[发明专利]一种引入空域容量的航路汇聚点布局优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的引入空域容量的航路汇聚点布局优化方法，属于航路汇聚点优化领域。

背景技术

随着民航事业的迅速发展，飞行流量急剧增加，现有的航路结构已经难以满足日益增长的空中交通流量的需要。因此，有必要对现有航路网络进行重新规划，满足新形势下航空运输业对航路网络的新需求。

航路网络规划旨在剖析现行航路、航线在航空运输需求多元化和飞行流量快速发展中所暴露出的结构性缺陷，并根据交通流分布特征、发展趋势，结合空管保障条件，运用交通网络设计与优化技术，为解决较长时期内的空域资源、地面设施和民航业的建设与发展的战略性问题提供综合布局与统筹规划。通过科学分配和使用空域资源，航路网络规划能够提高空中交通运输效能，降低航空公司运营成本，指导地面通信、导航和监视设施的合理布局，并为机场改扩建提供参考。

航路汇聚点布局问题是航路网络规划中的核心问题。航路汇聚点是指航路网络中大于两条以上的航段由于飞行流量汇聚而形成的航路定位点，航路汇聚点布局是在满足各种约束条件的情况下，合理安排航路汇聚点的空间地理位置，达到消除航路瓶颈、提高空域运行效能的目标。现有工作只将飞行效率作为唯一的优化目标，在现有航空流量条件下，达到了降低总航线花费的目的。然而随着空中交通流量的日益增长，由此引发的空域拥堵、航班延误问题已经变得越来越突出。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，以往只将飞行效率作为唯一优化目标的方法忽略了航路网络一个重要的交通性能指标——空域容量，优化得到的网络随着航空流量的增加很快便会陷入拥堵。本发明考虑到航路网络在空域容量性能方面的实际需求，提出了一种引入空域容量的航路汇聚点布局优化方法，解决航路汇聚点布局问题。

本发明的一种引入空域容量的航路汇聚点布局优化方法，包括以下几个步骤：

(1)首先建立航路网络的流量模型；

(2)根据不同的航班密度给航路网络流量带来的拥挤程度，确定航路网络承受的最大航班密度。

(3)进行航路汇聚点的最优布局。

本发明的优点在于：

本发明通过建立航路网络的交通流量模型，给出了空域容量的一种定量描述方法。构建了基于飞行效率和空域容量的多目标优化模型，并采用多目标粒子群算法优化了航路汇聚点的位置。该方法兼顾飞行效率和空域容量，得到的航路网络面对航空流量的增长时能有效地延缓空域拥堵的出现。

附图说明

图1是本发明建立航路网络交通流量模型的流程图；

图2是本发明自由飞行的飞机比例P与航班密度R的相变图；

图3是本发明引入空域容量的多目标粒子群算法流程图；

图4是本发明三种不同航路网络上自由飞行的飞机比例P与航班密度R的关系图；

图5是本发明ARN1和ARN2上平均传输时间T与航班密度R的关系图。

具体实施方式

本发明考虑航路网络在空域容量性能方面的实际需求，提出了一种引入空域容量的航路汇聚点布局优化方法，该方法优化得到的航路网络在面对航空流量的激增时具有更强的鲁棒性，能够有效地延缓空域拥堵的出现。

下面结合附图详细说明本发明所述方法的具体实施过程：

(1)首先建立航路网络的流量模型，建模的流程如图1所示，具体步骤如下：

步骤A、参数设置：首先初始化航路网络流量模型中的参数，设置航班密度参数R、每个节点(节点即为机场和航路汇聚点)的传输能力C、飞机的飞行速度S、仿真持续时间T_total的数值(仿真持续时间是由一个个时间步组成的，时间步是仿真时间的基本单元)，本发明中设置每个节点的传输能力C＝5，飞机的飞行速度S＝800(大多数民航飞机的巡航速度)，整个仿真过程持续的时间设置为T_total＝10000个时间步；

步骤B、产生飞机：在每个时间步，航路网络中将有R架飞机起飞，随机选择起飞机场和目的机场，飞机起飞后，将按照最短路径飞行；