时变条件下航班最优航路选择方法技术

时变条件下航班最优航路选择方法，是基于空中交通网络进行研究的，利用数学方法描述天气变化对航路状态的影响，在此基础上建立时变条件下基于马尔科夫决策过程的飞机航路选择模型，给出了天气变化影响下航班航路选择决策方法，为空中交通管制提供决策支持，达到在不同天气状况下航班以最小旅行费用进行安全飞行的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种解决航路最佳选择的技术，即在不同天气状况下航班以最小旅行费 用的安全到达目的机场。
技术介绍
在现在的空管系统中，飞机在航路飞行的时候，突然发生航路天气变化。这时是继 续飞行、绕道飞行、还是返回？ 一般要靠空管员的职业经验。这只是个人主观判断，很难确 保决策的最佳性和正确性。飞机在航路上飞行的过程中，由于受到实时天气变化等诸多不 确定因素的影响，航段(两航路点之间的航线)状态随时间不断变化，所以需要根据邻接航 段的状态以及相应状态转移矩阵来选择航路。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种航班最优路径选择的方法。从起始机场出发，在每个决 策时间点上，在不同的天气状况影响下选择最优的航路，以此递推，在飞机到达目的机场 时，整个决策仍为最优，航班旅行费用最小。本专利技术是基于不同天气状态下进行研究的。飞机在航路(航线)上飞行时，每隔 一段时间，都能获航路上的天气数据，但天气的影响区域和持续时间均不确定，这也导致通 过该区域的飞行时间不确定，使得飞机必须面临航路选择决策。根据预报时间间隔内的天 气状况及其持续时间的概率，建立航路状态空间及状态概率转移矩阵。在此基础上建立行 程时间费用，利用马尔科夫决策过程的定义建立行程时间费用迭代方程，求解出最优航路 选择策略。使用本专利技术的优点在于，通过建立飞机航路选择动态决策模型能为空中交通管制 提供新的辅助决策方法。从目前发表的文献来看，时变条件下飞机航路选择动态规划的相 关论文较少，大多数文献均采用地面等待来规避航路中的天气影响，这会带来巨大的经济 损失和资源浪费。此外，由于该模型使用的方法属于动态规划范畴，且天气等参数均与时间 有关，所以该方法也是自适应的。附图说明图1选路策略示意2航班最优航路选择流程图具体实施例方式以下结合附图详述如下一般而言，飞机在决策点(Decision point)进行选路时，有以下三种选择策略。策略1 若例行航路上后续航路段(两航路点之间的航线)的天气持续时间较短， 则可采用减速飞行，仍沿例行航路飞行。策略2 若例行航路上后续航路段的天气持续时间较长，且相邻航路段也受天气 影响，则可选择返回。策略3 若例行航路上后续航路段的天气持续时间较长，但其相邻航路段受天气 影响较小，则可选择绕飞。为保证在OD对之间航班的延误最小，则要求在任意决策时间点上的决策均为最 优。由上面的分析可知，该决策过程满足随机动态规划的条件，且由天气变化造成航 路的拥堵可用马尔可夫链来描述，故可建立基于马尔可夫决策过程的飞机最优航路选择决 策模型来实现飞机航路动态选择。模型中使用到的参数及定义1.模型使用有向图G(N，E)来表示航线网，N为节点集，包括出发机场，目的机场和 航路点。E [ NxN ’为边集合。2. Scs (η) = {η' :(η,η' ) e Ε}为节点η，η e N的后续点的集合，为有限集合。 令s为起始节点，且s e N。令d为目的节点，则有Scs (d) = d，d e N。Pa (η)表示从η到 d所有路径的集合。3. P =P1,...,Zj Q五为可观测边的集合，I表示可观测边的子集编号，L为可观测边的总数。可观测边为与飞机距离在给定范围内的后续航路段，通过先验知识和实时天气 预报等知识能获得其在观测时段内的状态。4.、为第q个决策时间点，此时飞机到达航路点IV η, e N, tq e {1，...，T}，其中 T为可观测时间范围的上限。为描述天气变化对航路的影响，引入边状态K(t)和状态持续时间X(t)，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于解决航路最佳选择的方法，使航班能够以最小代价安全到达目的机场，包括：利用马尔可夫决策过程确定飞机在决策点的选路策略；利用动作集和选路策略确定最优航路选择方法；或者满足随机动态规划的条件，且由天气变化造成航路的拥堵可用马尔可夫链来描述，建立基于马尔可夫决策过程的飞机最优航路选择决策模型来实现飞机航路动态选择。

【技术特征摘要】
一种用于解决航路最佳选择的方法，使航班能够以最小代价安全到达目的机场，包括利用马尔可夫决策过程确定飞机在决策点的选路策略；利用动作集和选路策略确定最优航路选择方法；或者满足随机动态规划的条件，且由天气变化造成航路的拥堵可用马尔可夫链来描述，建立基于马尔可夫决策过程的飞机最优航路选择决策模型来实现飞机航路动态选择。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于飞机在决策点进行选路时，一般有三种选择 策略，为保证在OD对之间航班的延误最小，则要求在任意决策时间点上的决策均为最优。3.如权利要求1所述的方法，它包括建立一个空中交通网络，观测边为与飞机距离在 给定范围内的后续航路段，通过先验知识和实时天气预报等知识能获得其在观测时段内的 状态。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于为描述天气变化对航路的影响，引入边状态 和状态持续时间，如果可观测边在某一段时间内受天气影响处于阻塞状态时，则边状态为 1。反之，则可观测边上无...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斯梁，王明辉，胡俊，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[]