一种终端管制区的航线规划方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种终端管制区的航线规划方法及装置，该方法包括：获取终端管制区内待规划航班集合和航班集合对应的多个飞行计划信息、以及获取终端管制区内的可用航线集合和可用航线集合对应的航路点集合；并输入至预先建立的终端区航线优化模型，根据终端区航线优化模型分别确定各个航班对应的航线。本发明专利技术通过预先建立终端区航线优化模型，将获取到的参数输入至该终端区航线优化模型，使用目标函数和多个约束条件从时间和空间上综合分析终端管制区各个航班对应的进离场航线，从而实现高效、准确地为各个航班规划进离场航线，提高终端管制区空域利用率，减少航班延误。

Route planning method and device for terminal control area

The present invention provides a method and apparatus for route planning terminal control area, the method includes obtaining a set of terminal control area for flight planning sets and flight set corresponding multiple flight plan information, and access terminal control area within the available routes set and set the corresponding route available routes; and input to the pre established terminal area route optimization model, the corresponding flight route were determined according to the route optimization model of terminal area. The present invention through pre established route optimization model of terminal area, will gain access to the input parameters to optimize the route model of the terminal area, using the objective function and constraints of time and space from the comprehensive analysis of each terminal control area corresponding to the flight arrival and departure routes, so as to realize the efficient and accurate planning for each flight arrival and departure routes, improve the utilization rate of terminal airspace control area, reduce flight delays.

【技术实现步骤摘要】
一种终端管制区的航线规划方法及装置
本专利技术涉及终端管制区空域管理和规划
，具体而言，涉及一种终端管制区的航线规划方法及装置。
技术介绍
我国航空运输快速蓬勃发展，促使空域结构愈发复杂，机场密集程度越发增强。为缓解繁忙地区多机场相互影响造成的运行压力，在保证安全的前提下，对终端管制区的航线进行优化调整，最大限度的利用空域资源、满足飞行需求，减少航班延误，具有十分重要的意义。目前，当终端管制区内两个或两个以上的机场相距足够近以至于它们再也无法互不干扰地起降航班时，便需要相互之间进行合作。在一定程度上，进出这些机场的空中交通流量必须以一种耦合和集成的方式来处理。这涉及从战略空域设计到单个航班战术控制的一种或多种技术。Liling等人对美国典型的四个多机场终端区——亚特兰大，洛杉矶，纽约和迈阿密进行了实地调研，对机场构型相关性、空域耦合程度、交通流的交互以及环境天气等限制因素进行了分析和对比，为下一代空管计划下多机场的运行概念提供研究基础。BrianJ将随机遗传算法与解决线性问题方法相结合，提出了一种混合优化方案，用于解决与空中交通管理相关的航路分配、排序和时隙问题。初步的结果显示混合优化方案与整数线性规划相比，在等价的目标函数下可以在更短的时间内寻求到结果。从问题的求解技术来看，终端管制区航线优化问题可以分为三大类。第一类，基于空间策略的分配方法是指将一个或多个机场的需求转移至一种不同的资源(如一片不同的空域)以消除原有的空域冲突，该方法可以发挥预定义航线或空域走廊的作用，因此，除了防止通用航线或空域走廊的过度拥挤外，无需对飞机的起降时刻进行控制，其中，预定义的航线集既可以是固定的，也可以周期性地变更，但在这些偶然的变更之间是保持不变的，而且总可以通过设计来化解空域冲突；第二类，基于时间策略的分配方法是指对共享资源的协调使用，以使每个机场能在不同的时刻使用这种资源，该方法要求对飞机沿航线移动或通过空域的时刻进行协调，以防空域冲突发生，一般来讲，这种协调可能在终端管制区内的一个或多个航点进行；第三类，基于混合策略的航线分配方法是对时间策略和空间策略的组合形式，在终端管制区机场运营的空间与时间方法之间进行优化平衡。