一种基于分组方式的飞行冲突解脱方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于分组方式的飞行冲突解脱方法及装置，根据种群中适应度最高的基因序列中飞行器的延迟时间和飞行计划，在判断出飞行器与其他飞行器存在冲突时，将全部飞行器分为x个子组，对从种群中选出两条基因序列的自身适应度进行比较，择优继承子组中的延迟时间，获得两条继承后的子代基因序列；对分别从两条继承后的子代基因序列在子组中选出的延迟时间进行变异，获得两条子代基因序列，若判断出所获得的子代基因序列的数量达到m，则在判断出执行完上述步骤的子组个数达到x时，获取优化后的种群，以及其中适应度最高的一条基因序列，生成优化后的飞行计划，从而有助于对飞行计划进行全局性的优化以及对大规模的飞行冲突的解脱。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空技术，尤其涉及一种基于分组方式的飞行冲突解脱方法及装置。
技术介绍
随着我国航空业的快速发展，航空业务量与日俱增，飞行流量大大增加。相应地，空域中飞机的密度增大，导致飞机之间的安全间隔难以保证，从而发生飞行冲突的可能性增加。全国民航航班的架次，日平均在7000架次以上，规模和数量都非常庞大。同时，全国民航航班计划由航空公司、机场、空管局等多个单位和部门协调制定，而且全国航线分布复杂，因此航班在飞行过程中不可避免地会与其他航班存在冲突。因此，如何保证飞行安全成为亟待解决的重要问题，而进行飞机的冲突解脱成为避免飞机发生冲突的关键技术。现有技术中的冲突解脱方法主要是通过短期与中期的局部调整实现，通过临时调整局部范围出现飞行冲突的飞机的航行路径，以避免飞行冲突的发生。 由于局部调整策略可能在解决某两架飞机冲突的同时，带来他们与其他飞机的新的冲突，所以难以完成所有航班的全局性冲突解脱。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种基于分组方式的飞行冲突解脱方法及>J-U ρ α装直。本专利技术提供了一种基于分组方式的飞行冲突解脱方法，包括步骤I、根据种群中适应度最高的基因序列中飞行器的延迟时间，以及所述飞行器对应的飞行计划，判断每架飞行器是否与其他飞行器存在冲突，若存在，则执行步骤2，若不存在，则结束优化流程；其中，所述种群包括mXn个延迟时间，所述m为基因序列的数量，每条基因序列包括η个延迟时间，所述η为飞行器的数量，每架飞行器包括m个延迟时间，m彡2，η彡2 ;步骤2、将所述飞行器分为X个子组，依次对各子组执行步骤3-4，其中，χ^2；步骤3、从所述种群中选出两条基因序列,对所述两条基因序列在当如子组中的延迟时间的自身适应度进行比较，择优继承所述子组中的延迟时间，获得两条继承后的子代基因序列；对分别从所述两条继承后的子代基因序列在所述子组中选出的延迟时间进行变异，获得两条子代基因序列；步骤4、判断所获得的子代基因序列的数量是否达到m，若否，则重复执行步骤3;若是，则执行步骤5;步骤5、判断执行完步骤3-4的子组个数是否达到X，若否，则对下一子组继续执行步骤3 ;若是，则将所获得的种群作为优化后的种群，获取所述优化后的种群，以及所述优化后的种群中适应度最闻的一条基因序列。本专利技术还提供了一种基于分组方式的飞行冲突解脱装置，包括第一工作模块，用于根据种群中适应度最高的基因序列中飞行器的延迟时间，以及所述飞行器对应的飞行计划，判断每架飞行器是否与其他飞行器存在冲突，若存在，则触发第二工作模块，若不存在，则结束优化流程；其中，所述种群包括mXn个延迟时间，所述m为基因序列的数量，每条基因序列包括η个延迟时间，所述η为飞行器的数量，每架飞行器包括m个延迟时间，m彡2，η彡2 ; 所述第二工作模块，用于将所述飞行器分为X个子组，利用第三工作模块和第四工作模块依次对各子组进行处理，其中，x^2；所述第三工作模块，用于从所述种群中选出两条基因序列，对所述两条基因序列在当前子组中的延迟时间的自身适应度进行比较，择优继承所述子组中的延迟时间，获得两条继承后的子代基因序列；对分别从所述两条继承后的子代基因序列在所述子组中选出的延迟时间进行变异，获得两条子代基因序列；所述第四工作模块，用于判断所获得的子代基因序列的数量是否达到m，若否，则触发所述第三工作模块；若是，则触发第五工作模块；所述第五工作模块，用于判断经过所述第三工作模块和所述第四工作模块处理的子组个数是否达到X，若否，则利用所述第三工作模块和所述第四工作模块继续对下一子组进行处理；若是，则将所获得的种群作为优化后的种群，获取所述优化后的种群，以及所述优化后的种群中适应度最闻的一条基因序列。