基于空闲时间窗和多Agent的A-SMGCS航空器滑行路由规划

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSin／caMay252015V01．36No．51627-1638ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．cnIX)I：10．7527／SLOOO一6893．2014．0119基于空闲时间窗和多Agent的A—SMGCS航空器滑行路由规划唐勇1’2’，胡明华1，黄荣顺2，吴宏刚2，尹嘉男1，徐自励21．南京航空航天大学民航学院，南京2111062．中国民用航空局第二研究所科研开发中心，成都610041摘要：先进场面活动引导

2、与控制系统(A—SMGCS)中的航空器滑行路由规划是一个典型NP难题。为解决航空器滑行路由规划的优化性和计算量之间的矛盾，提出一种基于空闲时间窗的路由规划方法，并利用多Agent系统(MAS)进行算法求解。首先，建立滑行资源图以对场面滑行区进行建模。其次，按照航班计划为航空器设置滑行优先级，并按优先级顺序依次规划路由，后规划的路由不破坏已有路由，即利用滑行路段的空闲时间窗进行规划。每次只需为一架航空器规划滑行路由，降低了问题的求解难度；通过搜索空闲时间窗获得路由使场面交通均衡分布，保证了路由规划的整体优化性。分析了空闲时间窗特性，指出空闲时间窗的可达性条件和避免同步资

3、源交换冲突的条件。最后，设计MAS，把建立、维护和搜索空闲时间窗图的复杂集中式求解过程简化为通过路由管理Agent，航空器Agent和资源节点Agent相互协作实现对场面路由规划问题的分布式求解。仿真结果表明，设计的MAS能够快速找到空闲时间窗中的最优解；与固定预选滑行路径算法相比，航空器的平均滑行时间显著减少，最多可以节省19．6％的滑行时间。关键词：空闲时间窗；多Agent系统；滑行路由规划；航空器优先级；先进场面活动引导与控制系统中图分类号：V355．2；TP391．9文献标识码：A文章编号：10006893(2015)05—1627—12随着航空运输业的高速发

4、展，机场愈加繁忙，依靠管制员人工管理场面运行的传统方式已经无法满足场面运行的需求，机场越来越成为制约民航进一步发展的瓶颈。为了应对日趋严重的场面运行安全与效率问题，国际民航组织提出了先进场面活动引导与控制系统(A—SMGCS)[1]。A—SMGCS包括监视、控制、路由和引导4项功能，其中，路由规划对于保证场面航空器的有序、安全运行发挥着重要作用。科学、高效的路由规划能够减少航空器的滑行时间，增加场面航空器流量，提高场面的整体运行效率。国内外已有许多学者对场面航空器的滑行路由问题进行了研究，并取得了一系列研究成果。Clare和Richards[21指出场面航空器滑行路由

5、规划是一个典型的NP难题。Zhang[3]和Guan[41等运用复杂网络理论对路由和排序策略进行了研究。文献Es]～文献[8]通过有向图把场面滑行区建立为“节点一边”模型，利用混合整数线性规划进行航空器场面滑行过程建模。文献[9]和文献EIO]将管制规则和安全间隔作为约束条件，建立了航空器场面无冲突滑行路由优化模型，并利用遗传算法进行求解。Gotteland等口u基于一组预选滑行路径，采用遗传算法进行了路由规划，并将其与基于遗传算法和A。算法的路由规划混合算收稿日期：2014—05．06；退修日期：2014—05—28；录用日期：2014—06—11；网络出版时间：2

6、014—06—1608：56网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000—6893．2014．0119．htmI基金项目：国家科技支撑计划(2011BAH24806)；国家自然科学基金(61179060，U1333202，U1233103)*通讯作者Tel．：028—82909949E-mail：tangyongl979@126com}

7、用格武tTangY．HuMH．HuangRS．eta1．Aircrafttaxiroutesplanningbasedonfreetimewindowsandmulti-agentforA

8、—SMGCSEJJ．ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin／ca，2015．36(5)：1627-1638密勇．胡葫华．黄荣峨．等．基于空阚醚阚离和多Agent的A．SMGCS肪空器滑行路由规翅￡JI．航空学报，2015，36(5)：1627-1638．航空学报May252015rot36No，5法进行了对比。Clare等[123使用迭代方法将模型进行分步求解——首先求解出松弛的混合整数线性规划方程，并不考虑冲突问题；然后加入各类约束条件重复计算直至冲突完全解脱。Gupta等n副首先使用Dijkstra算法寻求最短滑行路径，