[发明专利]基于航班流预排序的终端区空域冲突探测与解脱算法

说明书

本发明公开一种基于航班流预排序的终端区空域冲突探测与解脱算法，包括：1.确定航班计划集合；2.航班流预排序；3.预排序航班流遍历，若序列中的航班为即将加入仿真终端区空域进行冲突探测与解脱的航班为，执行步骤4；4.航班过点遍历，若该航班的过点序列中不存在尚未遍历的终端区空域点，则表示该航班已完成全路径的冲突探测与解脱，执行步骤3；否则，对于航班过点序列中的点进行冲突探测与解脱，执行步骤5；5.冲突探测与解脱。本发明通过对航班流预先排序，又以航班轨迹为基础，通过过点时间窗实现航班的冲突探测；以航班推演过程回溯为前提进行冲突解脱；以贴近实际管制目的，能够实现基于业务需求的仿真推演，使结果真实可信。

技术领域

本发明涉及一种终端区空域的冲突探测与解脱算法，特别是对航班流有明确管制意图的冲突探测与解脱算法。

背景技术

终端区是航空器航路飞行与进离场阶段的飞行过渡区，进入终端区空域的航空器按照飞行性质可以分为三种：进近飞行、离场飞行和穿越飞行，其中进近飞行和离场飞行是终端区内的主要飞行活动，因此终端区内存在大量的飞行冲突。尤其是近年来，随着机场数量和规模的不断扩大以及交通需求的迅猛增长，终端区内空域供需矛盾、空域安全隐患等问题不断凸显。

终端区空域冲突探测与解脱技术是实现终端区仿真的关键技术，国内外对相关技术的研究力度不断加大。当前大部分研究通常依据不同的优化目标构建优化模型，并筛选合适的智能算法进行求解，包括决策树、NSGA-II遗传算法、粒子群算法等；该类方法能够较好地实现飞行冲突解脱，但同时存在算法过于复杂、计算效率低下，模型过度抽象等问题。此外，大部分研究通常只考虑了终端区局部或者特定场景的运行过程，缺乏对终端区整体运行管制意图因素的考虑。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于航班流预排序的终端区空域冲突探测与解脱算法，针对终端区空域内所有航空器，依据预先排序队列，以尽可能满足预先队列顺序为前提，从宏观角度对终端区空域内运行的航空器进行冲突探测与解脱，生成有序无冲突的航班流信息，高效、实用的终端区空域冲突探测与解脱方法。

技术方案：一种基于航班流预排序的终端区空域冲突探测与解脱算法，采用两级循环的方式进行冲突探测与解脱，包括以下步骤：

(1)确定航班计划集合，根据终端区空域信息，对航班计划信息进行清理筛选，确定进行冲突探测与解脱的航班信息；

(2)航班流预排序，采用先到先服务的资源分配方式，以航班预计到跑道时间进行预先排序；

(3)预排序航班流遍历，遍历已排序的航班序列，按照预先排序序列逐个加入仿真终端区空域进行冲突探测与解脱，序列遍历结束，则算法结束，否则对航班进行推演；若序列中的航班为即将加入仿真终端区空域进行冲突探测与解脱的航班，执行步骤(4)；

(4)航班过点遍历，每个进行推演的航班均包含固定的过点序列，若该航班的过点序列中不存在尚未遍历的终端区空域点，则表示该航班已完成全路径的冲突探测与解脱，执行步骤(3)；否则，对于航班过点序列中的点进行冲突探测与解脱，执行步骤(5)；

(5)冲突探测与解脱，计算航班到达下一终端区空域点的预计到达时间，并根据常用的过点间隔标准，计算航班过点时间窗，若目标点为当前航班进入终端区空域点，则标识航班为初始状态，否则标识航班为运行状态；

每个过点时间窗由航班唯一标识、时间上限和时间下限组成，利用时间窗进行冲突探测，若存在交集则表明有冲突；若不存在冲突，则将当前航班的过点时间窗加入到目标点的时间窗序列中，执行步骤(4)；

若存在冲突则进行冲突解脱；具体包含三种解脱方式，按照执行优先级由高到低分别为调速解脱策略、回溯解脱策略以及时刻调整解脱策略；其中进行回溯解脱策略时，设定每个航班进行一次回溯；