飛行沖突解脫方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機飛行時刻優(yōu)化方法，尤其涉及一種飛行沖突解脫方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來，我國航空運輸業(yè)發(fā)展迅猛，然而隨著飛行流量的增加，空域中飛行的密 度也相應(yīng)增加，飛行之間的安全間隔難以保證，存在飛行沖突的可能性增加，進而使得飛行 安全受到嚴(yán)重威脅。作為保證飛行安全的關(guān)鍵技術(shù)之一，飛行沖突解脫方法的研究是必要 而迫切的。
[0003] 目前飛行沖突解脫方法的研究主要集中在局部空余的戰(zhàn)術(shù)方法上，缺乏戰(zhàn)略層面 的全局解脫方法，隨著航空技術(shù)發(fā)展，四維航跡（4D-Trajectory,簡稱：4DT)的提出使戰(zhàn)略 規(guī)劃成為可能。
[0004] 傳統(tǒng)的優(yōu)化算法包括基于梯度的優(yōu)化算法和鮑威爾（Powell)法等直接優(yōu)化算 法，然而對于具備多變量、多目標(biāo)、多約束、非線性、多極值、目標(biāo)函數(shù)和約束條件非解析函 數(shù)的復(fù)雜切且大規(guī)模的飛行沖突解脫問題，用傳統(tǒng)優(yōu)化算法進行沖突解脫，其運算效率低， 且由于傳統(tǒng)優(yōu)化算法通常要求目標(biāo)函數(shù)和約束條件是連續(xù)可微的解析函數(shù)，因此，方案的 可行性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種飛行沖突解脫方法及裝置，能夠進行沖突解脫，運算效率高，并達 到較低的平均延誤，并且采用多目標(biāo)優(yōu)化的機制，更符合實際問題需要，方案的可行性更 強。
[0006] 本發(fā)明提供一種飛行沖突解脫方法，包括：
[0007] 建立飛行沖突解脫模型，所述飛行沖突解脫模型中包括所有待解脫飛機的飛行延 誤以及飛行沖突態(tài)勢；
[0008] 根據(jù)所述飛行延誤確定第一目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)所述飛行沖突態(tài)勢確定第二目標(biāo)函 數(shù)；
[0009] 利用多目標(biāo)優(yōu)化算法將所述第一目標(biāo)函數(shù)分解為多個第一子目標(biāo)函數(shù)，將所述第 二目標(biāo)函數(shù)分解為多個第二子目標(biāo)函數(shù)；
[0010] 利用交叉算子和變異算子，對所述多個第一子目標(biāo)函數(shù)和所述多個第二子目標(biāo)函 數(shù)進行第N代優(yōu)化計算，得到第N代解集；
[0011] 若判斷所述第N代到達預(yù)設(shè)循環(huán)代數(shù)，輸出所述第N代解集；
[0012] 根據(jù)所述第N代解集對所述待解脫飛機進行飛行沖突解脫。
[0013] 如上所述的飛行沖突解脫方法，其中，所述根據(jù)所述飛行延誤確定第一目標(biāo)函數(shù)， 包括：
[0014] 根據(jù)所述飛行延誤，通過第一公式確定所述第一目標(biāo)函數(shù)Min ;
[0015] 其中，所述第一公式為：
[0016] 其中，η為所述待解脫飛機總數(shù)，δ i為所述待解脫飛機中的第i架飛機的所述飛 行延誤。
[0017] 如上所述的飛行沖突解脫方法，其中，所述根據(jù)所述飛行沖突態(tài)勢確定第二目標(biāo) 函數(shù)，包括：
[0018] 根據(jù)所述飛行沖突態(tài)勢，通過第二公式確定所述第二目標(biāo)函數(shù)Min f2;
[0019] 其中，所述第二公式為：Min f2 = CS ;
[0020] 其中
為所述飛行沖突態(tài)勢，η為所述待解脫飛機總數(shù)，為所 述待解脫飛機中的第i架飛機與第j架飛機之間的安全間隔違反度。
[0021] 如上所述的飛行沖突解脫方法，其中，所述利用多目標(biāo)優(yōu)化算法將所述第一目標(biāo) 函數(shù)分解為多個第一子目標(biāo)函數(shù)，將所述第二目標(biāo)函數(shù)分解為多個第二子目標(biāo)函數(shù)，包 括：
[0022] 通過第三公式，將所述第一目標(biāo)函數(shù)分解為所述多個第一子目標(biāo)函數(shù)，并將所述 第二目標(biāo)函數(shù)分解為所述多個第二子目標(biāo)函數(shù)，記為g'
[0023] 其中，所述第三公式為：= ΙΛ⑴-< 丨}
[0024] 其中，尤：(K,…，尤f為均勻分布的權(quán)向量；z""為參考點,ζ/為目標(biāo)函數(shù)的最 優(yōu)值，m表示目標(biāo)函數(shù)的個數(shù)，Α(χ)表示目標(biāo)函數(shù)，j = 1時，表示所述第一子目標(biāo)函數(shù)， f\(x)表示所述第一目標(biāo)函數(shù)，表示所述第一目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值，j = 2時，8^表示所述 第二子目標(biāo)函數(shù)，f2(x)表示所述第二目標(biāo)函數(shù)，z/表示所述第二目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。
[0025] 本發(fā)明還提供一種飛行沖突解脫裝置，包括：
[0026] 建模單元，用于建立飛行沖突解脫模型，所述飛行沖突解脫模型中包括所有待解 脫飛機的飛行延誤以及飛行沖突態(tài)勢；
[0027] 確定單元，用于根據(jù)所述飛行延誤確定第一目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)所述飛行沖突態(tài)勢確 定第二目標(biāo)函數(shù)；
