一种带通行限制的国际航线航路规划方法技术

本发明专利技术公开了一种带通行限制的国际航线航路规划方法，包括步骤：1)加载全网航路数据，生成航线网络图；2)对航线网络图进行裁剪，得到有向图G＝{V,E}，其中V为有向图G中所有节点的集合，E为有向图G中所有航路边的集合；3)计算不带限制的情况下起点到所有节点的最短距离，计算不带限制的情况下所有节点到终点的最短距离，4)计算每一条航路边各高度层的边权重；5)选择每条航路边所有高度层的边权重的平均值作为该航路边的预估权重；6)确定满足航路限制的水平航路；7)确定垂直航路；8)输出优化结果。本发明专利技术可根据用户选择的优化目标，航路限制及气象风温等条件自动规划出最佳航路。限制及气象风温等条件自动规划出最佳航路。限制及气象风温等条件自动规划出最佳航路。

【技术实现步骤摘要】
一种带通行限制的国际航线航路规划方法


[0001]本专利技术涉及民用航空运行指挥及签派放行
，具体涉及一种带通行限制的国际航线航路规划方法。

技术介绍

[0002]在执行民用航班之前，航空公司签派员必须根据气象条件、航行情报，机场和备降场的条件、领航和航行规则，飞机的载量和设备情况，按照飞机性能限制，各类复杂的运行限制和法律法规，确定实际的飞行剖面，计算并确定可携带的商载，确定本次航班飞行所需的燃油量和飞行时间。以上航路规划是飞行计划系统的核心技术之一，航空公司通过飞行计划系统制作每个航班的计算机飞行计划和签派放行等工作，以规范运行管理、提高工作效率、控制航班运行风险、节约航班运营成本，实现增加运营效益。
[0003]目前航路规划的方法主要分为两大类，第一类是最优控制理论方法(Optimal Control Theory Approach)，在不考虑航路限制的情况下得到最优路径，然后进行规则检查，若发现最优路径违反了相关航路限制规则以这一路径为基础将其修正为满足限制的路径，修正过后的路径跟所得最优路径的航行距离、航行时间、油耗、航行成本可能偏差较大，故一旦最优路径违反了相关航路限制规则，则航路规划的实际结果质量不能保证。第二类是网络优化方法(Network Optimization Approach)，网络的航路边采用固定预估权重值计算最优路径，然而该方法飞机重量、风向、温度等对油耗、速度、成本影响较大，优化结果误差较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种带通行限制的国际航线航路规划方法，该方法可根据用户选择的优化目标，航路限制及气象风温等条件自动规划出最佳航路。
[0005]一种带通行限制的国际航线航路规划方法,包括以下步骤：
[0006]1)加载全网航路数据，生成航线网络图；
[0007]2)根据设定的起飞机场和降落机场对航线网络图进行裁剪，并对航线网络图进行压缩，得到用于优化的有向图G＝{V,E}，其中V为有向图中所有节点的集合，E为所有航路边的集合；
[0008]3)用Dijkstra算法，计算不带限制的情况下起点到所有节点的最短距离并建立一个最短路径字典MINDict
D
，计算不带限制的情况下所有节点到终点的最短距离并建立一个最短路径字典MINDict
A
，用于估算航路边的权重及用于后续A*算法估算当前点到终点的预估距离；
[0009]4)根据设定的优化目标及包括风温、风速及航向角的数据，计算每一条航路边各高度层的边权重；
[0010]5)选择每条航路边所有高度层的边权重的平均值作为该航路边的预估权重；
[0011]6)利用所述A*算法确定满足航路限制的水平航路；
[0012]7)根据得到的水平航路确定垂直航路；
[0013]8)输出优化结果；
[0014]为了达到控制航路拥堵等目的，空管机构会发布一些对航路走向、流量的限制，部分限制需要结合前序经过的航路点/航路/空域才能判断是否满足条件，这类限制无法事先在预处理时进行过滤，必须边规划边检查，保守估计，目前全球航路限制有十万条左右，通过对这些限制进行梳理，一般可分为三种类型：
[0015](1)Not available
‑
不可经过：当条件X为真时，Y必须为假；
[0016](2)Compulsory
‑
必须经过：当条件X为假时，Y必须为真；
[0017](3)Only available
‑
仅可经过：只有当条件X为真时，Y可以为真；其中条件X及条件Y可能为在某个时间段经过某个航路点、航路点的组合、某航路、某航路的一部分或某个空域，第(3)种类型可以转换成当条件X为假时，Y必须为假，故本专利技术将航路限制规则分类为：(1)Not available
‑
不可经过，(2)Compulsory
‑
必须经过；
[0018]A*(A
‑
Star)算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，也是解决许多搜索问题的有效算法。算法中的距离估算值与实际值越接近，最终搜索速度越快。本专利技术采用改进的A*算法，其估值函数为：
[0019]f(n)＝g(n)+h(n)；其中f(n)是每个可能节点的成本估值，它由两部分组成，其中g(n)为起点到当前节点的实际成本，h(n)为当前节点到终点的成本估值，以中预先计算的不带限制的情况下每个航路节点到目的机场的最短距离作为h(n)，每个节点保留多条扩展路径，并在有航路相关限制时调整h(n)为过所有必经节点的最短路径。
[0020]本专利技术还具有以下优选设计：
[0021]所述步骤6)中，所述满足航路限制的水平航路的确定过程如下：
[0022](1)建立一个open list，一个close list,均初始化为空，将所有节点状态初始化为open；
[0023](2)初始化两个规则集合R
na
和R
cmp
，R
na
为优化范围内涉及的第(1)类Not available类型规则，R
