基于动态人工势场法的多机改航路径规划研究

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1、第４５卷第１期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．１２０１５年１月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪａｎ．２０１５基于动态人工势场法的多机改航路径规划研究张兆宁，赵召娜（中国民航大学空中交通管理学院，天津３００３００）摘要：在危险天气条件下，需要研究航班改航路径规划的问题。对传统人工势场法中的斥力势函数进行修正，将目标点与障碍物的距离以及航空器与受限区的运动速度考虑在内，建立了动态人工势场法的多机改航路径规划模型。模型解决了障碍物附近目标不可达问题，并且适应动态运行环境。算例验证了模型的有效性和可行性。关键词：危险天气；动态人工势场法；多机改航；路径

2、规划中图分类号：Ｖ３２８文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１５）０１桘０００１桘０４ResearhcofMulti桘aircraftReroutingPathPlanningBasedonDynamicArtificialPotentialFieldAlgorithmＺＨＡＮＧＺｈａｏ桘ｎｉｎｇ，ＺＨＡＯＺｈａｏ桘ｎａ（CollegeofAirTrafficManagement，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin３００３００，China）Abstract：Ｉｎｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｉｔ

3、ｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｒｅｒｏｕｔｉｎｇｐａｔｈｐｌａｎ-ｎｉｎｇ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｒｅｐｕｌｓｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｒｔｉｆｉｃｉａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄａｌｇｏ-ｒｉｔｈｍｂｙｔａｋｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔａｎｄｏｂｓｔａｃｌｅｓａｎｄｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄａｒｅａｓｍｏｖｉｎｇｓｐｅｅｄｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｄｙｎａｍｉｃａｒｔｉｆｉｃｉａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄ

4、ｆｏｒｍｕｌｔｉ桘ａｉｒｃｒａｆｔｒｅｒｏｕｔｉｎｇ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔａｉｒｃｒａｆｔｓｃａｎ′ｔｒｅａｃｈｔｈｅｔａｒｇｅｔｌｏｃａｔｉｏｎｓｗｈｅｎｔｈｅｏｂｓｔａｃｌｅｓｎｅａｒｔｈｅｔａｒｇｅｔｓ，ａｎｄｉｔａｌｓｏａｄａｐｔｓｔｏｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｏｐｅｒａｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅｐｒｏｖｅｓｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Keywords：ｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｅａｔｈｅｒ；ｄｙｎａｍｉｃａｒｔｉｆｉｃｉａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｍ

5、ｅｔｈｏｄ；ｍｕｌｔｉ桘ａｉｒｃｒａｆｔｒｅｒｏｕｔｉｎｇ；ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ引言［４］机场。２０１３年，ＷａｎｇＬｉｌｉ等人基于网格环境建模航班改航是空中交通流量管理的重要组成部分，法，将空中交通管制规则和飞机性能考虑在内，在航向在发生危险天气时可安全有效地为航班选择一条临时改变时间、转弯角以及航程的约束下，采用改进的蚁群航路，提高空域利用率。国外对于航班改航路径规划算法为需要改航的航班规划出较优路径。的研究开始于２０世纪９０年代，经过约２０年的研究，在国内，２００６年，匡军等将空域中危险天气作为国内外学者已经提出了多种相关算法。２００４年Ｊｉｍｍｙ航线网络中的障

6、碍物为研究对象，提出保证安全裕度Ｋｒｏｚｅｌ等人提出了基于自由飞行的改航路径规划方的最短切线路径算法，即在出现危险天气的情况下，及［１］［２］法。２００７年Ｐａｎｎｅｑｕｉｎ、Ｂａｙｅｎ和Ｍｉｔｃｈｅｌｌ等人通时进行航线调整，临时架设一条避让恶劣天气的航路［５］过模型预测控制的框架对多架航空器在恶劣气象条件并实现飞机在避让恶劣天气的情况下飞行最短。下进行冲突绕飞研究，目标为航空器到达时间最小化，２００７年，叶志坚利用多边形改航路径算法对静态雷雨通过每次选代中求解非线性的偏微分方程得到。２００８天气的改航路径进行了研究，并且分析了动态雷雨对［３］［６］年ＤａｉＦｕｑｉｎｇ等

7、人提出一个新的方法，一个航班在航班飞行时间的影响。２００９年，李雄等人对改航策多个机场间执行预定飞行计划，回到离场机场，同时，略中危险天气影响区域的划设和航路飞行阶段改航路另一个航班从该机场以相反的路径飞出并回到原离场径的规划展开深入的研究，在研究航路飞行阶段的危收稿日期：２０１４－１０－２７修订日期：２０１４－１２－１５基金项目：国家自然科学基金项目资助（７１１７１１９０）；国家空管委基金项目资助（ＧＫＧ２０１４１０００１）；中央高校基本科研业务费项目资助（３１２２０１４Ｄ０４１）作者简介：张兆宁（１９６４－），男，河北滦南