通常来说，空间方法通常被用来解耦终端管制区机场的航班起降。因而，空间方法要比时间方法更有效。另外，在某架特定飞机准备利用某个空域资源时存在的较大不确定性预示着航班的连续起降之间需要使用较大的安全缓冲区。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现相关技术中至少存在以下问题：相关技术中终端管制区的航线分配方法通过预先将不同空域分配给各个机场使得每个机场可用的离港走廊变少，此时分配给其他机场的空域对应的航线不可用，从而使得某一机场连续离港的航班之间需要加大间隔来确保各个连续离港飞机的安全性，延长了航班的起飞时间，减少了一定时间段内离港的航班数；另外，在某个机场处于航班起降高峰期而终端管制区的其它机场较为空闲时，不允许繁忙的机场利用分配给空闲的机场的空域，也就是说，这种运行方式使得空域利用率降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种终端管制区的航线规划方法及装置，以实现高效、准确地为各个航班规划航线，且保证终端管制区的各个空域的有效利用率。第一方面，本专利技术实施例提供了一种终端管制区的航线规划方法，该方法包括：获取终端管制区内待规划航班集合和所述航班集合对应的多个飞行计划信息、以及获取所述终端管制区内的可用航线集合和所述可用航线集合对应的航路点集合，其中，所述飞行计划信息包括：出发地点、起飞时间、到达地点、降落时间、预计飞行时间窗口；将获取的所述待规划航班集合、多个所述飞行计划信息、所述可用航线集合、以及所述航路点集合输入至预先建立的终端区航线优化模型，根据所述终端区航线优化模型分别确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线，其中，所述终端区航线优化模型包括：将航班离开所述终端管制区所需的总时间最小化的目标函数、以及对航班的航线进行约束的多个约束条件方程；根据所述待规划航班集合中各个航班对应的航线分别调取各个所述航线上的多个航路点；依次输出确定出的多个所述航班对应的航线，其中，所述待规划航班集合为fj表示待规划航班集合中第j个航班，NF表示待规划航班集合的航班总数，j表示待规划航班集合中各个航班的序号，所述可用航线集合为ri表示可用航线集合中第i条航线，NR表示可用航线集合的航线总数，i表示可用航线集合中各个航线的序号，所述航路点集合为pg表示航路点集合中第g个航路点，NP表示航路点集合的航路点总数，g表示航路点集合中各个航路点的序号。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据所述终端区航线优化模型分别确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线包括：根据目标函数对所述待规划航班集合中各个航班离开所述终端管制区所需的总时间进行约束，以使各个航班离开所述终端管制区所需的总时间最短；将以下多个约束条件方程对应的约束条件作为确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线的约束条件；其中，多个所述约束条件方程包括：第一约束条件方程、第二约束条件方程、第三约束条件方程和第四约束条件方程，所述第一约束条件方程对应的约束条件为使航线满足有且只有一个的第一约束条件；所述第二约束条件方程and对应的约束条件为使航线满足航班在航线上的起飞时间晚于所述航线上初始航路点的最早可用时间且航班在对应的航线上的起飞时间早于所述航线上初始航路点的最晚可用时间的第二约束条件，表示航线r上初始航路点p1的最早可用时间，表示航线r上初始航路点p1的最晚可用时间；所述第三约束条件方程and对应的约束条件为使航线满足航班在航线上的降落时间晚于所述航线上最终航路点的最早可用时间且航班在对应的航线上的降落时间早于所述航线上最终航路点的最晚可用时间的第三约束条件，表示航线r上最终航路点的最早可用时间，表示航线r上最终航路点的最晚可用时间；所述第四约束条件方程对应的约束条件为使航线满足对于第一航班f∈F经过对应的第一航线r上的航路点p与第二航班f'∈F经过对应的第二航线r'上的航路点p的先后顺序具有唯一性的第四约束条件；将同时满足所述第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件、以及满足所述目标函数的航线作为所述待规划航班集合中各个航班对应的航线；其中，Af,r表示二进制航线分配变量，若给定航班f∈F对应的航线为r，则Af,r＝1，Tf,r,p表示给定航班f∈F经过对应的航线r上的航路点p的时间变量，r∈Rf及p∈Pr，Rf＝{rk|航班f的所有可选择的航线r，k∈{1，2，....，NR(f)}}表示给定航班f∈F对应的可选择的航线集合，NR(f)表示给定航班f∈F可选择的航线总数，k表示给定航班f∈F对应的可选择的航线集合中各个航线的序号，Pr＝{ph|航线r包含的所有航路点p，h∈{1，2，....