cmp
为优化范围内涉及的第(2)类Compulsory类型规则；
[0024](3)将起点S加入到open list，用一个五维标签表示节点{pre
‑
node，cost，weight，time，C
n
}，分别代表前序节点、成本估值、飞机经过该点后的重量，时间及必经节点集合，其中pre
‑
node、C
n
初始化为空，cost初始化为MINDict
A
中对应的不带限制的最短距离，weight初始化为飞机起飞重量，时间初始化为航班起飞时间，若open list为空，或者已经找到K条起点至终点的最短路径，则程序终止，其中K可根据经验取值；
[0025](4)若open list不为空，则从open list中找到成本最小，即f(n)值最小的节点n进行路径扩展；
[0026](5)将节点n从open list中删除，若close list中节点n的状态为close，则跳过该节点，选取下一个节点，否则，对相应路径进行规则检查，若不违反规则，则将该节点的路径加入close list，若放入节点n后，close list中其个数达到K个，则将该节点状态修改为close，若节点n为终点，则找到一条从起点到终点的路径,其中K的取值根据经验设置以保证获得可行且较优的结果；
[0027](6)遍历节点n有出边的节点m，若m不为close则计算其成本f(m)，由于到达每条边起点的飞机重量对该边的油耗、成本和时间影响较大，扩展边时根据到达该边时飞机的实
际重量重新从起点正向计算待扩展边的权重，更新MINDict
D
并记录经过该边后飞机的重量，对于当前扩展节点，检查是否触发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带通行限制的国际航线航路规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)加载全网航路数据，生成航线网络图；2)根据设定的起飞机场和降落机场对航线网络图进行裁剪，并对航线网络图进行压缩，得到用于优化的有向图G＝{V,E}，其中V为有向图G中所有节点的集合，E为有向图G中所有航路边的集合；3)用Dijkstra算法，计算不带限制的情况下起点到所有节点的最短距离并建立一个最短路径字典MINDict
D
，计算不带限制的情况下所有节点到终点的最短距离并建立一个最短路径字典MINDict
A
，用于估算航路边的权重及用于后续A*算法估算当前点到终点的预估距离；4)根据设定的优化目标及包括风温、风速及航向角的数据，计算每一条航路边各高度层的边权重；5)选择每条航路边所有高度层的边权重的平均值作为该航路边的预估权重；6)利用所述A*算法确定满足航路限制的水平航路；7)根据得到的水平航路确定垂直航路；8)输出优化结果；将航路限制规则分类为：(1)Not available
‑
不可经过；(2)Compulsory
‑
必须经过，所述A
*
算法的估值函数为：f(n)＝g(n)+h(n)；其中f(n)是每个可能节点的成本估值，它由两部分组成，其中g(n)为起点到当前节点的实际成本，h(n)为当前节点到终点的成本估值，以MINDict
A
中预先计算的不带限制的情况下每个航路节点到目的机场的最短距离作为h(n)，每个节点保留多条扩展路径，并在有航路相关限制时调整h(n)为过所有必经节点的最短路径。2.根据权利要求1所述的带通行限制的国际航线航路规划方法，其特征在于：所述步骤6)中，所述满足航路限制的水平航路的确定过程如下：(1)建立一个open list，一个close list,均初始化为空，将所有节点状态初始化为open；(2)初始化两个规则集合R
na
和R
cmp
，R
na
为优化范围内涉及的第(1)类Not available类型规则，R
cmp
为优化范围内涉及的第(2)类Compulsory类型规则；(3)将起点S加入到openlist，用一个五维标签表示节点{pre
‑
node，cost，weight，time，C
n
}，分别代表前序节点、成本估值、飞机经过该点后的重量，时间及必经节点集合，其中pre
‑
node、C
n
初始化为空，cost初始化为MINDict
A
中对应的不带限制的最短距离，weight初始化为飞机起飞重量，时间初始化为航班起飞时间，若open list为空，或者已经找到K条起点至终点的最短路径，则程序终止；(4)若openlist不为空，则从openlist中找到成本最小，即f(n)值最小的节点n进行路径扩展；(5)将节点n从open list中删除，若close list中节点n的状态为close，则跳过该节点，选取下一个节点，否则，对相应路径进行规则检查，若不违反规则，则将该节点的路径加入closelist，若放入节点n后，closelist中其个数达到K个，则将该节点状态修改为close，若节点n为终点，则找到一条从起点到终点的路径；(6)遍历节点n有出边的节点m，若m不为close则计算其成本f(m)，由于到达每条边起点
的飞机重量对该边的油耗、成本和时间影响较大，扩展边时根据到达该边时飞机的实际重量重新从起点正向计算待扩展边的权重，更新MINDict
D
并记录经过该边后飞机的重量，对于当前扩展节点，检查是否触发R
cmp
中的条件，若是，检查必经节点集合中是否已有限制所规定的必经节点，如有，则忽略，否则更新必经集合C
m
，若必经集合C
m
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈创希，伍翔，许南，常先英，吴东岳，张苗苗，曾力舜，谢静娜，罗德贵，蒋禄妹，柳亚昆，瞿也丰，李翰林，高嘉许，
申请(专利权)人：中国南方航空股份有限公司，
类型：发明
国别省市：