[發(fā)明專利]一種航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110947594.7
• 申請(qǐng)日: 2021-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN113724534B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊尚文;付勝豪;蔣璐;黃吉波
• 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;G06Q50/30;G06F30/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 胡建華

本發(fā)明公開了一種航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，屬于空中交通管理領(lǐng)域。該方法首先獲取航班可用空域內(nèi)的航路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、航段長(zhǎng)度、各航段的高度層配置、流量控制等信息，然后以燃油消耗最少、飛行時(shí)間最短、高度層變更次數(shù)最少為目標(biāo)建立航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，進(jìn)而設(shè)計(jì)航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型的求解算法，最后求解模型，形成航班飛行軌跡多階段決策的多種策略。本發(fā)明為空中交通管制、空中交通流量管理提供了技術(shù)依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空中交通管理領(lǐng)域，特別涉及一種可應(yīng)用于空中交通管制、空中交通流量管理的航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

空中交通管理中的軌跡規(guī)劃一般根據(jù)空域結(jié)構(gòu)、航空器性能、飛行限制等條件，以一定目標(biāo)優(yōu)化飛行軌跡，主要方法包括基于空域網(wǎng)格的軌跡規(guī)劃、基于受限區(qū)幾何形狀的軌跡規(guī)劃、基于固定航路點(diǎn)的軌跡規(guī)劃、基于標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)離場(chǎng)程序的軌跡規(guī)劃、基于自由飛行的軌跡規(guī)劃等。現(xiàn)有研究大多以縮短航程和飛行時(shí)間、減少飛行沖突等為目標(biāo)，對(duì)高度層變化、空中等待等因素考慮較少，軌跡規(guī)劃難以滿足四維軌跡管理的要求；此外，軌跡規(guī)劃多應(yīng)用于無人機(jī)管理，在管制自動(dòng)化系統(tǒng)、空中交通流量管理系統(tǒng)中應(yīng)用較少。動(dòng)態(tài)規(guī)劃是解決多階段決策過程最優(yōu)化問題的有效方法，在最優(yōu)路徑、資源分配等問題中有良好的應(yīng)用效果。根據(jù)空域結(jié)構(gòu)、飛行過程將航班飛行軌跡劃分為若干階段，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化每一階段的決策，快速形成軌跡規(guī)劃決策序列。目前尚缺少一種面向四維軌跡管理的航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：根據(jù)航班可用空域內(nèi)的航路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、航段長(zhǎng)度、各航段的高度層配置、流量控制等信息等條件，分別以燃油消耗最少、飛行時(shí)間最短、高度層變更次數(shù)最少為目標(biāo)，建立航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，根據(jù)求解需要重塑航班可用空域內(nèi)的航路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型的求解算法，實(shí)現(xiàn)單次軌跡規(guī)劃策略的快速生成，為航班合理安排飛行航路和高度層，為科學(xué)制定飛行計(jì)劃、提高改航效率提供輔助決策。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，包括如下步驟：

步驟1：獲取航班可用空域內(nèi)的航路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、航段長(zhǎng)度、各航段的高度層配置、流量控制等信息；

步驟2：建立航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型；

步驟3：設(shè)計(jì)航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型的求解算法；

步驟4：采用步驟3設(shè)計(jì)的算法求解步驟2建立的航班飛行軌跡多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，形成航班飛行軌跡多階段決策的多種策略。

所述步驟2包括：

步驟2.1：構(gòu)建階段變量、狀態(tài)變量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程；

步驟2.2：以燃油消耗最少為目標(biāo)建立基本方程；

步驟2.3：以飛行時(shí)間最短為目標(biāo)建立基本方程；

步驟2.4：以高度層變更次數(shù)最少為目標(biāo)建立基本方程。

步驟2.1中構(gòu)建階段變量、狀態(tài)變量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，表示為：

階段變量k＝1,2,3,…,N，N是從可用空域進(jìn)入點(diǎn)至退出點(diǎn)的各航路所包含航段的最大數(shù)量，可用空域進(jìn)入點(diǎn)和退出點(diǎn)均唯一且不相同；