[發(fā)明專利]一種基于跟隨行為的單航段一維格點(diǎn)微觀仿真方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010917718.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112069679A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓云祥;韓松臣;張建偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種空中交通流仿真方法，包括如下幾個(gè)步驟，首先將單航段分割為多個(gè)格點(diǎn)組成的一維離散格點(diǎn)鏈，在滿足前后航空器間距離不小于最小安全間隔的前提下以均勻分布形式在各個(gè)離散格點(diǎn)上分配航空器流及其初始速度；然后在每一仿真時(shí)刻并行更新航段上各個(gè)航空器的速度和位置，最后獲取仿真數(shù)據(jù)。本發(fā)明可增加空中交通流仿真過(guò)程中的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性，使得仿真過(guò)程更符合管制員指揮習(xí)慣，從而為空中交通系統(tǒng)狀態(tài)分析提供有力保障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空中交通流仿真方法，尤其涉及一種航空器狀態(tài)可自動(dòng)更新的空中交通流仿真方法。

背景技術(shù)

在大流量、高密度和小間隔空域運(yùn)行條件下對(duì)空域未來(lái)狀態(tài)演化進(jìn)行推測(cè)是新一代空管自動(dòng)化系統(tǒng)最為核心的一項(xiàng)技術(shù)。從宏觀層面來(lái)講，空域狀態(tài)的演化過(guò)程依賴于由各個(gè)航空器所構(gòu)成的交通流所體現(xiàn)出的流量和密度等參數(shù)，從微觀層面來(lái)講，空域狀態(tài)的演化過(guò)程依賴于各個(gè)航空器在運(yùn)行過(guò)程中所體現(xiàn)出的速度調(diào)整時(shí)機(jī)和調(diào)整量大小。已有針對(duì)航空器流方面的研究主要集中在軌跡優(yōu)化和控制等方面，而針對(duì)航空器交通流運(yùn)行特性進(jìn)行分析方面的仿真方案還比較鮮見(jiàn)。

基于航空器流運(yùn)行狀態(tài)的復(fù)雜性，在航空器流特性分析過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題是獲取航空器流間狀態(tài)的相互作用規(guī)律，而格點(diǎn)自動(dòng)機(jī)理論在地面交通流系統(tǒng)分析中有著成熟的應(yīng)用，這為其在空中交通流系統(tǒng)分析中的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。由Nagel和Schreckenberg共同提出的N-S模型是一個(gè)一維格點(diǎn)自動(dòng)機(jī)模型。此外，N-S模型的演化規(guī)則包含以下三個(gè)隱性的條件，即交通工具在某個(gè)時(shí)刻可以處于靜止?fàn)顟B(tài)、交通工具可以在瞬間加速或減速至目標(biāo)速度值及前后兩個(gè)交通工具在某個(gè)時(shí)刻可以處在前后兩個(gè)相鄰的格點(diǎn)內(nèi)。由于航空器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)存在一個(gè)最小速度值且速度調(diào)整是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，其加/減速度值不是無(wú)窮大的，速度值不可能是驟變的，因此前兩個(gè)隱性條件對(duì)于高速運(yùn)行的航空器來(lái)講顯然是不合理的。此外，根據(jù)空管規(guī)則規(guī)定，航空器間還存在一個(gè)最小安全間隔，因此最后一個(gè)隱性條件也是不成立的，為了更加有效地描述航空器流在航段上的運(yùn)行規(guī)律以及準(zhǔn)確估計(jì)航段定位點(diǎn)處航空器流的排隊(duì)長(zhǎng)度、運(yùn)行延誤和速度調(diào)整類型及次數(shù)等評(píng)價(jià)指標(biāo)，有必要針對(duì)航空器流建立適合其運(yùn)行特性的仿真模型。與常規(guī)的基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的仿真過(guò)程相比，本發(fā)明所提出的仿真方案運(yùn)行效率更高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種航空器狀態(tài)可自動(dòng)調(diào)整的仿真方法，該方法對(duì)空中交通流的仿真精度較高。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種航空器狀態(tài)可自動(dòng)調(diào)整的仿真方法，包括如下幾個(gè)步驟：

①將單航段分割為m個(gè)格點(diǎn)組成的一維離散格點(diǎn)鏈，在滿足前后航空器間距離不小于最小安全間隔d_min的前提下以均勻分布形式在各個(gè)離散格點(diǎn)上分配n個(gè)航空器及其初始速度，各個(gè)航空器的初始速度v_j(j＝1，2，...，n)位于速度區(qū)間[v_min，v_max]內(nèi)，v_min和v_max分別表示最小速度值和最大速度值，每一離散格點(diǎn)上最多分配一架航空器，將當(dāng)前仿真時(shí)刻t值設(shè)定為0，仿真總時(shí)長(zhǎng)為T(mén)；

②在當(dāng)前仿真時(shí)刻t，并行更新航段上各個(gè)航空器的速度和位置；

③在下一仿真時(shí)刻t+1，統(tǒng)計(jì)飛離航段的航空器數(shù)目及其飛離速度并在滿足前后航空器間距離不小于最小安全間隔d_min的前提下重新在各個(gè)離散格點(diǎn)上分配相同數(shù)目和相同速度的航空器，每一離散格點(diǎn)上最多分配一架航空器，令t＝t+1，若t≤T，進(jìn)入步驟④，否則進(jìn)入步驟⑤；

④重復(fù)步驟②-③；

⑤結(jié)束仿真流程。

進(jìn)一步的，所述步驟②中各個(gè)航空器的速度和位置更新過(guò)程如下：