導(dǎo)語：航空器滑行調(diào)度優(yōu)化探究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：民航業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行壓力與日俱增。為解決航空器滑行調(diào)度策略的優(yōu)化性與運(yùn)算量之間的矛盾，提出一種基于多Agent系統(tǒng)（MAS）的滑行調(diào)度方法，將航空器在機(jī)場(chǎng)滑行道運(yùn)行調(diào)度策略的制定過程抽象為航空器自主選擇最優(yōu)路徑與滑行時(shí)間調(diào)度問題。

關(guān)鍵詞：多Agent系統(tǒng)；滑行道調(diào)度；路徑優(yōu)化；航空器運(yùn)行

1概述

民航運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)增長和航班數(shù)量的急劇增加導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行日益擁堵，從而引發(fā)管制員工作負(fù)荷過重，安全隱患增加，航空公司成本增加，旅客舒適度降低，增加了噪聲污染和燃油尾氣的排放，加重對(duì)環(huán)境的破壞。本文從場(chǎng)面航空器運(yùn)行安全和效率角度出發(fā)，提出一種在滿足航空器滑行過程中安全無沖突的前提下，減少所有進(jìn)離場(chǎng)航空器的等待時(shí)間與滑行時(shí)間的調(diào)度模型，從而提高航空器場(chǎng)面運(yùn)行效率與動(dòng)態(tài)容量，為大型機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面資源調(diào)度提供決策依據(jù)。

2航空器運(yùn)行規(guī)則

滑行道調(diào)度問題最大的難點(diǎn)就是航空器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的三類沖突:交叉沖突、追尾沖突以及對(duì)頭沖突，對(duì)于三種沖突本文定義以下運(yùn)行規(guī)則：1）任意一架航空器fi在網(wǎng)絡(luò)中抽象為一個(gè)點(diǎn)，任意代表兩架同向航空器的點(diǎn)之間的距離大于最小安全間隔dsep。2）航空器fi在滑行道中的滑行速度在滿足滑行道最大滑行速度的約束下盡可能的接近最大滑行速度νmax。3）航空器fi通過交叉口節(jié)點(diǎn)時(shí)，滑行速度必須降低至最大轉(zhuǎn)彎速度，即νi燮νE。4）航空器在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行路徑選擇時(shí)，在滿足調(diào)度策略的前提下，選擇最短路徑。

3算法設(shè)計(jì)