，NP(r)}}表示给定航线r∈R对应的航路点集合，NP(r)表示给定航线r∈R对应的航路点总数，h表示给定航线r∈R对应的航路点集合中各个航路点的序号，所述可用航线集合满足公式所述航路点集合满足公式表示二进制航线分配变量与给定航班f∈F经过对应的航线r上的航路点p的时间变量的乘积的辅助变量，Sf,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种终端管制区的航线规划方法，其特征在于，所述方法包括：获取终端管制区内待规划航班集合和所述航班集合对应的多个飞行计划信息、以及获取所述终端管制区内的可用航线集合和所述可用航线集合对应的航路点集合，其中，所述飞行计划信息包括：出发地点、起飞时间、到达地点、降落时间、预计飞行时间窗口；将获取的所述待规划航班集合、多个所述飞行计划信息、所述可用航线集合、以及所述航路点集合输入至预先建立的终端区航线优化模型，根据所述终端区航线优化模型分别确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线，其中，所述终端区航线优化模型包括：将航班离开所述终端管制区所需的总时间最小化的目标函数、以及对航班的航线进行约束的多个约束条件方程；根据所述待规划航班集合中各个航班对应的航线分别调取所述航线上的多个航路点；依次输出确定出的多个所述航班对应的航线和各个所述航线上的多个航路点；其中，所述待规划航班集合为

【技术特征摘要】
1.一种终端管制区的航线规划方法，其特征在于，所述方法包括：获取终端管制区内待规划航班集合和所述航班集合对应的多个飞行计划信息、以及获取所述终端管制区内的可用航线集合和所述可用航线集合对应的航路点集合，其中，所述飞行计划信息包括：出发地点、起飞时间、到达地点、降落时间、预计飞行时间窗口；将获取的所述待规划航班集合、多个所述飞行计划信息、所述可用航线集合、以及所述航路点集合输入至预先建立的终端区航线优化模型，根据所述终端区航线优化模型分别确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线，其中，所述终端区航线优化模型包括：将航班离开所述终端管制区所需的总时间最小化的目标函数、以及对航班的航线进行约束的多个约束条件方程；根据所述待规划航班集合中各个航班对应的航线分别调取所述航线上的多个航路点；依次输出确定出的多个所述航班对应的航线和各个所述航线上的多个航路点；其中，所述待规划航班集合为fj表示待规划航班集合中第j个航班，NF表示待规划航班集合的航班总数，j表示待规划航班集合中各个航班的序号，所述可用航线集合为ri表示可用航线集合中第i条航线，NR表示可用航线集合的航线总数，i表示可用航线集合中各个航线的序号，所述航路点集合为pg表示航路点集合中第g个航路点，NP表示航路点集合的航路点总数，g表示航路点集合中各个航路点的序号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述终端区航线优化模型分别确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线，包括：根据目标函数对所述待规划航班集合中各个航班离开所述终端管制区所需的总时间进行约束，以使各个航班离开所述终端管制区所需的总时间最短；将以下多个约束条件方程对应的约束条件作为确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线的约束条件；其中，多个所述约束条件方程包括：第一约束条件方程、第二约束条件方程、第三约束条件方程和第四约束条件方程，所述第一约束条件方程对应的约束条件为使航线满足有且只有一个的第一约束条件；所述第二约束条件方程对应的约束条件为使航线满足航班在航线上的起飞时间晚于所述航线上初始航路点的最早可用时间且航班在对应的航线上的起飞时间早于所述航线上初始航路点的最晚可用时间的第二约束条件，表示航线r上初始航路点p1的最早可用时间，表示航线r上初始航路点p1的最晚可用时间；所述第三约束条件方程对应的约束条件为使航线满足航班在航线上的降落时间晚于所述航线上最终航路点的最早可用时间且航班在对应的航线上的降落时间早于所述航线上最终航路点的最晚可用时间的第三约束条件，表示航线r上最终航路点的最早可用时间，表示航线r上最终航路点的最晚可用时间；所述第四约束条件方程对应的约束条件为使航线满足对于第一航班f∈F经过对应的第一航线r上的航路点p与第二航班f'∈F经过对应的第二航线r'上的航路点p的先后顺序具有唯一性的第四约束条件；将同时满足所述第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件、以及满足所述目标函数的航线作为所述待规划航班集合中各个航班对应的航线；其中，Af,r表示二进制航线分配变量，若给定航班f∈F对应的航线为r，则Af,r＝1，Tf,r,p表示给定航班f∈F经过对应的航线r上的航路点p的时间变量，r∈Rf及p∈Pr，表示给定航班f∈F对应的可选择的航线集合，NR(f)表示给定航班f∈F可选择的航线总数，k表示给定航班f∈F对应的可选择的航线集合中各个航线的序号，Pr＝{ph|航线r包含的所有航路点p，h∈{1，2，....