΔY,ΔH,ΔT]求解問(wèn)題，使得沖突空域網(wǎng)格內(nèi)只有一個(gè)空域使用計(jì)劃占用，ΔX,ΔY,ΔH,ΔT分別表示經(jīng)度X、維度Y、高度H、時(shí)間T的修正值；

步驟4-3、采用遺傳算法求解修正值[ΔX,ΔY,ΔH,ΔT]，在滿足以下約束條件，即不會(huì)影響用空任務(wù)實(shí)施、修正后不會(huì)產(chǎn)生新的用空沖突的同時(shí)，使得解沖突方案最多，修正總量最小：

式中，N_rec為相互沖突的空域使用計(jì)劃總數(shù)，J為空域沖突解脫的性能指標(biāo)；ΔX_i,ΔY_i,ΔH_i,ΔT_i分別為第i個(gè)空域使用計(jì)劃在經(jīng)度X、維度Y、高度H、時(shí)間T的修正值；

步驟4-3具體包括如下步驟：

步驟4-3-1，根據(jù)沖突空域網(wǎng)格的排序，以第一個(gè)網(wǎng)格為一個(gè)沖突類型，對(duì)后續(xù)沖突空域網(wǎng)格進(jìn)行規(guī)整，如果沖突空域網(wǎng)格的空域使用計(jì)劃與沖突類型相等，則視為同一沖突類型；

步驟4-3-2，設(shè)定各沖突計(jì)劃的在經(jīng)度、維度、高度、時(shí)間方向上偏移修正值為[ΔX,ΔY,ΔH,ΔT]，通過(guò)遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化；

步驟4-3-3，在約束范圍內(nèi)隨機(jī)生成一組遺傳個(gè)體，每個(gè)個(gè)體由所有沖突計(jì)劃的修正偏移量組成；

步驟4-3-4，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行2進(jìn)制編碼，將網(wǎng)格編碼和偏移量由四進(jìn)制轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制；

步驟4-3-5，計(jì)算所有個(gè)體的性能指標(biāo)J，并選出指標(biāo)最優(yōu)的個(gè)體；

步驟4-3-6，采用輪賭盤的方法，對(duì)所有個(gè)體進(jìn)行兩兩分配；

步驟4-3-7，對(duì)每對(duì)個(gè)體進(jìn)行遺傳算法中的交叉運(yùn)算，即隨機(jī)選取個(gè)體中的一個(gè)位置，將兩個(gè)個(gè)體該位置上的編碼進(jìn)行交換，生成兩個(gè)新的個(gè)體，并計(jì)算其性能指標(biāo)；

步驟4-3-8，對(duì)每對(duì)個(gè)體進(jìn)行遺傳算法中的變異運(yùn)算，即在性能指標(biāo)較低的個(gè)體中隨機(jī)選取一位編碼進(jìn)行邏輯非操作，生成一個(gè)新的個(gè)體；

步驟4-3-9，判定是否滿足以下的迭代終止條件：

迭代次數(shù)到達(dá)最大迭代次數(shù)；

最優(yōu)個(gè)體超過(guò)x次迭代沒(méi)有改變；

如果滿足以上任一迭代終止條件，則結(jié)束迭代，對(duì)最優(yōu)個(gè)體進(jìn)行解碼，輸出該類型空域沖突的解沖突方案；若不滿足，則轉(zhuǎn)到步驟4-3-5，持續(xù)迭代；

步驟4-3-10，判定是否解決所有空域網(wǎng)格沖突，如果沒(méi)有全部解決，則轉(zhuǎn)到步驟4-3-1；如果全部解決則輸出所有解沖突后的空域劃設(shè)方案。