專利名稱：一種飛行沖突解脫方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空技術(shù)，尤其涉及一種飛行沖突解脫方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來，我國航空業(yè)發(fā)展速度很快，航空業(yè)務(wù)量與日俱增，飛行流量大大增加，空域中飛行器的密度增大，導(dǎo)致飛行器之間的安全間隔難以保證，發(fā)生飛行沖突的可能性增加，如何保證飛行安全成為亟待解決的一大問題。避免飛行器發(fā)生沖突，即進(jìn)行飛行器的沖突解脫成為解決此問題的關(guān)鍵技術(shù)。
現(xiàn)有的飛行器沖突解脫方法采用局部調(diào)整飛行路徑、即時(shí)速度或飛行高度層來實(shí)現(xiàn)，雖然可以消除當(dāng)前的沖突，但是，局部調(diào)整可能會(huì)帶來與其他飛行器的新的沖突。
發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的絕大多數(shù)飛行沖突解脫方法不能提供全局解脫方法的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種飛行沖突解脫方法及裝置，能夠解決現(xiàn)有多數(shù)的飛行沖突解脫方法不能提供全局解脫方法的問題。
第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種飛行沖突解脫方法，包括
根據(jù)獲取的η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，確定存在飛行沖突，各所述飛行計(jì)劃信息包括每一架飛機(jī)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)位置、飛行速度、起飛時(shí)間，η為大于I的自然數(shù)；
根據(jù)預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間δ _，對(duì)所述η架飛機(jī)中的每一架飛機(jī)隨機(jī)生成m 個(gè)起飛延遲時(shí)間SiG [O, δ max]，i=l, 2…m,生成mXn階初始化變量種群,所述初始化變量種群為父種群；
應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)所述父種群進(jìn)行X次遺傳迭代優(yōu)化，生成所述父種群的第 X子代種群，X表示預(yù)設(shè)的遺傳迭代次數(shù)；
在所述第X子代種群中，確定整體適應(yīng)度最高的染色體，根據(jù)所述整體適應(yīng)度最高的染色體，獲得所述η架飛機(jī)各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種飛行沖突解脫裝置，包括
第一確定模塊，用于根據(jù)獲取的η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，確定存在飛行沖突，各所述飛行計(jì)劃信息包括每一架飛機(jī)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)位置、飛行速度、起飛時(shí)間，η為大于I的自然數(shù)；
初始化模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間δ_，對(duì)所述η架飛機(jī)中的每一架飛機(jī)隨機(jī)生成m個(gè)起飛延遲時(shí)間SiG [O, δ max], i=l, 2…m,生成mXn階初始化變量種群，所述初始化變量種群為父種群；
遺傳迭代模塊，用于應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)所述父種群進(jìn)行X次遺傳迭代優(yōu)化， 生成所述父種群的第X子代種群，X表示預(yù)設(shè)的遺傳迭代次數(shù)；
第二確定模塊，用于在所述第X子代種群中，確定整體適應(yīng)度最高的染色體，根據(jù)所述整體適應(yīng)度最高的染色體，獲得所述η架飛機(jī)各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
本發(fā)明實(shí)施例采用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)所有待處理飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的變量集合進(jìn)行多次迭代，并將迭代結(jié)果的后代中出現(xiàn)的適應(yīng)度最高的染色體作為遺傳算法的最優(yōu)解，解決了現(xiàn)有的飛行器沖突解脫方法不能提供全局解脫方法的問題；同時(shí)，通過優(yōu)化起飛延遲時(shí)間，不僅消除了飛行沖突，而且使每架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間達(dá)到最小，從而可以降低飛行成本。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例一提供的飛行沖突解脫方法的流程示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例一應(yīng)用的飛行航跡的2D模型示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例一應(yīng)用的擇優(yōu)繼承法的一種具體實(shí)現(xiàn)方法示意圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的飛行沖突解脫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