Agent是一種能夠自我決策，自主完成任務(wù)，且能相互協(xié)作的智能體。多Agent系統(tǒng)（MAS）是一種分布式人工智能系統(tǒng)，尤其擅長處理Agent之間的交互、協(xié)作與競(jìng)爭(zhēng)等行為。采用MAS系統(tǒng)能夠?qū)⒙窂剿阉鲉栴}轉(zhuǎn)化為Agent之間協(xié)作共同決策問題，實(shí)現(xiàn)分布式求解，避免了建立數(shù)學(xué)模型導(dǎo)致的問題規(guī)模大，求解效率底下的問題，易于實(shí)現(xiàn)。3.1MAS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的航空器滑行調(diào)度模型MAS結(jié)構(gòu)采用層次型體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)兩類Agent：航空器Agent、滑行道資源A-gent完成仿真調(diào)度工作。航空器Agent是整個(gè)系統(tǒng)仿真的主體，主要執(zhí)行滑行道資源Agent發(fā)出的指令，并根據(jù)滑行道系統(tǒng)的實(shí)時(shí)變化做出相應(yīng)的路徑選擇。通過加減速模擬真實(shí)航空器因?yàn)檗D(zhuǎn)彎和避讓等活動(dòng)導(dǎo)致的速度損失，更加準(zhǔn)確的模擬航空器在滑行道系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況?；械蕾Y源Agent是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)管理整個(gè)滑行道系統(tǒng)資源的分配與調(diào)度。檢測(cè)滑行道系統(tǒng)資源使用情況，監(jiān)控航空器在滑行道系統(tǒng)中的活動(dòng)。通過向航空器Agent發(fā)送指令避免滑行沖突，同時(shí)提高滑行道資源利用效率。通過兩種不同的Agent的配合實(shí)現(xiàn)從單一決策到集體決策的轉(zhuǎn)變。形成多個(gè)決策主體，每個(gè)主體擁有一部分決策權(quán)，形成子方案。然后通過Agent間的相互通訊形成一個(gè)整體的方案。3.2Agent設(shè)計(jì)。1）航空器Agent。航空器Agent主要負(fù)責(zé)在滑行道資源Agent中尋找無沖突的最短路徑。模擬真實(shí)的航空器在滑行道中運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)反映運(yùn)行數(shù)據(jù)為優(yōu)化提供依據(jù)。通過設(shè)定航空器Agent的初始速度ViA、viD，加速度ai+、a-i物理長度L等參數(shù)來模擬由于航空器轉(zhuǎn)向和避讓導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。接收滑行道資源Agent發(fā)出的減速、等待與避讓指令，化解滑行沖突。三類滑行沖突中，超越?jīng)_突是通過定義航空器Agent間前后最小間隔避免的，當(dāng)兩架航空器將要發(fā)生超越?jīng)_突時(shí)，后方航空器自動(dòng)減速，保持最小安全間隔來化解沖突。2）滑行道資源Agent?；械蕾Y源Agent主要由滑行道網(wǎng)絡(luò)、傳感器、控制器、監(jiān)控器組成。其中滑行道網(wǎng)絡(luò)定義了滑行道空間布局形態(tài)與物理尺寸，是航空器Agent運(yùn)行的實(shí)體，分為主滑行道、快速出口滑行道與聯(lián)絡(luò)道，主滑行道與快速出口滑行道優(yōu)先級(jí)較高，處于聯(lián)絡(luò)道上的航空器必須進(jìn)行避讓。3.3MAS運(yùn)行過程。MAS系統(tǒng)具體運(yùn)行過程說明如下：1）生成的航空器Agent根據(jù)自己起訖點(diǎn)，通過計(jì)算自身位置與目標(biāo)終點(diǎn)的最短路徑，決定自身以下一步的滑行路徑。2）滑行道資源Agent對(duì)系統(tǒng)中的航空器運(yùn)行與資源利用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)可能出現(xiàn)運(yùn)行沖突的航空器發(fā)出避讓命令，或?qū)磳⑦M(jìn)入容量已滿的滑行道的航空器發(fā)出禁止駛?cè)胫噶睢?）收到避讓指令的航空器Agent根據(jù)沖突類型，選擇進(jìn)行按原路徑等待避讓或重新規(guī)劃滑行路徑避開沖突。進(jìn)行等待避讓的航空器根據(jù)自身的優(yōu)先級(jí)選擇直接通過或是減速等待等行為；收到禁止駛?cè)胫噶畹暮娇掌鰽gent直接重新規(guī)劃路徑，繞開容量已滿的滑行道。4）重復(fù)2）3）直到所有的航空器完成滑行作業(yè)，到達(dá)訖點(diǎn)。輸出所有航空器最優(yōu)路線。

4結(jié)論

利用Anylogic軟件建立多Agent的航空器滑行道調(diào)度模型，將航空器在滑行道上的滑行問題抽象成航空器自主尋找最優(yōu)路徑與滑行開始時(shí)間調(diào)度問題。仿真結(jié)果表明，基于多Agent航空器滑行調(diào)度優(yōu)化模型優(yōu)化效果較好，不僅能降低總滑行距離與時(shí)間，同時(shí)還是避免航空器運(yùn)行過程中的沖突問題，為航空器在滑行道上的調(diào)度問題提供了一種可行的新方法。

參考文獻(xiàn)

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作者:姜偉華 單位:南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院