，NP(r)}}表示给定航线r∈R对应的航路点集合，NP(r)表示给定航线r∈R对应的航路点总数，h表示给定航线r∈R对应的航路点集合中各个航路点的序号，所述可用航线集合满足公式所述航路点集合满足公式表示二进制航线分配变量与给定航班f∈F经过对应的航线r上的航路点p的时间变量的乘积的辅助变量，Sf,f',r,r',p表示二进制航路点到达变量，若第一航班f∈F经过对应的第一航线r上的航路点p早于第二航班f'∈F经过对应的第二航线r'上的航路点p，则Sf,f',r,r',p＝1，r∈Rf、r'∈Rf′、p∈Pr∩Pr'≠Φ，表示二进制航线分配变量Af,r与Af',r'的乘积。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述终端区航线优化模型分别确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线，包括：将以下多个约束条件方程对应的约束条件作为确定所述待规划航班集合中各个航班对应的航线的约束条件；其中，多个所述约束条件方程还包括：第五约束条件方程和第六约束条件方程，所述第五约束条件方程对应的约束条件为使航线满足将连续到达第一航线r上的航路点p的第一航班f∈F与到达第二航线r'上的航路点p的第二航班f'∈F分离开来的分离时间最小化的第五约束条件，其中，SEPf,f',p表示将到达第一航线r上的航路点p的第一航班f∈F与到达第二航线r'上的航路点p的第二航班f'∈F分离开来的分离时间，M表示任意大的常数，m表示任意小的常数；所述第六约束条件方程对应的约束条件为使航线满足航班到达航路点p、以及达到与所述航路点p的相邻航路点p'的时间间隔大于最小时间间隔阈值且小于最大时间间隔阈值的第六约束条件，其中，(ΔTf,r,p,p')min表示航班到达航路点p、以及达到与所述航路点p的相邻航路点p'的时间间隔对应的最小时间间隔阈值，(ΔTf,r,p,p')max确定航班到达航路点p、以及达到与所述航路点p的相邻航路点p'的时间间隔对应的最大时间间隔阈值；将同时满足所述第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件、第四约束条件、第五约束条件和第六约束条件、以及满足所述目标函数的航线作为所述待规划航班集合中各个航班对应的航线。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据公式确定航班到达航路点p、以及达到与所述航路点p的相邻航路点p'的时间间隔对应的最小时间间隔阈值，其中，表示给定航线r上从航路点p至航路点p'航线段的最小路径调整因子，表示给定航线r上从航路点p至航路点p'航线段的最大速度，dr,p,p'表示给定航线r上从航路点p至航路点p'航线段的距离；根据公式确定航班到达航路点p、以及达到与所述航路点p的相邻航路点p'的时间间隔对应的最大时间间隔阈值，其中，表示给定航线r上从航路点p至航路点p'航线段的最大路径调整因子，表示给定航线r上从航路点p至航路点p'航线段的最小速度；根据公式确定将到达第一航线r上的航路点p的第一航班f∈F与到达第二航线r'上的航路点p的第二航班f'∈F分离开来的分离时间，其中，表示可能存在冲突的航路点p的所需最小间隔时间，|ef|表示航班f∈F相对于预计飞行时间窗口的变化程度，|ef'表示航班f'∈F相对于预计飞行时间窗口的变化程度。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：按照以下规则策略对所述终端区航线优化模型中的所述目标函数和多个所述约束条件方程进行求解；其中，所述规则策略包括：第一规则策略、第二规则策略和第三规则策略，所述第一规则策略为通过公式且约束两两航班的共享航线段上的航班顺序由会聚航路点的航班顺序设定，其中，Sf,f',r,r',p表示二进制航路点到达变量，若第一航班f∈F经过对应的第一航线r上的航路点p早于第二航班f'∈F经过对应的第二航线r'上的航路点p，则Sf,f',r,r',p＝1；所述第二规则策略为通过公式Sf,f',r,r',p＝Af,rAf',r',其中，排除不存在冲突的第一航班f∈F对应的第一航线r与第二航班f'∈F对应的第二航线r'的共享航路点p，其中，Af,r表示二进制航线分配变量，若给定航班f∈F对应的航线为r，则Af,r＝1；所述第三规则策略为利用窗口技术将待规划航班集合划分为多个航班子集，在对多个所述航班子集进行求解的过程中，将前一航班子集的解作为后一航班子集的附加约束条件，重复对各个所述航班子集进行求解，直到确定出所述待规划航班集合中所有航班对应的航线。6.一种终端管制区的航线规划装置，其特征在于，所述装置包括：信息获取模块，用于获取终端管制区内待规划航班集合和所述航班集合对应的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永文，王长春，唐治理，陈志杰，邵欣，朱立彬，王家玲，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军装备研究院雷达与电子对抗研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11