遺傳算法是一種基于生物自然選擇與遺傳機(jī)理的隨機(jī)搜索算法，它起源于對(duì)生物系統(tǒng)進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬研究。和傳統(tǒng)搜索算法不同，遺傳算法從一組隨機(jī)產(chǎn)生的初始解開始搜索過程。該初始解成為“種群”，假設(shè)每一代種群中包含m條“染色體”，這些m條染色體在后代迭代中，不斷進(jìn)化，稱為遺傳。在每一代種群中用“適應(yīng)度”來測量每一條染色體的高低，對(duì)每一代種群中的m條染色體通過選擇擇優(yōu)變異運(yùn)算后生成的新的m條染色體，稱為子代。在子代形成過程中，種群大小始終保持不變，也就說每一代種群中均有m條染色體， 經(jīng)過若干代之后，遺傳算法收斂于整體適應(yīng)度最高的染色體，該染色體是問題的最優(yōu)解。
本發(fā)明實(shí)施例將遺傳算法應(yīng)用于飛行沖突的解脫，圖I為本發(fā)明實(shí)施例一提供的飛行沖突解脫方法的流程示意圖，如圖I所示，具體包括
步驟101、根據(jù)獲取的η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，確定存在飛行沖突，各所述飛行計(jì)劃信息包括每一架飛機(jī)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)位置、飛行速度、起飛時(shí)間，η為大于I的自然數(shù)。
飛行計(jì)劃信息可以從各航空公司或機(jī)場獲取，假設(shè)所有待處理飛機(jī)為η架，獲取的該η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息具體舉例來說包括起飛時(shí)間、飛行速度、飛行路徑，其中，飛行路徑包括起點(diǎn)、終點(diǎn)和途徑的航路點(diǎn)。
假設(shè)每架飛機(jī)飛行過程中飛行高度不變，同一航路段上反向飛行的飛機(jī)在不同的高度層，因此，反向飛行不存在沖突可能。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一應(yīng)用的飛行航跡的2D模型示意圖，現(xiàn)將兩架飛WFi和Fj 的飛行航跡簡化為2D模型，如圖2所示，兩條航跡Ai和Aj分別表示為(A，W1, W2，W3，W4，W5, W6, D)和(B，W2, W3, W4, W5, W7, C)，Α，B，C，D 是兩條航跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)。W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7是途經(jīng)的航路點(diǎn)。兩條航跡相交于(W2，W3, W4, W5)，飛機(jī)Fi和Fj分別從A和B起飛，向D 和C飛行。根據(jù)各航路點(diǎn)位置信息以及飛行速度和起飛時(shí)刻，可以獲得兩架飛機(jī)到達(dá)任一航路點(diǎn)的時(shí)刻信息，從而可以得到兩架飛機(jī)在到達(dá)航跡交匯點(diǎn)W2時(shí)的兩時(shí)刻Tiw2和TL。
本實(shí)施例采用的沖突探測公式為
如果I芯-U2 1<'則認(rèn)為飛機(jī)匕和匕存在沖突可能，需要進(jìn)行沖突解脫，其中，τ 表示預(yù)設(shè)的時(shí)間差閾值，根據(jù)實(shí)際情況，τ優(yōu)選為一分鐘(60秒)。
步驟102、根據(jù)預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間δ_，對(duì)所述η架飛機(jī)中的每一架飛機(jī)隨機(jī)生成m個(gè)起飛延遲時(shí)間SiE [O, δ max]，i=l, 2…m,生成mXn階初始化變量種群,所述初始化變量種群為父種群。
按照遺傳算法的一般步驟，首先需要確定一個(gè)初始化種群，然后計(jì)算初始化種群中每一條染色體的整體適應(yīng)度，在此基礎(chǔ)上對(duì)初始化種群進(jìn)行選擇運(yùn)算、擇優(yōu)運(yùn)算和變異運(yùn)算，如此反復(fù)直到得到整體適應(yīng)度最高的染色體。
舉例來說，本實(shí)施例中產(chǎn)生初始化種群具體為
對(duì)每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間隨機(jī)生成m個(gè)變量值，S卩S=IS1, δ2……δπ}，每一個(gè)變量值的取值范圍為
，i=l，2…m，δ_為預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間；
對(duì)η架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間隨機(jī)生成mXn階變量矩陣，D= { δ V/ Ξ [1，W]，WE [1，《]}，其中，m為變量矩陣的行數(shù)，η為變量矩陣的列數(shù)；
將每一行中η架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的變量集合d={ δ P δ 2......δ J作為一條染色體，獲取m條染色體；
本實(shí)施例中，將所述初始化變量種群設(shè)為父種群，則所述父種群也包括m條染色體D=W1, dfdj ,每一條染色體對(duì)應(yīng)所述η架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的變量集合i-iyn (與
本實(shí)施例中，整體適應(yīng)度公式為(Max) F— " ^maxJ + NC .
