[發(fā)明專利]一種面向全國樞紐的高空航路網(wǎng)絡規(guī)劃方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111108123.3
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113806900A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 楊毅;毛億;盛寅;謝如恒;胡雨昕
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十八研究所
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06Q50/30
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 于瀚文;胡建華

本發(fā)明提供了一種面向全國樞紐的高空航路網(wǎng)絡規(guī)劃方法，本方法根據(jù)人民航空出行需求以及現(xiàn)有高空航路網(wǎng)規(guī)劃的實際狀況，基于有向圖對航空網(wǎng)絡進行數(shù)字化建模；根據(jù)數(shù)學模型描述，建立數(shù)字化約束和優(yōu)化指標函數(shù)；將每段航路中點的坐標作為優(yōu)化參數(shù)，設計航路網(wǎng)絡迭代優(yōu)化算法，優(yōu)化當前狀態(tài)下的航路網(wǎng)中點參數(shù)；最后將中點固定為頂點，生成新的中點進行優(yōu)化，反復迭代直到航路網(wǎng)結構穩(wěn)定。本發(fā)明提供了一種面向全國樞紐的高空航路網(wǎng)絡規(guī)劃模型與算法，實現(xiàn)了全國樞紐網(wǎng)絡的自動化生成與優(yōu)化，降低總體飛行成本，提高飛行安全系數(shù)，滿足未來空域日趨增長的容量要求。

技術領域

本發(fā)明屬于航路網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化領域，尤其涉及一種面向全國樞紐的高空航路網(wǎng)絡規(guī)劃方法。

背景技術

航路網(wǎng)絡規(guī)劃技術是保障我國空域安全運行、空域資源高效利用的關鍵組成部分，隨著我國民航運輸產業(yè)需求的不斷增長，我國民眾出行需求不斷提升，如何保障航空飛行安全，兼顧各項經(jīng)濟性和地理性指標，精確規(guī)劃我國高空航路網(wǎng)絡，實現(xiàn)空域時空資源的高效利用，是未來大規(guī)模、高密度民航運輸?shù)囊粋€關鍵問題。對于高空航空網(wǎng)絡規(guī)劃的研究貫穿了我國民航發(fā)展的始末，是其不可避免的關鍵問題之一，國內外很多學者都在該領域提出了獨特的模型和算法，當前行業(yè)內使用的算法仍是依靠人工計算，通過不斷對比增加或刪減航路后的航班運行情況，對高空航路網(wǎng)絡進行迭代優(yōu)化，該方法雖然能夠結合實際運行情況持續(xù)對高空航路網(wǎng)進行規(guī)劃和優(yōu)化，但是其迭代周期過長，且優(yōu)化能力完全依靠規(guī)劃人員的經(jīng)驗，當前需要一個能夠自動迭代優(yōu)化的模型與算法來支撐未來不同航空運輸需求。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種面向全國樞紐的高空航路網(wǎng)絡規(guī)劃方法，步驟如下：

步驟1、將全國樞紐高空航路網(wǎng)絡表述為一個有向圖，將每條航路設置為一個對象，由其2個端點(端點可以是機場節(jié)點，也可以是空中的臨時節(jié)點)，和節(jié)點之間的航路以及航路上的中點四個部分組成，定義每個部分的參數(shù)信息，所有航路關聯(lián)建立完畢后，組成全國樞紐高空航路網(wǎng)絡數(shù)字模型；

步驟2、依據(jù)全國樞紐高空航路網(wǎng)絡運行條件約束和期望，建立全國樞紐高空航路網(wǎng)絡的性能指標；

步驟3、設計全國樞紐高空航路網(wǎng)絡規(guī)劃方法，通過網(wǎng)絡分層和節(jié)點合并，從經(jīng)濟、交通、位置等多個指標，選擇出全國范圍內最合適的樞紐節(jié)點，對各節(jié)點進行航路連接和合并篩選，對全國樞紐高空航路網(wǎng)絡進行初步規(guī)劃；

步驟4、根據(jù)步驟3得到的全國樞紐高空航路網(wǎng)絡，以航路中點坐標為優(yōu)化參數(shù)，通過航路上的流量需求和容量約束進行對比判定，對航路進行并線、刪除和中點移動操作，選擇最優(yōu)的參數(shù)指標，降低航路總長度和交叉風險，對全國樞紐高空航路網(wǎng)絡進行反饋迭代優(yōu)化。

步驟1包括：

步驟1-1、對所有影響全國樞紐高空航路網(wǎng)絡布局性能的因素進行數(shù)學描述，將原問題抽象成一個數(shù)學模型；

全國樞紐高空航路網(wǎng)絡包括各個機場節(jié)點和連接機場之間的飛行通道，將全國樞紐高空航路網(wǎng)絡表述為一個有向圖D，D＝V,E，其中，V是一個非空集合，記作V(D)，其元素被稱為有向圖的頂點，物理意義為各個機場節(jié)點，V·V是集合的笛卡爾積，是集合V內的元素兩兩搭配形成的有序數(shù)對的集合，物理意義為機場節(jié)點對(或稱城市對，OD對)；E是V·V的子集，記作E(D)，其元素被稱為有向圖的弧，物理意義為兩個機場節(jié)點之間的飛行航路；

步驟1-2、定義頂點v∈V(D)是某一個機場節(jié)點，其具備以下屬性參數(shù)：

機場名稱N；

機場經(jīng)緯度坐標

平均吞吐量，其中平均每天進入該進場的航班數(shù)為m_i，離場的航班數(shù)為m_o；

可連接機場w與距離dw，w∈V(D)且w≠v；機場w和機場v需要滿足一定的距離要求，一般定為3000km；