[发明专利]一种基于元胞自动机的机场场面运行仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于元胞自动机的机场场面运行仿真方法，包括以下步骤：设置航空器运行仿真模块和显示交互模块；收集环境信息；信息处理：根据收集到的各种信息，通过航空器运行仿真模块建立航空器场面运行模型，航空器运行仿真模块通过仿真运行输出航空器仿真运行数据并发送至显示模块，再现或预演系统运行过程；识别问题；分析评估；措施实施：通过分析评估结果获得一个解决问题的方案，通过参考该方案制定解决措施，然后将解决措施转化为输入数据变化；重复前面步骤，直到分析评估结果满足要求。本发明详细刻画了航空器机场场面运行程序，反映了航空器运行时的相互影响，如实表现了航空器运动时位置、速度的同步性、慢启动、亚稳态等交通特点。

技术领域

本发明涉及一种机场场面运行仿真方法，尤其涉及一种基于元胞自动机的机场场面运行仿真方法。

背景技术

随着航空运输业的高速发展，机场场面交通量不断增大，机场规模更加庞大、跑滑结构更加复杂，场面运行不安全事故频发和运行效率低下问题逐渐突出，机场越来越成为制约航空运输进一步发展的瓶颈。航空器场面运行仿真是是机场场面运行状况的再现和预演。2016年10月11日，中国虹桥机场发生A类跑道侵入事件，为空中交通运行安全敲响警钟。目前，航空器场面运行仿真已成为机场跑滑结构变更、运行安全评估、危险源识别等工作的基础。

对航空器在机场场面活动情况进行动态或者静态呈现，可以达到减少运行冲突、增加系统容量和提高运行安全的目的。所以近20多年来，航空器机场运行仿真技术一直是各国研究机构和学者关心和研究的热门课题。

目前对机场场面运行仿真的研究大部分基于场面资源分配建立机动区航空器滑行过程模拟，比如：2014年，张佳等针对航空器地面滑行过程中出现的冲突避让问题，提出基于Agent的航空器滑行避让过程建模；2015年，唐勇等以先进场面活动引导与控制系统(A-SMGCS)为基础，提出了基于空闲时间窗和多Agent的A-SMGCS航空器滑行路由规划模型；2017年，杨磊根据着色Petri网理论对机坪区域进行离散化建模，对机坪冲突控制方法进行了研究。

传统机场场面滑行仿真方法均以优化机场场面关键资源(跑道、滑行道、交叉口等)占用时间顺序为核心，将关键资源抽象为库所等元素，分配资源使用时间和顺序。即统筹安排航空器占用各个关键资源的时间和次序，并根据顺序推算航空器滑行速度和滑行时间，以整体规划机场场面航空器运行过程，形成仿真运行过程。

在构造理论方法的同时，部分学者还研究了机场场面运行仿真的可视化方法，例如利用Anylogic进行二次开发，将航空器定义为活动对象，定义为实现航空器场面运行仿真；以Google Earth为航迹仿真平台，利用Google Earth提供的COMAPI接口进行嵌入式二次开发，利用KML语言描述航空器三维航迹，并与Google Earth免费提供的地形数据、卫图数据和航图数据等GIS数据进行集成显示，实现航空器在全球任意位置的三维航迹仿真，该方法可简化开发难度；以开源模拟飞行器Flight Gear为场景仿真平台，以实时ADS-B监视数据为驱动，设计机场场面活动三维仿真系统；或者使用CPNTools等系统运动学软件进行仿真验证并实现可视化操作。

上述传统机场场面滑行仿真方法的缺点是：

1、整体统筹规划资源使用推算航空器运行过程的方法与实际运行差异较大，这种关注整体运行态势，规划每个航空器经过关键路径的时间次序的运行程序必须借助场面监视设备、地面引导与控制设备(例如A-SMGCS等)，而中国仅有北京首都机场和上海浦东机场安装了相应设施，且并未在实际运行中应用；同时部分整体最优是基于理论时间最短、理论路径最短等目标函数得到的，因此给出的航空器运行过程与实际管制方案有较大差距。