[0028] 分解單元，用于利用多目標(biāo)優(yōu)化算法將所述第一目標(biāo)函數(shù)分解為多個第一子目標(biāo) 函數(shù)，將所述第二目標(biāo)函數(shù)分解為多個第二子目標(biāo)函數(shù)；
[0029] 計算單元，用于利用交叉算子和變異算子，對所述多個第一子目標(biāo)函數(shù)和所述多 個第二子目標(biāo)函數(shù)進行第N代優(yōu)化計算，得到第N代解集；
[0030] 輸出單元，用于若判斷所述第N代到達預(yù)設(shè)循環(huán)代數(shù)，輸出所述第N代解集；
[0031] 解脫單元，用于根據(jù)所述第N代解集對所述待解脫飛機進行飛行沖突解脫。
[0032] 如上所述的飛行沖突解脫裝置，其中，所述確定單元具體用于根據(jù)所述飛行延誤， 通過第一公式確定所述第一目標(biāo)函數(shù)Min f1;
[0033] 其中，所述第一公式為
[0034] 其中，η為所述待解脫飛機總數(shù)，δ i為所述待解脫飛機中的第i架飛機的所述飛 行延誤。
[0035] 如上所述的飛行沖突解脫裝置，其中，所述確定單元具體用于根據(jù)所述飛行沖突 態(tài)勢，通過第二公式確定所述第二目標(biāo)函數(shù)Min f2;
[0036] 其中，所述第二公式為：Min f2 = CS ;
[0037] 其中
為所述飛行沖突態(tài)勢，η為所述待解脫飛機總數(shù)，為所述 待解脫飛機中的第i架飛機與第j架飛機之間的安全間隔違反度。
[0038] 如上所述的飛行沖突解脫裝置，其中，所述分解單元具體用于通過第三公式，將所 述第一目標(biāo)函數(shù)分解為所述多個第一子目標(biāo)函數(shù)，并將所述第二目標(biāo)函數(shù)分解為所述多個 第二子目標(biāo)函數(shù)，記為g'
[0039] 其中，所述第三公式為
[0040] 其中，義=(義七…，尤/為均勻分布的權(quán)向量；z*為參考點，z/為目標(biāo)函數(shù)的最 優(yōu)值，m表示目標(biāo)函數(shù)的個數(shù)，Α(χ)表示目標(biāo)函數(shù)，j = 1時，表示所述第一子目標(biāo)函數(shù)， f\(x)表示所述第一目標(biāo)函數(shù)，表示所述第一目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值，j = 2時，8^表示所述 第二子目標(biāo)函數(shù)，f2(x)表示所述第二目標(biāo)函數(shù)，z/表示所述第二目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。
[0041] 本發(fā)明提供一種飛行沖突解脫方法及裝置，通過建立飛行沖突解脫模型，飛行沖 突解脫模型中包括所有待解脫飛機的飛行延誤以及飛行沖突態(tài)勢；根據(jù)飛行延誤確定第一 目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)飛行沖突態(tài)勢確定第二目標(biāo)函數(shù)；利用多目標(biāo)優(yōu)化算法將第一目標(biāo)函數(shù)分 解為多個第一子目標(biāo)函數(shù)，將第二目標(biāo)函數(shù)分解為多個第二子目標(biāo)函數(shù)；利用交叉算子和 變異算子，對多個第一子目標(biāo)函數(shù)和多個第二子目標(biāo)函數(shù)進行第N代優(yōu)化計算，得到第NR 解集；若判斷第N代到達預(yù)設(shè)循環(huán)代數(shù)，輸出所述第N代解集；根據(jù)第N代解集對待解脫飛 機進行飛行沖突解脫。該方法的運算效率高，能夠進行沖突解脫，并達到較低的平均延誤， 并且采用多目標(biāo)優(yōu)化的機制，更符合實際問題需要，方案的可行性更強。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明飛行沖突解脫方法實施例一的流程圖；
[0043] 圖2為本發(fā)明飛行沖突解脫模型示意圖；
[0044] 圖3為本發(fā)明飛行沖突解脫方法中的個體編碼示意圖；
[0045] 圖4為本發(fā)明M0EA/D中交叉算子的示意圖；
[0046] 圖5為本發(fā)明M0EA/D中變異算子的示意圖；
[0047] 圖6為本發(fā)明飛行沖突解脫裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0049] 在介紹本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案之前，先對本發(fā)明實施例涉及到的一些概念 以及基本原理進行闡述，以便本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚準(zhǔn)確地理解本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方 案。
[0050] 飛行沖突或飛行碰撞：當(dāng)兩架飛行器之間的距離小于沖突閾值或碰撞閾值時， 認(rèn)為這兩架飛行器存在沖突風(fēng)險或存在碰撞風(fēng)險。沖突解脫：如果經(jīng)過探測發(fā)現(xiàn)，一定 空域內(nèi)的飛行器如按照既定飛行計劃飛行將會在未來某一時刻發(fā)生飛行沖突，則需要適 當(dāng)?shù)恼{(diào)整當(dāng)前飛行計劃以規(guī)避沖突，此即沖突解脫。四維航跡（4D-Trajectory,4DT)描 述了飛行器從起飛到降落、包括空間路徑和飛行時刻的四維時空信息。多目標(biāo)優(yōu)化算法 (MultiObjective Evolutionary Algorithm based on De