其中，η為每一條染色體中飛機(jī)的數(shù)量，SJn架飛機(jī)中第i架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間，S _為預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間，NC表示每一條染色體中η架飛機(jī)中存在飛行沖突的飛機(jī)數(shù)量，所述NC是根據(jù)每一條染色體中η架飛機(jī)各自的起飛延遲時(shí)間、η架飛機(jī)各航路的航路點(diǎn)位置、η架飛機(jī)各自的飛行速度和所述沖突探測公式進(jìn)行沖突探測而獲得；
由上述公式可以看出，當(dāng)每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間Si越小，總的飛機(jī)沖突數(shù)量越小，則該條染色體的整體適應(yīng)度F越高。
根據(jù)步驟102中隨機(jī)生成的每一條染色體中η架飛機(jī)對(duì)應(yīng)的變量集合d={51, δ2......δ J，可以獲取每一條染色體中η架飛機(jī)對(duì)應(yīng)的起飛延遲時(shí)間；又根據(jù)步驟101中獲取的η架飛機(jī)的起飛時(shí)間、飛行速度、各條航路對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)位置，應(yīng)用沖突探測公式I7； ~Ti 1<%可以確定每一條染色體中η架飛機(jī)存在的總的飛機(jī)沖突數(shù)量NC。
步驟103、應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)所述父種群進(jìn)行X次遺傳迭代優(yōu)化，生成所述父種群的第X子代種群，X表示預(yù)設(shè)的遺傳迭代次數(shù)。
需要說明的是，在步驟102中將初始化種群設(shè)為父種群，因此，對(duì)所述父種群進(jìn)行第一次遺傳迭代其實(shí)是對(duì)所述初始化種群進(jìn)行第一次遺傳迭代。
第一次遺傳迭代的具體過程包括
步驟Α、采用傳統(tǒng)錦標(biāo)賽法對(duì)所述父種群中的m條染色體D= {屯，七…dm}進(jìn)行選擇運(yùn)算，獲取新的m條染色體D,1 d'm};
步驟B、采用擇優(yōu)繼承法對(duì)所述新的m條染色體D' ={d/m}進(jìn)行擇優(yōu)運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D' ={d/ 1,d/ 2…d' m}的新的m條染色體D" ={d" 1； d" 2...d" J ;
步驟C、采用最差基因變異法對(duì)所述新的m條染色體D" ={d" 1; d" 2···(1" J 進(jìn)行變異運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D" ={d" pd" 2···(1" m}的新的m條染色體 D" ' ={d" ' vd" ' 2...d" ' J ；
步驟D、將所述新的m條染色體D" ' ={d" ' pd" ' ^d" ' m}中的每一條染色體與所述父種群的m條染色體D=WpdfdJ中對(duì)應(yīng)的染色體進(jìn)行整體適應(yīng)度比較，將整體適應(yīng)度高的染色體作為所述父種群的子代種群中的一條染色體，直至獲取所述父種群的子代種群的m條染色體。
需要指出的事，對(duì)所述父種群經(jīng)過第一次遺傳迭代后生成的子代種群為所述初始化種群的第一子代種群。
將所述初始化種群的第一子代種群重新設(shè)為父種群，循環(huán)重復(fù)步驟A-D進(jìn)行第二次遺傳迭代，生成所述第一子代種群的子代種群，所述第一子代種群的子代種群為所述初始化種群的第二子代種群，依此類推，直至完成第X次迭代，獲取所述初始化種群的第X子代種群Dx= {dlx，d2x…dmx}。本實(shí)施例中遺傳迭代次數(shù)X為預(yù)設(shè)的數(shù)值。
舉例來說，上述步驟A具體包括
步驟Al、在所述父種群的m條染色體D=W1, (V·· dm}中，隨機(jī)選擇2條染色體；
步驟A2、根據(jù)整體適應(yīng)度計(jì)算公式(Max) r n^'-1 ^max分別計(jì)算所述U,V(' ,2條染色體中每一條染色體的整體適應(yīng)度F，其中，NC表示所述2條染色體中每一條染色體對(duì)應(yīng)的η架飛機(jī)的總的飛行沖突數(shù)量；
步驟A3、根據(jù)所述2條染色體各自的整體適應(yīng)度F，選擇整體適應(yīng)度高的染色體作為新的一條染色體；
循環(huán)重復(fù)步驟Α1-Α3，直至得到新的m條染色體D' ={d/fd' J。
舉例來說，上述步驟B具體包括
步驟BI、在所述新的m條染色體D' ={d/ >}中，按序選擇兩條染色體；丨-丄
步驟B2、根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度計(jì)算公式 十—^max分別計(jì)算所述兩條染色體中每1 1+M；5一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度，其中，NCi表示所述染色體對(duì)應(yīng)的η架飛機(jī)中的第i架飛機(jī)與其他所有飛機(jī)存在的沖突數(shù)量；
步驟B3、比較所述兩條染色體中每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度， 若個(gè)體適應(yīng)度不相同，則選擇個(gè)體適應(yīng)度高的變量值作為所述兩條染色體的兩條子代染色體中所述飛機(jī)對(duì)應(yīng)的變量值；若個(gè)體適應(yīng)度相同，則按比率繼承所述兩條染色體中所述飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的變量值形成兩個(gè)新的變量值，將所述兩個(gè)新的變量值作為所述兩條染色體的兩條子代染色體中所述飛機(jī)對(duì)應(yīng)的變量值，將所述兩條染色體的兩條子代染色體，作為兩條新的染色體；
