多扇区冲突探测与解脱模型构建方法及该方法构建的模型技术

本发明专利技术具体涉及一种多扇区冲突探测与解脱模型构建方法及该方法构建的模型，其中多扇区冲突探测与解脱模型构建方法包括：对混合整数非线性规划模型涉及的参数进行定义；确定混合整数非线性规划模型的决策变量；根据参数和决策变量确定混合整数非线性规划模型的约束条件；以及构建混合整数非线性规划模型的目标函数，实现了根据约束条件能同时考虑流量管理及空中交通管制实际运行约束，模型的优化目标综合考虑冲突解脱策略对航班运行和对管制工作负荷的影响，模型的决策对象涵盖入扇区之前分配的延误以及在多扇区内航空器的速度、高度层、航向调整等多种形式，能用于有效支撑流量管理与空中交通管制协调运行决策解决多扇区内空管实际运行问题。

【技术实现步骤摘要】
多扇区冲突探测与解脱模型构建方法及该方法构建的模型
本专利技术属于航空
，具体涉及一种多扇区冲突探测与解脱模型构建方法及该方法构建的模型。
技术介绍
随着未来空中交通流量的增加，有限的空域和繁忙的航线面临着越来越大的流量压力，空中交通运行方式也将从基于分离的空域和预定航路的运行方式转变为基于航迹的运行方式，在基于航迹运行方式下，流量管理将与管制运行结合更为紧密。流量管理策略包括起飞前的地面等待策略以及在空中航路点实施的计量管理策略等，航路点计量管理策略包括控制航班过点时间的基于时间的计量管理策略(Time-basedmetering)、控制航班之间间隔的基于时间间隔的计量管理策略(Minutes-in-trail)和基于距离间隔的计量管理策略(Miles-in-trail)，基于航班时间/距离间隔的计量管理策略是我国常见的一种流量管理策略，也称为流控策略，计量管理策略对管制运行产生影响，管制人员既需要满足航路点计量管理约束，同时也要确保航班之间无冲突，针对该问题建立起一套可以为管制人员在存在下游航路点计量约束下的多扇区冲突探测与解脱决策提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多扇区冲突探测与解脱混合整数非线性规划模型的构建方法，其特征在于，包括：/n对混合整数非线性规划模型涉及的参数进行定义；/n确定混合整数非线性规划模型的决策变量；/n根据参数和决策变量确定混合整数非线性规划模型的约束条件；以及/n构建混合整数非线性规划模型的目标函数。/n

【技术特征摘要】
1.一种多扇区冲突探测与解脱混合整数非线性规划模型的构建方法，其特征在于，包括：
对混合整数非线性规划模型涉及的参数进行定义；
确定混合整数非线性规划模型的决策变量；
根据参数和决策变量确定混合整数非线性规划模型的约束条件；以及
构建混合整数非线性规划模型的目标函数。


2.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，
所述对混合整数非线性规划模型涉及的参数进行定义的方法包括：
构建多扇区空域及交通仿真场景，对多扇区空域及交通仿真场景的数据进行预处理，并确定混合整数非线性规划模型涉及的参数定义；
参数的定义包括：
E：交叉冲突的飞行计划对集合；

追赶冲突的飞行计划对集合；
J：飞行计划集合；
|J|：飞行计划的总数量；
J(p,l)：E中第p对飞行计划中的第l个飞行计划，p∈E,l∈{1,2},J(p,l)∈J；


中第p对飞行计划中的第l个飞行计划，
A：航班集合；
|A|：航空器总数量；
S：所规划范围内的所有扇区集合；
K：可使用高度层集合；
α：允许发生速度调整的航空器数量占比；
β：允许发生高度层调整的航空器数量占比；
λ：扇区内工作负荷与多扇区平均工作负荷的最大允许比值；
Δv：速度调整的基本单位；






N(i)：飞行计划i包含的航路点数量；
zi(m)：表示初始飞行计划i在航路点m飞行高度层；

航空器a的计划巡航速度；

航空器a的最大允许速度；

航空器a的最小允许速度；
Di(m)：飞行计划i在航路点m与m+1之间的距离；
ti(m)：飞行计划i经过第m个航路点时的计划过点时间；

不考虑进入多扇区之前的时间调整，航空器按照飞行计划i到达第m个航路点的最大可能时间；

不考虑进入多扇区之前的时间调整，航空器按照飞行计划i到达第m个航路点的最小可能时间；
Sp：在E中的第p对飞行计划在航路交叉点所需最小时间间隔；
W(i)：飞行计划i中交叉点的数量；
di(w)：第w个交叉点与其前一个航路点之间的距离；

