[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

本申請提供一種基于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。

技術領域

本發明屬于民用航空器空中交通管理技術領域，涉及一種基于Petri網的機場場面滑行仿真及優化方法。

背景技術

伴隨著國內經濟的高速發展，中國民航的總起降架次、總吞吐量等數據指標穩步提升，也逐步形成了眾多大中型機場，截止2020年，國內千萬級吞吐量機場已經達到39個，更有北京首都、上海浦東、廣州白云等“巨無霸”樞紐機場，這些機場起降架次高，跑道、滑行道、停機位等場面結構錯綜復雜，對機場、空管等保障部門提出了更高的要求。

洞察上述大型機場的場面運行效率，以出港準點率為例，歷月數據基本分布在60％至70％之間，而同為大型樞紐機場的日本新千歲機場出港準點率達到了90％以上，不難得出，國內中大型機場的場面運行效率亟待提升。

提升航空器場面運行效率行之有效的方法之一是提高空管自動化水平，使用優化算法決策來替代當前管制員人工決策的過程，而實現這一功能的基礎是建立具有高度可行性、準確性的場面滑行仿真模型，進而通過算法優化，向管制員提供路徑建議。目前提升場面運行效率的研究主要集中在全滑行過程路徑規劃、滑行開始時間優化等方面，然而這些方法缺少對不同機型性能、機場運行規則、管制實施流程、滑行運動細節等的考量，在仿真模型層面仍有許多改進空間。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種基于Petri網的機場場面滑行仿真及優化方法，其通過Petri網建模形象化表示機場的幾何布局和運行約束，并依據航空器滑行性能計算Petri網庫所的令牌變遷時延，能夠為管制員提供場面多架航空器的無沖突滑行路徑，其規劃的路徑符合場面運行規則、航空器滑行習慣，可靠性高，更優的是可以通過算法，優化使航空器的總滑行時間最小。

本申請提供一種基于Petri網的機場場面滑行仿真及優化方法，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。

具體的，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；