循環(huán)重復(fù)步驟B1-B3，直至獲取新的m條染色體D" ={d" 1; d" 2···(1" J0
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一應(yīng)用的擇優(yōu)繼承法的一種具體實(shí)現(xiàn)方法示意圖，如圖3所示
在步驟B中,在所述新的m條染色體D' ={d/ 1; d' 2…d' m}中，按序選擇兩條染色體d' 1和(1' 2進(jìn)行擇優(yōu)繼承；
其中，d'1={δ' η，δ' 『.δ' ln}，d' 2={δ' 21，δ' γ..δ' 2η}，每一個(gè)變量值的取值范圍為S e [O, 5mJ ；
在染色體d' 1和(1' 2中，飛機(jī)I在染色體d' i中對(duì)應(yīng)的變量值為δ' η，飛機(jī) I在染色體Cl' 2中對(duì)應(yīng)的變量值為δ' 21，將飛機(jī)I在兩條染色體中對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度進(jìn)行比較，即將δ ' η與δ ' 21的個(gè)體適應(yīng)度進(jìn)行比較；I-^^
根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度計(jì)算公式ψ — 占腿獲取δ ’ ^的個(gè)體適應(yīng)度為F' η，δ ’ 21 KM:,的個(gè)體適應(yīng)度為F' 21;假設(shè)F' η高于F' 21時(shí)，則染色體d' 1和(1' 2生成的兩條子代染色體d" I和d" 2中飛機(jī)I對(duì)應(yīng)的變量值繼承上代染色體d' I中飛機(jī)I對(duì)應(yīng)的變量值 P 11;
選擇另一架飛機(jī)2，飛機(jī)2在染色體d' i中對(duì)應(yīng)的變量值為δ' 12，飛機(jī)I在染色體cT 2中對(duì)應(yīng)的變量值為s ^ 22，將飛機(jī)2在兩條染色體中對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度進(jìn)行比較， 即將S' 12的個(gè)體適應(yīng)度F' 12與6' 22的個(gè)體適應(yīng)度F' 22進(jìn)行比較；假設(shè)F' 22高于 F' 12，則染色體d' 1和(1' 2生成的兩條子代染色體d" 1和(1" 2中飛機(jī)2對(duì)應(yīng)的變量值繼承上代染色體d' 2中飛機(jī)2對(duì)應(yīng)的變量值δ ' 22 ;
選擇另一架飛機(jī)3，飛機(jī)3在染色體d' i中對(duì)應(yīng)的變量值為δ' 13，飛機(jī)3在染色體cT 2中對(duì)應(yīng)的變量值為S ^ 23，將飛機(jī)3在兩條染色體中對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度進(jìn)行比較， 即將S' 13的個(gè)體適應(yīng)度F' 13與6' 23的個(gè)體適應(yīng)度F' 23進(jìn)行比較；假設(shè)F' 23等于 F' 13，則染色體d' 1和(1' 2生成的兩條子代染色體d" 1和(1" 2中飛機(jī)3對(duì)應(yīng)的變量值按比率繼承染色體d' 1和(1' 2中飛機(jī)3對(duì)應(yīng)的變量值，舉例來說，繼承比率可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，假設(shè)繼承比率是a，0〈a〈l，則d" 1和(1" 2中飛機(jī)3對(duì)應(yīng)的一個(gè)變量值為 a. δ 13+(l-a) · δ23,另一個(gè)變量值為(I-a) · δ 13+a · δ 23。
需要指出的是，在圖3所示的擇優(yōu)繼承法中，可以按序選擇染色體d' jPd' 2 進(jìn)行擇優(yōu)繼承生成兩條子代染色體d" 1和(1" 2;然后再按序選擇d' 3和(1' 4進(jìn)行擇優(yōu)繼承生成兩條子代染色體d" 3和(1" 4，直至按序遍歷至染色體d' μ和d' m，將染色體 d' μ和d' m進(jìn)行擇優(yōu)繼承生成兩條子代染色體d" μ和d" m，從而獲取新的m條染色體 D" ={d" vd" 2···(1" J。舉例來說，在所述新的m條染色體D' ={d' pd'm}中， 也可以同時(shí)按序選擇兩條染色體進(jìn)行擇優(yōu)繼承生成兩條子代染色體，從而獲取新的m條染色體 D" ={d" ,, " ^d" m}。
舉例來說，步驟C具體包括
步驟Cl、在所述新的m條染色體D" ={d" pd" 2···(1" m}*，根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度計(jì)I——L算公式j(luò): —分別計(jì)算每一條染色體中每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的個(gè)體適■ 1+W，應(yīng)度，其中，NCi表示所述染色體對(duì)應(yīng)的η架飛機(jī)中的第i架飛機(jī)與其他所有飛機(jī)存在的沖突數(shù)量；
步驟C2、比較每一條染色體中每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度，選出每一條染色體中個(gè)體適應(yīng)度最低的變量值，隨機(jī)更新每一條染色體中個(gè)體適應(yīng)度最低的變量值，獲取新的m條染色體D"，={d"，,, " ' 2···(1"，J0
步驟104、在所述第X子代種群中，確定整體適應(yīng)度最高的染色體，根據(jù)所述整體適應(yīng)度最高的染色體，獲得所述η架飛機(jī)各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
在所述第X子代種群匕={(11!￡，d2x…dmx}的m條染色體中，根據(jù)整體適應(yīng)度計(jì)算公I(xiàn)--Xm (^)式；(Max) F n ^ax分別計(jì)算每一條染色體的整體適應(yīng)度F，其中，NC表示每I 十 Λ,Γ，一條染色體對(duì)應(yīng)的η架飛機(jī)的總的飛行沖突數(shù)量；