本专利技术通过对飞行器间的冲突情况进行探测，根据冲突情况对飞行器进行分组，依次对各子组内的基因序列进行选择、交叉和变异的循环操作，直至所有子组均完成优化操作后，获得优化的种群和其中适应度最高的基因序列。本专利技术将飞行冲突的问题分解为多个子问题进行解决，即对种群进行分组，分别对各子组利用优化算法单独进行优化，对飞行冲突进行解脱。在4DT的概念下，能够精确地掌握飞行器的飞行动向；采用协同进化算法，引入分而治之的思想，将复杂问题简化为简单问题进行处理，而且每个子组中的各延迟时间的自身适应度，由其他子组中的延迟时间进行协同评估，能够得出全部个体共同解决目标问题的可行解，能够解决大规模飞行器的冲突解脱的问题，并且通过采用改进型的遗传算法，能够有效地提高优化的效率，提高优化结果的质量；通过调整飞行器的起飞时刻能够实现宏观的、全局性的冲突解脱；从而有助于实现宏观的全局性优化和进行大规模的飞行冲突解脱。附图说明图Ia为本专利技术基于分组方式的飞行冲突解脱方法一实施例的流程图；图Ib为本专利技术提供的飞行冲突探测方法的示意图；图2为本专利技术基于分组方式的飞行冲突解脱方法另一实施例的流程图；图3为本专利技术基于分组方式的飞行冲突解脱方法又一实施例的流程图；图4为本专利技术基于分组方式的飞行冲突解脱装置的结构示意图。具体实施例方式在实际的飞行管理中，飞行器在起飞前可能会由于受到多种因素的影响，而不能按照其原有的飞行计划准时起飞，造成飞行器起飞时间的延误。其实际起飞时刻比飞行计划中的计划起飞时刻延迟的时间，即为地面延迟，在以下各实施例中称为延迟时间。其中，飞行计划的来源为航空公司以及各民用机场等；飞行计划包括所有待处理飞行器的计划起飞时间，及其飞行路径，即航迹；飞行路径包括飞行的起点、终点和途径的航路点。当两架飞行器之间的距离小于规定的飞行安全间隔时，则认为这两架飞行器之间存在冲突，探测飞行器之间是否存在冲突的方法，即为对飞行器的冲突探测；对存在冲突的飞行器，通过采取措施来规避飞行冲突发生的方法，即为飞行器的冲突解脱。为了将方法着重于对飞行器之间飞行冲突的解脱，因此在本专利技术各实施例中，假设每架飞行器在飞行过程中高度不变，且同一航路段上飞行方向相反的飞行器在不同的高度层，故反向飞行的飞行器之间不存在冲突；假设每架飞行器具有相同的速度，并且该速度为固定值。本专利技术各实施例是基于windows系统上使用Visual Studio 2008构建4DT冲突解脱仿真平台实现的，但是本方法的实现并不仅限于该平台。 本专利技术利用了四维航迹(4D_Trajectory,4DT)的概念，四维航迹包括飞行器的三维(3D)位置信息，以及一维时间信息。基于4DT的概念，飞行器在航迹中的任意一点可以描述为(X，y, z，t)，其中(X，y, z)表示飞行器的空间位置坐标，t表示飞行器到达(X，y, z)点的时间信息，即到达时刻。所述的航迹，也可称为航路，每条航路由若干个航路段组成，航路段之间由航路点进行衔接，每条航路的首尾即为飞行器的起点和终点。通过在不改变飞行器航迹的情况下，通过对飞行器延迟时间的调整，对飞行器之间的冲突进行优化，以对解脱飞行器之间的冲突，从而获得优化后的飞行计划。图Ia为本专利技术基于分组方式的飞行冲突解脱方法一实施例的流程图，如图Ia所示，该方法包括步骤I、根据种群中适应度最高的基因序列中飞行器的延迟时间，以及所述飞行器对应的飞行计划，判断每架飞行器是否与其他飞行器存在冲突，若存在，则执行步骤2，若不存在，则结束优化流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分组方式的飞行冲突解脱方法，其特征在于，包括：步骤1、根据种群中适应度最高的基因序列中飞行器的延迟时间，以及所述飞行器对应的飞行计划，判断每架飞行器是否与其他飞行器存在冲突，若存在，则执行步骤2，若不存在，则结束优化流程；其中，所述种群包括m×n个延迟时间，所述m为基因序列的数量，每条基因序列包括n个延迟时间，所述n为飞行器的数量，每架飞行器包括m个延迟时间，m≥2，n≥2；步骤2、将所述飞行器分为x个子组，依次对各子组执行步骤3？4，其中，x≥2；步骤3、从所述种群中选出两条基因序列，对所述两条基因序列在当前子组中的延迟时间的自身适应度进行比较，择优继承所述子组中的延迟时间，获得两条继承后的子代基因序列；对分别从所述两条继承后的子代基因序列在所述子组中选出的延迟时间进行变异，获得两条子代基因序列；步骤4、判断所获得的子代基因序列的数量是否达到m，若否，则重复执行步骤3；若是，则执行步骤5；步骤5、判断执行完步骤3？4的子组个数是否达到x，若否，则对下一子组继续执行步骤3；若是，则将所获得的种群作为优化后的种群，获取所述优化后的种群，以及所述优化后的种群中适应度最高的一条基因序列。...

