[发明专利]一种单阶段临时航迹鲁棒优化方法

说明书

本发明公开了一种单阶段临时航迹鲁棒优化方法，属于空中交通管理领域。该方法首先获取危险天气影响空域内的航线网络结构、各航段容量、航班运行等信息，制定单阶段临时航迹规划的鲁棒性准则，分别以各种情景下全部航班总延误损失最大值最小、以各种情景下全部航班总延误损失与相应情景下最小总延误损失的差的绝对值的最大值最小、以各种情景下全部航班总延误损失同相应情景下最小总延误损失的差与相应情景下最小总延误损失比值的绝对值的最大值最小为目标，建立满足鲁棒性准则的约束条件，进而建立单阶段临时航迹鲁棒优化模型，最后求解模型得出鲁棒最优解，形成临时航迹规划策略。本发明为改航路径规划、空域与流量协同管理提供了技术依据。

技术领域

本发明属于空中交通管理领域，特别涉及一种可应用于改航路径规划、空域与流量协同管理的临时航迹规划实现方法。

背景技术

临时航迹规划一般根据飞行受限区分布、飞行特点、空域环境等条件，以一定目标优化改航路径，满足航班飞行习惯、航空器性能、管制规则等要求，主要方法包括基于多边形的改航路径规划法、基于网格的改航路径规划法、基于可视图和权重的改航路径规划法、基于已有航路点的改航路径规划法、基于标准进离场程序的改航路径规划法、基于自由飞行的改航路径规划法、基于椭圆边界的改航路径规划法等。以对流天气为代表的危险天气在范围上存在一定的不确定性，现有研究对飞行受限区的不确定性处理方式较为单一，一般采用最大边界的方式，存在对空域资源的潜在浪费；现有研究大多基于偏离固定航路航线的理念规划最优航迹，尽管在缩短航程和飞行时间等方面效果显著，但增加了管制员引导绕飞的工作负荷，而且对空域限制考虑不足；选择固定航路航线、优化空中交通流能有效克服上述缺点，针对不确定飞行受限区、航路航线选择条件下的航迹规划研究尚少见报道。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种单阶段临时航迹鲁棒优化方法，根据一定时间段内危险天气影响范围的不确定性和受影响空域的航线网络结构，假设该时间段内危险天气影响范围不做更新，建立单阶段临时航迹鲁棒优化模型，为计划经过该空域的每个航班合理规划地面等待时间和最优改航航线，优化调配受限空域的交通流分布，有效应对危险天气的不确定性，尽可能利用空域资源，减少航班延误，保障空中交通运行稳定性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单阶段临时航迹鲁棒优化方法，包括如下步骤：

(1)获取危险天气影响空域内的航线网络结构、各航段容量和航班运行信息；根据危险天气的不确定性列出可能出现的多个情景构成危险天气情景集；

(2)根据单阶段临时航迹规划的鲁棒性准则建立目标函数和约束条件从而构建鲁棒优化模型，所述鲁棒性准则为绝对鲁棒最优准则、偏差鲁棒最优准则或相对鲁棒最优准则；绝对鲁棒最优准则即各种情景下全部航班总延误损失最大值最小，偏差鲁棒最优准则即各种情景下全部航班总延误损失与相应情景下最小总延误损失的差的绝对值的最大值最小，相对鲁棒最优准则即各种情景下全部航班总延误损失同相应情景下最小总延误损失的差与相应情景下最小总延误损失比值的绝对值的最大值最小；

(3)求解鲁棒优化模型得出鲁棒最优解，形成临时航迹规划策略。

作为优选，某一具体情景p下的全部航班总延误损失包括规划情景p下所有航班的地面延误损失，以及在规划情景p下可能出现的实际情景q下的所有航班的空中延误损失，其中p∈Q、q∈Q，Q为危险天气情景集；规划情景p下的最小总延误损失包括规划情景p下所有航班的地面延误损失，以及规划情景p下所有航班的空中延误损失。

在优选的具体实施方式中，步骤(2)中根据绝对鲁棒最优准则建立的目标函数为：

在优选的具体实施方式中，步骤(2)中根据偏差鲁棒最优准则建立的目标函数为：