根據(jù)所述m條染色體各自的整體適應(yīng)度F，選擇整體適應(yīng)度最高的染色體作為最優(yōu)化的染色體dbe;st ；
將所述最優(yōu)化的染色體4@對(duì)應(yīng)變量集合作為所述η架飛機(jī)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
本實(shí)施例中，每一條染色體是η架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的變量集合，因此，整體適應(yīng)度最高的染色體對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的變量集合對(duì)應(yīng)于η架飛機(jī)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
進(jìn)一步地,本實(shí)施例中，根據(jù)獲取的η架飛機(jī)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間,和步驟101中獲取的所述η架飛機(jī)的起飛時(shí)間，可以重新確定所述η架飛機(jī)的起飛時(shí)間。
本發(fā)明實(shí)施例采用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)所有待處理飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的變量集合進(jìn)行多次迭代，并將迭代結(jié)果的后代中出現(xiàn)的適應(yīng)度最高的染色體作為遺傳算法的最優(yōu)解，解決了現(xiàn)有的飛行器沖突解脫方法不能提供全局解脫方法的問題；同時(shí)，通過優(yōu)化起飛延遲時(shí)間，不僅消除了飛行沖突，而且使每架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間達(dá)到最小，從而可以減低飛行成本。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的飛行沖突解脫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，具體包括
第一確定模塊41，用于根據(jù)獲取的η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，確定存在飛行沖突， 各所述飛行計(jì)劃信息包括每一架飛機(jī)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)位置、飛行速度、起飛時(shí)間，η為大于I的自然數(shù)；
初始化模塊42，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間δ _，對(duì)所述η架飛機(jī)中的每一架飛機(jī)隨機(jī)生成m個(gè)起飛延遲時(shí)間SiG [O, δ max], i=l, 2…m,生成mXn階初始化變量種群，所述初始化變量種群為父種群；
遺傳迭代模塊43，用于應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)所述父種群進(jìn)行X次遺傳迭代優(yōu)化，生成所述父種群的第X子代種群，X表示預(yù)設(shè)的遺傳迭代次數(shù)；
第二確定模塊44，用于在所述第X子代種群中，確定整體適應(yīng)度最高的染色體，根據(jù)所述整體適應(yīng)度最高的染色體，獲得所述η架飛機(jī)各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
其中，第一確定模塊41，具體用于根據(jù)獲取的所述η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，計(jì)算每一架飛機(jī)到達(dá)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)的時(shí)間；根據(jù)沖突探測公式I :若確定至少兩架飛機(jī)到達(dá)同一航路點(diǎn)的時(shí)間差小于預(yù)設(shè)的時(shí)間差閾值，則確定存在飛行沖突，其中，％ 表示第i架飛機(jī)到達(dá)任一相同航路點(diǎn)W2的時(shí)間，U2表示第j架飛機(jī)到達(dá)所述航路點(diǎn)W2的時(shí)間，τ表示預(yù)設(shè)的時(shí)間差閾值。
其中，初始化模塊42獲取的所述父種群為m條染色體的集合D=WpdfdJ，每一條染色體屯包括所述η架飛機(jī)各自的起飛延遲時(shí)間CliHS1, δ2......δη}， =1，2…m，每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間為S e [O, δ_]。
遺傳迭代模塊43，具體用于采用傳統(tǒng)錦標(biāo)賽法對(duì)所述父種群中的m條染色體 D=W1, (V·· dj進(jìn)行選擇運(yùn)算,獲取新的m條染色體D' ={d/ ^cT 2…d' m};
采用擇優(yōu)繼承法對(duì)所述新的m條染色體D' ={d/ pd'J進(jìn)行交叉運(yùn)算， 獲取所述新的m條染色體D' ={d/ 1,d/ 2…d' J的新的m條染色體D" ={d" ^ " 2…
采用最差基因變異法對(duì)所述新的m條染色體D" ={d" pd" 2···(1" m}進(jìn)行變異運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D" ={d" ,, " 2···(1" m}的新的m條染色體D"，={d"，v d" ' 2...d" ' J ；
將所述新的m條染色體D" ' ={d" ' 1; d" ' ^d" ' m}中的每一條染色體與所述父種群的m條染色體D=WpdfdJ中對(duì)應(yīng)的染色體進(jìn)行整體適應(yīng)度比較，確定整體適應(yīng)度高的m條染色體，將所述整體適應(yīng)度高的m條染色體形成所述父種群的子代種群；
