[发明专利]一种单阶段临时航迹鲁棒优化方法

摘要

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。

主权项

1.一种单阶段临时航迹鲁棒优化方法，其特征在于，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规划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规划情景下最小总延误损失的差与规划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；某一具体情景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；步骤(2)中根据绝对鲁棒最优准则建立的目标函数为：其中，I为航班总数，J_p为规划情景p下的时隙总数，J_q为可能出现实际情景q下的时隙总数，K_q为可能出现实际情景q下空域内的可用航段总数，c_i^g表示航班i的地面延误成本，c_i^a表示航班i的空中延误成本，eta_i表示航班i计划到达危险天气影响空域进入点的时刻，t_j为进入该空域的规划时隙，t_r为进入该空域的实际时隙，s_i^k为航班i在航段k上的飞行时间，etf_i表示航班i在该空域内的计划飞行时间，y_ir^q、z_ik^q为决策变量，表示为：步骤(2)中根据偏差鲁棒最优准则建立的目标函数为：其中，I为航班总数，J_p为规划情景p下的时隙总数，J_q为可能出现实际情景q下的时隙总数，K_q为可能出现实际情景q下空域内的可用航段总数，K_p为规划情景p下空域内的可用航段总数，c_i^g表示航班i的地面延误成本，c_i^a表示航班i的空中延误成本，eta_i表示航班i计划到达危险天气影响空域进入点的时刻，t_j为进入该空域的规划时隙，t_r为进入该空域的实际时隙，s_i^k为航班i在航段k上的飞行时间，s_i^l为航班i在航段l上的飞行时间，etf_i表示航班i在该空域内的计划飞行时间，y_ir^q、z_ik^q、z_il^p为决策变量，表示为：步骤(2)中相对鲁棒最优准则建立的目标函数为：其中，I为航班总数，J_p为规划情景p下的时隙总数，J_q为可能出现实际情景q下的时隙总数，K_q为可能出现实际情景q下空域内的可用航段总数，K_p为规划情景p下空域内的可用航段总数，c_i^g表示航班i的地面延误成本，c_i^a表示航班i的空中延误成本，eta_i表示航班i计划到达危险天气影响空域进入点的时刻，t_j为进入该空域的规划时隙，t_r为进入该空域的实际时隙，s_i^k为航班i在航段k上的飞行时间，s_i^l为航班i在航段l上的飞行时间，etf_i表示航班i在该空域内的计划飞行时间，y_ir^q、z_ik^q、z_il^p为决策变量，表示为：所述约束条件包括：任意情景下每个航班有且仅有一个时隙；任意情景下每个时隙最多只能分配给一个航班；航班规划进入空域时刻不能早于预计进入空域时刻，实际进入空域时刻不能早于规划进入空域时刻；任意情景下每个航班有且仅有一条航线；以及各航段流量不超过该航段容量。