航路点m与共享航段的起始点之间的距离；

航路点m与共享航段的终止点之间的距离；


中的第p对飞行计划对i和j之间在共享航段CFS的起始点的终止点之间的最小间隔时间；


中第p对飞行计划的第l个飞行计划在共享航段起始点的过点时间；


中第p对飞行计划的第l个飞行计划在共享航段终止点的过点时间；
FC：出扇区流控限制集合；

出扇区流控限制q相关受影响航班集合，q∈FC；

下游间隔计量值，即在预设流控点两架航空器经过时需要满足的时间间隔，q∈FC。


3.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，
所述确定混合整数非线性规划模型的决策变量的方法包括：





















Ti(m)：表示飞行计划i中航路点m与m+1之间的飞行时间；
σi(m)：表示飞行计划i中航路点m与m+1之间飞行速度基于计划速度的调整量相对基本调速单位Δv的倍数，σi(m)∈Z；










































t′i(m)：调整后的飞行计划i到达第m个航路点的过点时间；

调整后的飞行计划i到达第w个交叉点的过点时间。


4.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，
所述根据参数和决策变量确定混合整数非线性规划模型的约束条件的方法包括：
所述约束条件包括：飞行计划选择约束、过点时间约束、航空器调速约束、航空器航向调整约束、航空器高度调整约束、交叉冲突判断约束、追赶冲突判断约束、扇区冲突调配负荷平衡性约束和航路点流控间隔约束。


5.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，
所述飞行计划选择约束为：以表示每架航班只能选择一个飞行计划执行；
所述过点时间约束为：以表示航班依次到达各个航路点的调度过点时间的关系。


6.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，
所述航空器调速约束为：

以表示航班在各个航路点之间飞行的飞行速度在所要求速度限制范围内；

以表示航班的速度调整量为调速基本单位Δv的σi(m)倍，σi(m)为整数；

以表示航班调速避免增速减速交替进行的情况；

以表示航班是否发生调速，若发生调速则Is(i)为1，若未发生则为0；

以表示对允许调整速度的航空器数量的限制。


7.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，
所述航空器航向调整约束为：

以表示航向是否发生调整，J中飞行计划与A中航空器的序号对应关系为：航空器a对应的飞行计划分别为3a-2，3a-1和3a，其中初始飞行计划为3a-2，航向调整飞行计划分别为3a-1和3a，若发生航向调整，则Ih(a)为1，否则为0。


8.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，
所述航空器高度调整约束为：

以表示各航路点只能分配一个高度层；

以表示多扇区出扇区点处的高度层保持原飞行计划的高度层不变；

以表示飞行计划是否发生高度层调整，如果发生调整，则Il(i)为1，否则Il(i)为0；

以表示对允许调整高度层的航空器数量的限制。


9.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，
所述交叉冲突判断约束为：

以表示交叉冲突飞行计划对中两架航空器所选择的飞行计划在交叉点m处是否位于同一高度层，位于同一高度层，则Hp(k)为0，否则Hp(k)为1；

以表示航空器在交叉点的过点时间与交叉点所在航路点m的调度过点时间t′i(m)以及航路点m与m+1之间的飞行时间Ti(m)的关系；

以表示交叉冲突飞行计划对中第一个飞行计划先于第二个飞行计划通过交叉点的情况下判断是否满足安全间隔的约束，若满足时间间隔，则Ap为1，否则为0；

以表示交叉冲突飞行计划对中第二个飞行计划先于第一个飞行计划通过交叉点的情况下是否满足安全间隔的约束，若满足时间间隔，则Bp为1，若不满足时间间隔，则Bp为0；

以表示第p对飞行计划中两航空器之间是否存在交叉冲突，其中：当P(J(p,1))＝1并且P(J(p,2))＝1时，两航空器选择交叉冲突飞行计划对p中的两个飞行计划，当时，两航空器位于同一高度，当Ap＝Bp＝0时，两航空器之间不满足时间间隔，若存在则Cp为1，若不存在则Cp为0。


10.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，
所述追赶冲突判断约束为：

以表示追赶冲突飞行计划对中两架航空器在共享航段是否位于同一高度层，位于同一高度层，则为0，否则为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，谢华，王兵，李杰，郭野晨风，袁立罡，张晓洁，阿音格，黎晓英，朱永文，唐治理，王长春，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32