將所述父種群的子代種群設(shè)為父種群，循環(huán)重復(fù)遺傳迭代直至完成第X次迭代， 獲取所述父種群的第X子代種群Dx= {dlx，d2x…dmx}。
舉例來說，遺傳迭代模塊43采用傳統(tǒng)錦標(biāo)賽法對(duì)所述父種群中的m條染色體 D=WpdfdJ進(jìn)行選擇運(yùn)算,獲取新的m條染色體D' ={d/ 1,d/ 2…d' J選擇單元431, 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)為
在所述父種群的m條染色體D=W1, dfdj中，隨機(jī)選擇2條染色體；I—丄y"n ( )
根據(jù)整體適應(yīng)度計(jì)算公式:尸n SmJ分別計(jì)算所述2條染色體中每一1+ NC ,條整體適應(yīng)度F，其中，NC表示所述2條染色體中每一條染色體對(duì)應(yīng)的η架飛機(jī)的總的飛行沖突數(shù)量；
根據(jù)所述2條染色體各自的整體適應(yīng)度F，選擇整體適應(yīng)度最高的染色體作為新的一條染色體；
循環(huán)重復(fù)上述選擇運(yùn)算過程，直至得到新的m條染色體D' ={d/ pd'J0
舉例來說，，遺傳迭代模塊43采用擇優(yōu)繼承法對(duì)所述新的m條染色體D' ={d/ 1； d' J進(jìn)行交叉運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D' ={d/ pd'J的新的m 條染色體D" ={d" ,, " ^d" J ;具體實(shí)現(xiàn)時(shí)為
在上述新的m條染色體D' ={d/ ^cT 2…d' m}中，按序選擇兩條染色體；
根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度計(jì)算公式:F _ ^max分別計(jì)算所述兩條染色體中每一架飛機(jī)1 I +NC1的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度，其中，NCi表示所述染色體對(duì)應(yīng)的η架飛機(jī)中的第i架飛機(jī)與其他所有飛機(jī)存在的沖突數(shù)量；
比較所述兩條染色體中每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度，若個(gè)體適應(yīng)度不相同，則選擇個(gè)體適應(yīng)度高的變量值作為所述兩條染色體的兩條子代染色體中所述飛機(jī)對(duì)應(yīng)的變量值；若個(gè)體適應(yīng)度相同，則按比率繼承所述兩條染色體中所述飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的變量值形成兩個(gè)新的變量值，將所述兩個(gè)新的變量值作為所述兩條染色體的兩條子代染色體中所述飛機(jī)對(duì)應(yīng)的變量值，將所述兩條染色體的兩條子代染色體，作為兩條新的染色體；
循環(huán)重復(fù)上述交叉運(yùn)算過程，直至獲取新的m條染色體D" ={d" vd" 2···(1" m}。
舉例來說，遺傳迭代模塊43采用最差基因變異法對(duì)所述新的m條染色體 D" ={d" pd" ^d" m}進(jìn)行變異運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D" ={d" pd" ^ d" J的新的m條染色體D"，={d"，,, " ' 2···(1"，J ;具體實(shí)現(xiàn)時(shí)為
在上述新的m條染色體D" ={d" pd" 2···(1" m}中，根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度計(jì)算公式I -分別計(jì)算每一條染色體中每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度，其1 I +NCi·>中，NCi表示所述染色體對(duì)應(yīng)的η架飛機(jī)中的第i架飛機(jī)與其他所有飛機(jī)存在的沖突數(shù)量；
比較每一條染色體中每一架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的個(gè)體適應(yīng)度，選出每一條染色體中個(gè)體適應(yīng)度最低的變量值，隨機(jī)更新每一條染色體中個(gè)體適應(yīng)度最低的變量值， 獲取新的m條染色體D"，={d"，,, " ' ^d"，m}。
其中，第二確定模塊44，具體用于在所述第X子代種群Dx= {dlx，d2x…dmx}的m條染色體中，根據(jù)整體適應(yīng)度計(jì)算公式，分別計(jì)算每一條染色體的整體適應(yīng)度F，根據(jù)所述m條染色體各自的整體適應(yīng)度F，選擇整體適應(yīng)度最高的染色體作為最優(yōu)化的染色體dbest ;將所述最優(yōu)化的染色體dbest對(duì)應(yīng)變量集合作為所述η架飛機(jī)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
本實(shí)施例所述的裝置具體可以執(zhí)行圖I所示實(shí)施例所述的方法，其實(shí)現(xiàn)原理和技術(shù)效果不再贅述。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述各方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述各方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
