[发明专利]一种基于跟随行为的单航段一维格点微观仿真方法

说明书

本发明涉及一种空中交通流仿真方法，包括如下几个步骤，首先将单航段分割为多个格点组成的一维离散格点链，在满足前后航空器间距离不小于最小安全间隔的前提下以均匀分布形式在各个离散格点上分配航空器流及其初始速度；然后在每一仿真时刻并行更新航段上各个航空器的速度和位置，最后获取仿真数据。本发明可增加空中交通流仿真过程中的动态自适应性，使得仿真过程更符合管制员指挥习惯，从而为空中交通系统状态分析提供有力保障。

技术领域

本发明涉及一种空中交通流仿真方法，尤其涉及一种航空器状态可自动更新的空中交通流仿真方法。

背景技术

在大流量、高密度和小间隔空域运行条件下对空域未来状态演化进行推测是新一代空管自动化系统最为核心的一项技术。从宏观层面来讲，空域状态的演化过程依赖于由各个航空器所构成的交通流所体现出的流量和密度等参数，从微观层面来讲，空域状态的演化过程依赖于各个航空器在运行过程中所体现出的速度调整时机和调整量大小。已有针对航空器流方面的研究主要集中在轨迹优化和控制等方面，而针对航空器交通流运行特性进行分析方面的仿真方案还比较鲜见。

基于航空器流运行状态的复杂性，在航空器流特性分析过程中的关键问题是获取航空器流间状态的相互作用规律，而格点自动机理论在地面交通流系统分析中有着成熟的应用，这为其在空中交通流系统分析中的应用奠定了良好的基础。由Nagel和Schreckenberg共同提出的N-S模型是一个一维格点自动机模型。此外，N-S模型的演化规则包含以下三个隐性的条件，即交通工具在某个时刻可以处于静止状态、交通工具可以在瞬间加速或减速至目标速度值及前后两个交通工具在某个时刻可以处在前后两个相邻的格点内。由于航空器在运行过程中会存在一个最小速度值且速度调整是一个连续的过程，其加/减速度值不是无穷大的，速度值不可能是骤变的，因此前两个隐性条件对于高速运行的航空器来讲显然是不合理的。此外，根据空管规则规定，航空器间还存在一个最小安全间隔，因此最后一个隐性条件也是不成立的，为了更加有效地描述航空器流在航段上的运行规律以及准确估计航段定位点处航空器流的排队长度、运行延误和速度调整类型及次数等评价指标，有必要针对航空器流建立适合其运行特性的仿真模型。与常规的基于运动学模型的仿真过程相比，本发明所提出的仿真方案运行效率更高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种航空器状态可自动调整的仿真方法，该方法对空中交通流的仿真精度较高。实现本发明目的的技术方案是提供一种航空器状态可自动调整的仿真方法，包括如下几个步骤：

①将单航段分割为m个格点组成的一维离散格点链，在满足前后航空器间距离不小于最小安全间隔d_min的前提下以均匀分布形式在各个离散格点上分配n个航空器及其初始速度，各个航空器的初始速度v_j(j＝1，2，...，n)位于速度区间[v_min，v_max]内，v_min和v_max分别表示最小速度值和最大速度值，每一离散格点上最多分配一架航空器，将当前仿真时刻t值设定为0，仿真总时长为T；

②在当前仿真时刻t，并行更新航段上各个航空器的速度和位置；

③在下一仿真时刻t+1，统计飞离航段的航空器数目及其飞离速度并在满足前后航空器间距离不小于最小安全间隔d_min的前提下重新在各个离散格点上分配相同数目和相同速度的航空器，每一离散格点上最多分配一架航空器，令t＝t+1，若t≤T，进入步骤④，否则进入步骤⑤；

④重复步骤②-③；

⑤结束仿真流程。

进一步的，所述步骤②中各个航空器的速度和位置更新过程如下：