[發明專利]一種基于Petri網的機場場面滑行仿真及優化方法

在審

• 申請號: 202010925784.4
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112036053A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 劉杰;徐成;毛繼志
• 申請（專利權）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: G06F30/22
• 分類號: G06F30/22
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 衛媛媛

1.一種基于Petri網的機場場面滑行仿真及優化方法，其特征在于，所述方法包括：

依據Petri網模型，結合航空器在場面滑行時的運動行為，對每個機場滑行路徑組成元素分別建立對應的賦時Petri網模型；

根據每個賦時Petri網模型，結合機場的幾何布局、機場運行規則，構建機場賦時Petri網模型；

根據航空器滑行性能和機場運行規則，計算機場賦時Petri網模型中不同相鄰庫所之間的變遷時延；

利用令牌在庫所之間變遷，以所述變遷時延為基礎，來仿真航空器在機場中滑行，獲得初始滑行方案；

通過對所述初始滑行方案進行算法優化，得到總滑行時間最小的滑行方案。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對每個機場滑行路徑組成元素分別建立對應的賦時Petri網模型，具體包括：

建立Petri網模型N＝(P,T,F)，包含四類元素：庫所、變遷、有向弧和令牌，其中，P＝{p₁,p₂,...,p_n}表示庫所集合，T＝{t₁,t₂,...,t_m}表示變遷的集合，F表示有向弧關系；

將Petri網模型N＝(P,T,F)，結合時間變量Γ構建賦時Petri網模型：TPN＝(P,T,F,M,Γ)＝(PN,Γ)，其中，Γ表示添加在庫所或變遷上的時間戳；

確定機場滑行路徑組成元素的種類；

確定每個機場滑行路徑組成元素對應的Petri網特征；

根據每個機場滑行路徑組成元素對應的Petri網特征，分別建立對應的賦時Petri網模型。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據每個賦時Petri網模型，結合機場的幾何布局、機場運行規則，構建機場賦時Petri網模型，具體包括：

根據機場幾何布局，將機場按照機場滑行路徑組成元素進行拆分，初步構建機場Petri網圖；

依據機場運行規則，在所述機場Petri網圖中，增加等待點和管制移交點對應的庫所和變遷，庫所之間使用有向弧進行連接；

依據機場運行規則中的標準滑行路徑，調整庫所與變遷，刪除違反機場運行規則的庫所和變遷；

根據修改后的機場Petri網圖，構建機場賦時Petri網模型。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據航空器滑行性能和機場運行規則，計算機場賦時Petri網模型中不同相鄰庫所之間的變遷時延，具體包括：

依據機場運行規則和航空器滑行性能，確定運行速度限制，所述運行速度限制包括標準直線滑行速度V_nomstr、標準轉彎滑行速度V_nomturn、最小滑行速度為0；

確定航空器的推力、航空器滑行阻力和燃油流量；

根據航空器的推力、航空器滑行阻力和燃油流量，計算航空器滑行過程中的滑行加速度；

依據機場賦時Petri網模型中的庫所間的滑行距離和有向弧類型、所述滑行加速度、所述運行速度限制和機場運行規則，確定變遷時延。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，利用令牌在庫所之間變遷，以所述變遷時延為基礎，來仿真航空器在機場中滑行，獲得初始滑行方案，具體包括：

設定每個庫所中最多有一張令牌；

根據機場場面起始狀態，設定所述機場賦時Petri網模型的令牌數量、令牌在庫所中的位置、令牌可變遷的時機，確定令牌可變遷路徑，從而獲得初始滑行方案。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過對所述初始滑行方案進行算法優化，得到總滑行時間最小的滑行方案，具體包括：

確定優化目標，使航空器的總體滑行時間最小：其中，T_i表示第i架航空器在場面的滑行時間，包含滑行、等待、管制移交的時間，每架航空器的滑行時間需要通過Petri網仿真得到；

使用優化算法，結合所述優化目標，求解得到總滑行時間最小的滑行方案。