【技术特征摘要】
1.一种基于分组方式的飞行冲突解脱方法，其特征在于，包括 步骤I、根据种群中适应度最高的基因序列中飞行器的延迟时间，以及所述飞行器对应的飞行计划，判断每架飞行器是否与其他飞行器存在冲突，若存在，则执行步骤2，若不存在，则结束优化流程； 其中，所述种群包括mXη个延迟时间，所述m为基因序列的数量，每条基因序列包括η个延迟时间，所述η为飞行器的数量，每架飞行器包括m个延迟时间，m彡2，η彡2 ; 步骤2、将所述飞行器分为X个子组，依次对各子组执行步骤3-4，其中，χ^2； 步骤3、从所述种群中选出两条基因序列，对所述两条基因序列在当前子组中的延迟时间的自身适应度进行比较，择优继承所述子组中的延迟时间，获得两条继承后的子代基因序列；对分别从所述两条继承后的子代基因序列在所述子组中选出的延迟时间进行变异，获得两条子代基因序列； 步骤4、判断所获得的子代基因序列的数量是否达到m，若否，则重复执行步骤3 ;若是，则执行步骤5 ； 步骤5、判断执行完步骤3-4的子组个数是否达到X，若否，则对下一子组继续执行步骤3 ;若是，则将所获得的种群作为优化后的种群，获取所述优化后的种群，以及所述优化后的种群中适应度最闻的一条基因序列。2.根据权利要求I所述的基于分组方式的飞行冲突解脱方法，其特征在于，执行完所述步骤5之后，所述方法还包括 步骤6、判断所述优化后的种群的优化代数是否等于预设阈值，若否，则对所述优化后的种群重复执行步骤1-5 ;若是，则将所获得的种群作为最终优化后的种群，获取所述最终优化后的种群，以及所述最终优化后的种群中适应度最高的一条基因序列；或者 步骤7、判断所述优化后的种群中适应度最高的基因序列的适应度是否满足预设条件，若否，则对所述优化后的种群重复执行步骤1-5 ;若是，则获得最终优化后的种群，以及所述最终优化后的种群中适应度最闻的一条基因序列。3.根据权利要求I所述的基于分组方式的飞行冲突解脱方法，其特征在于，所述步骤2包括 将所述飞行器分为X个子组，所述X个子组包括至少一个冲突组和一个非冲突组，依次对各子组执行步骤3-4，其中，X彡2 ; 若对所述飞行器进行分组的结果与执行步骤2之前的各子组相同，则将所述飞行器随机分为X个子组，依次对各子组执行步骤3-4，其中，X ^ 2。4.根据权利要求I所述的基于分组方式的飞行冲突解脱方法，其特征在于，所述从所述种群中选出两条基因序列包括 从所述种群中采用锦标赛法选出两条基因序列； 所述对所述两条基因序列在当前子组中的延迟时间的自身适应度进行比较，择优继承所述子组中的延迟时间，获得两条继承后的子代基因序列具体为 对所述两条基因序列在当前子组中的延迟时间的自身适应度进行比较； 若所述两条基因序列中，与同一架飞行器对应的延迟时间的自身适应度不相同，则所述两条基因序列均继承自身适应度较大的延迟时间，获得两条继承后的子代基因序列； 若所述两条基因序列中，与同一架飞行器对应的延迟时间的自身适应度相同，则所述两条基因序列分别按预设比例继承所述自身适应度相同的延迟时间，获得两条继承后的子代基因序列； 所述对分别从所述两条继承后的子代基因序列在所述子组中选出的延迟时间进行变异包括 根据所述两条继承后的子代基因序列在所述子组中的延迟时间，以及对应的飞行器的飞行计划，分别判断所述子组内的飞行器之间是否存在冲突； 若是，则将所述继承后的子代基因序列中按照预设规则选出的延迟时间变异为随机数；若否，则将所述继承后的子代基因序列中随机选出的延迟时间变异为随机数； 所述判断每架飞行器是否与其他飞行器存在冲突具体为 分别判断每架飞行器与其他飞行器预计到达各航迹交汇点的时间间隔是否小于预设的时间间隔，所述航迹交汇点为各架飞行器的航迹相交的位置点。5.根据权利要求I或2所述的基于分组方式的飞行冲突解脱方法，其特征在于，所述适应度为6.一种基于分组方式的飞行冲突解脱装置，其特征在于，包括 第一工作模块，用于根据种群中适应度最高的基因序列中飞行器的延迟时间，以及所述飞行器对应的飞行计划，判断每架飞行器是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学军，苏婧，管祥民，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：