最后應(yīng)說明的是以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制； 盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種飛行沖突解脫方法，其特征在于，包括 根據(jù)獲取的η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，確定存在飛行沖突，各所述飛行計(jì)劃信息包括每一架飛機(jī)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)位置、飛行速度、起飛時(shí)間，η為大于I的自然數(shù)； 根據(jù)預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間δ _，對(duì)所述η架飛機(jī)中的每一架飛機(jī)隨機(jī)生成m個(gè)起飛延遲時(shí)間SiG [O, δ max]，i=l, 2…m,生成mXn階初始化變量種群,所述初始化變量種群為父種群； 應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)所述父種群進(jìn)行X次遺傳迭代優(yōu)化，生成所述父種群的第X子代種群，X表示預(yù)設(shè)的遺傳迭代次數(shù)； 在所述第X子代種群中，確定整體適應(yīng)度最高的染色體，根據(jù)所述整體適應(yīng)度最高的染色體，獲得所述η架飛機(jī)各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述分別獲取η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，確定存在飛行沖突具體包括 根據(jù)獲取的所述η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，計(jì)算每一架飛機(jī)到達(dá)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)的時(shí)間； 根據(jù)沖突探測公式Ii2 -U1 Kr，若確定至少兩架飛機(jī)到達(dá)同一航路點(diǎn)的時(shí)間差小于預(yù)設(shè)的時(shí)間差閾值，則確定存在飛行沖突，其中T表示第i架飛機(jī)到到達(dá)任一相同航路點(diǎn)W2的時(shí)間T表示第j架飛機(jī)到達(dá)所述航路點(diǎn)W2的時(shí)間，τ表示預(yù)設(shè)的時(shí)間差閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述父種群為m條染色體的集合D=W1, d2-dffl},每一條染色體屯包括所述η架飛機(jī)各自的起飛延遲時(shí)間φ={ δ 1； δ 2......δ η}，i=l, 2…m,第j架飛機(jī)的起飛延遲時(shí)間為SjG [O, δ max]，j=l, 2，…,Πο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述應(yīng)用遺傳算法對(duì)所述父種群進(jìn)行X次遺傳迭代優(yōu)化，生成所述父種群的第X子代種群具體包括 步驟Α、采用傳統(tǒng)錦標(biāo)賽法對(duì)所述父種群中的m條染色體D=WpdfdJ進(jìn)行選擇運(yùn)算，獲取新的m條染色體D' ={d' pd'J ； 步驟B、采用擇優(yōu)繼承法對(duì)所述新的m條染色體D' ={d' pd'J進(jìn)行擇優(yōu)運(yùn)算，獲取新的m條染色體D" ={d" ,, " ^d" J ； 步驟C、采用最差基因變異法對(duì)所述新的m條染色體D" ={d" ,, " 2···(1" m}進(jìn)行變異運(yùn)算，獲取新的m條染色體D"，={d"，,, " ' 2···(1"，J ； 步驟D、將所述新的m條染色體D"，={d"，vd" ' 2···(1"，m}中的每一條染色體與所述父種群的m條染色體D=WpdfdJ中對(duì)應(yīng)的染色體進(jìn)行整體適應(yīng)度比較，將整體適應(yīng)度高的染色體作為所述父種群的子代種群中的一條染色體，直至獲取所述父種群的子代種群的m條染色體； 將所述父種群的第I子代種群設(shè)為父種群，循環(huán)重復(fù)步驟A-D，直至完成第X次迭代，獲取所述父種群的第X子代種群Dx= {dlx，d2x…dmx}。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用傳統(tǒng)錦標(biāo)賽法對(duì)所述父種群的m條染色體D= W1, (V·· dm}進(jìn)行選擇運(yùn)算,獲取新的m條染色體D' ={d/ 1,d/ fd' J ,具體包括步驟Al、在所述父種群的m條染色體D=W1, dfdj中，隨機(jī)選擇2條染色體； 步驟A2、根據(jù)整體適應(yīng)度計(jì)算公式
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用擇優(yōu)繼承法對(duì)所述新的m條染色體D' ={d/ ^cT 2…d' J進(jìn)行擇優(yōu)運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D' ={d/ ^cT 2…d' m}的新的m條染色體D" ={d" ,, " 2···(1" m}，具體包括 步驟BI、在所述新的m條染色體D' ={d' pd'J中，按序選擇兩條染色體； 步驟B2、根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度計(jì)算公式
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用最差基因變異法對(duì)所述新的m條染色體D" ={d" 1;(1" 2···(1" J進(jìn)行變異運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D" ={d" 1；d" - " J的新的m條染色體D"，={d"，,, " ' 2 d"，J，具體包括 步驟Cl、在所述新的m條染色體D" ={d" vd" 2···(1" J中，根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度計(jì)算公 式
