[发明专利]区域空中交通网络流量调度方法

说明书

所属技术领域

本发明是一种针对空管领域中空中交通网络流调度的技术，即在充分考虑天气因素下通过确定航段行程时间来进行航班的调度。

背景技术

在现在的空管系统中，以往的空中流量调度主要集中在终端区，包括起飞流量控制和降落流量控制，对于区域空中交通网络内的流量分配，调度研究工作和相关报道都比较少。随着民航业的发展，各条新航线的建立，各机场间的航线图越来越网络化，尤其在枢纽机场周围，这种航线网络较为普遍，也使得某条线路的拥堵会造成航线网络的拥堵，所以，也使得基于区域空中交通网络中的空管研究成为新的研究热点。其次，天气造成的航班延误具有传递和扩散效应，这在枢纽机场和其周边机场及空域组成的区域空中交通网络中更加明显，也使得研究范围扩展至区域空中交通网络成为必然。此外，对于空中交通网络，恶劣天气不仅会对航路的容量造成影响，而且对航班飞行计划也会造成影响，也就是对空中交通网络的供需双方均产生影响，造成供需不平衡，这种不平衡体现在航班的延误增加和航路拥堵加剧上。

发明内容

本发明的目的是在空中交通网络中寻找上述变量之间的联系，建立流量调度模型，为空中交通管理提供决策支持。从空中交通网络的层次上研究空中交通管制方法则要考虑各OD对之间航班飞行计划，天气变化对航路的影响，航班调度策略，航段行程时间，流量分配之间联系，这些变量互相影响，反映空中交通网络运行过程。研究这些变量之间的数学关系，为空中交通管制方法的设计提供理论依据。

从交通网络供需角度而言，空中交通网络中的流量调度规则由两个因素决定，一是需求，即由各OD对间的航班飞行计划产生的流量需求，另一个则是供应，各航段能够提供的容量。此时，流量调度的目标是将由飞行计划产生的流量需求按照一定调度规则分配到各航段，使得航班延误最小。对于每个航班而言，由于具有不同的风险认识和出行目的，各航班有着不同的调度规则，每个的航班都力图使自己延误最小，每个航班均选择使其延误最小的航路，空中交通网络达到供需平衡。

本发明的优点在于：

(1)模型的自适应性。从控制论角度而言，空中交通流量调度模型(式31-式35)建立系统输入(流量需求，即式33中的d^rs)，系统输出(即式34中的x_a)，系统参数(包括天气对对航段容量的影响，调度策略λ)，由于系统参数均为可变，可通过系统输出来调整系统参数，所以该模型满足自适应控制的定义，可实现自适应流量调度。

(2)模型求解的效率。模型求解的决策变量是航段容量x_a，其数量等于航段数，即模型要求解的未知量个数有限，系统参数也是针对三种不同的调度策略而言，故而模型的解空间范围也较小，模型求解效率较高。

空中交通流量调度模型综合考虑了空中交通网络的拓扑结构，天气变化的影响，以及航班飞行计划需求以及空中交通管理中调度管制规则等的影响，建立这些变量之间关系，使之能反映各因素变化对于空中流量分布的影响，为空中交通流量管理提供决策依据。

附图说明

图1空中交通网络流量调度流程图

具体实施方式

以下结合附图详细说明：

用有向图G(N，A)表示一个多起点，多终点的空中交通网络。N为节点集，A为边集合，R为起点集合，S为终点集合，(r，s)为以r(r∈R)为起始节点，s(s∈S)为目的节点的O-D对。节点用来表示机场和航路点，边则表示航路段(两航路点之间的航线，以下简称航段)，连接起始节点和目的节点的航线称为航路。P_rs为O-D对(r，s)间所有航路的集合。为便于研究，模型应满足以下条件：

(1)每个航班均应在航路上运行；

(2)在研究的时间段[0，T]内所有航班均能起飞；

(3)为减少航班延误，可采用地面等待，减速，绕飞，改航等流量控制策略。定义1航段的行程时间是飞机通过该航段所需的时间。

Menon(2004)定义了空中交通流描述方法，将航路上的飞机流视为连续流体，飞机流的流量、速度、密度等集聚变量为以时间和空间为自变量的连续函数，飞机流的运行满足交通流运动方程，连续性方程以及速度-密度关系式。所以，可采用空中交通流描述方法来描述在航路上运行的飞机流。在航段上，由速度-密度关系式可知