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述在所述第X子代種群中，確定整體適應(yīng)度最高的染色體，根據(jù)所述整體適應(yīng)度最高的染色體，獲得與所述η架飛機(jī)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間，具體包括 在所述第X子代種群匕=^…d2x…dmx}的m條染色體中，根據(jù)整體適應(yīng)度計(jì)算公式
9.一種飛行沖突解脫裝置，其特征在于，包括 第一確定模塊，用于根據(jù)獲取的η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，確定存在飛行沖突，各所述飛行計(jì)劃信息包括每一架飛機(jī)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)位置、飛行速度、起飛時(shí)間，η為大于I的自然數(shù)； 初始化模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間Smax，對(duì)所述η架飛機(jī)中的每一架飛機(jī)隨機(jī)生成m個(gè)起飛延遲時(shí)間SiE [O, δ max]，i=l, 2…m,生成mXn階初始化變量種群,所述初始化變量種群為父種群； 遺傳迭代模塊，用于應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)所述父種群進(jìn)行X次遺傳迭代優(yōu)化，生成所述父種群的第X子代種群，X表示預(yù)設(shè)的遺傳迭代次數(shù)； 第二確定模塊，用于在所述第X子代種群中，確定整體適應(yīng)度最高的染色體，根據(jù)所述整體適應(yīng)度最高的染色體，獲得所述η架飛機(jī)各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第一確定模塊，具體用于根據(jù)獲取的所述η架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，計(jì)算每一架飛機(jī)到達(dá)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)的時(shí)間；根據(jù)沖突探測公式- |<r，若確定至少兩架飛機(jī)到達(dá)同一航路點(diǎn)的時(shí)間差小于預(yù)設(shè)的時(shí)間差閾值，則確定存在飛行沖突，其中，表示第i架飛機(jī)到達(dá)任一相同航路點(diǎn)W2的時(shí)間，U2表示第j架飛機(jī)到達(dá)所述航路點(diǎn)W2的時(shí)間，τ表示預(yù)設(shè)的時(shí)間差閾值； 所述遺傳迭代模塊，具體用于采用傳統(tǒng)錦標(biāo)賽法對(duì)所述父種群中的m條染色體D=W1,(V·· dm}進(jìn)行選擇運(yùn)算,獲取新的m條染色體D' ={d/ ^cT 2…d' m};采用擇優(yōu)繼承法對(duì)所述新的m條染色體D' ={d' pd'J進(jìn)行交叉運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D' ={d/ ^cT 2…d' J的新的m條染色體D" ={d" 1； " 2··· 采用最差基因變異法對(duì)所述新的m條染色體D" ={d" pd" 2···(1" ^進(jìn)行變異運(yùn)算，獲取所述新的m條染色體D" ={d" 1; d" ^d" m}的新的m條染色體D"，={d"，vd" / 2...d"，J ； 將所述新的m條染色體D" ' ={d" ' pd" ' 2···(1" ' m}中的每一條染色體與所述父種群的m條染色體D=WpdfdJ中對(duì)應(yīng)的染色體進(jìn)行整體適應(yīng)度比較，將整體適應(yīng)度高的染色體作為所述父種群的子代種群中的一條染色體，直至獲取所述父種群的子代種群的m條染色體； 將所述父種群的子代種群設(shè)為父種群，循環(huán)重復(fù)遺傳迭代直至完成第X次迭代，獲取所述父種群的第X子代種群Dx= {dlx，d2x…dmx}； 所述第二確定模塊，具體用于在所述第X子代種群Dx= {dlx，d2x…dmx}的m條染色體中，根據(jù)整體適應(yīng)度計(jì)算公式，分別計(jì)算每一條染色體的整體適應(yīng)度F，根據(jù)所述m條染色體各自的整體適應(yīng)度F，選擇整體適應(yīng)度最高的染色體作為最優(yōu)化的染色體dbest ;將所述最優(yōu)化的染色體dbest對(duì)應(yīng)變量集合作為所述η架飛機(jī)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間； 所述整體適應(yīng)度計(jì)算公式為
全文摘要
本發(fā)明提供一種飛行沖突解脫方法及裝置，包括根據(jù)獲取的n架飛機(jī)的飛行計(jì)劃信息，確定存在飛行沖突，各飛行計(jì)劃信息包括每一架飛機(jī)對(duì)應(yīng)航路的各航路點(diǎn)位置、飛行速度、起飛時(shí)間；根據(jù)預(yù)設(shè)的最大起飛延遲時(shí)間，對(duì)n架飛機(jī)中的每一架飛機(jī)隨機(jī)生成m個(gè)起飛延遲時(shí)間，生成m×n階初始化變量種群，初始化變量種群為父種群；應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)父種群進(jìn)行X次遺傳迭代優(yōu)化，生成父種群的第X子代種群，X表示預(yù)設(shè)的遺傳迭代次數(shù)；在第X子代種群中，確定整體適應(yīng)度最高的染色體，根據(jù)整體適應(yīng)度最高的染色體，獲得所述n架飛機(jī)各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化的起飛延遲時(shí)間；解決了現(xiàn)有的飛行器沖突解脫方法不能提供全局解脫方法的問題。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK102930339SQ20121036808
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者張學(xué)軍, 管祥民, 蘇婧 申請人:北京航空航天大學(xué)