基于改进蚁群算法的改航路径规划研究

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1、第４５卷第３期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．３２０１５年５月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｙ．２０１５基于改进蚁群算法的改航路径规划研究赵召娜，张兆宁（中国民航大学空中交通管理学院，天津３００３００）摘要：当航班遇到恶劣天气或者飞行冲突时，可以采取航班改航策略为需要改航的航班规划出合适的飞行路径。采用栅格法对环境进行建模并且对传统蚁群算法进行改进。首先，在转移概率的计算上加入危险天气的影响等级；其次，在节点选择上采用贝叶斯思想，通过后验概率对候选节点进行评估；最后，通过在短时间内

2、信息素的增量上的差别来增大较优路径和其他路径之间的信息素量的差距，引导算法收敛到最优路径，同时加快算法的收敛速度。经算例分析证明了方法的有效性和可行性。关键词：贝叶斯理论；改进蚁群算法；改航；路径规划中图分类号：Ｖ３２８文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１５）０３桘００１２桘０５ReroutingPathPlanningBasedonImprovedAntColonyAlgorithmＺＨＡＯＺｈａｏ桘ｎａ，ＺＨＡＮＧＺｈａｏ桘ｎｉｎｇ（CollegeofAirTrafficManagement，C

3、ivilAviationUniversityofChina，Tianjin３００３００，China）Abstract：Ｗｈｅｎｆｌｉｇｈｔｅｎｃｏｕｎｔｅｒｓｓｅｖｅｒｅｗｅａｔｈｅｒｏｒｆｌｉｇｈｔｃｏｎｆｌｉｃｔ，ｉｔｃａｎｔａｋｅｔｈｅｆｌｉｇｈｔｄｉｖｅｒｔｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｔｈｅｆｌｉｇｈｔｎｅｅｄｉｎｇｔｏｄｉｖｅｒｔｔｈｅｐａｔｈ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｔｈｅｇｒｉｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｉｍ-ｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎｔｃｏｌｏｎｙ

4、ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｏｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｔａｋｅｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｅａｔｈｅｒｌｅｖｅｌｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｏｎｔｈｅｎｏｄｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｉｔｕｓｅｓｂａｙｅｓｉａｎｔｈｅｏｒｙｔｏｅｖａｌｕａｔｅｃａｎｄｉｄａｔｅｎｏｄｅｓｔｈｒｏｕｇｈｐｏｓｔｅｒｉｏｒｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ．Keywords：Ｂａｙｅｓｉａｎｔｈｅｏｒｙ；ｉｍｐｒｏｖｅｄａｎｔｃｏｌｏｎｙａｌｇｏｒｉｔｈｍ

5、；ｒｅｒｏｕｔｉｎｇ；ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ引言文献［１０］基于几何算法为需要改航的航班规划出临时航线，绕过危险区。文献［１１－１３］介绍了人工势场危险天气（如雷暴、飑线和风切变等）、航路拥挤法在机器人路径规划中的应用，并对其进行改进，应用以及军事训练占用空域等都会影响航班的正点安全飞于航班改航路径规划中。文献［１４－１５］采用蚁群算行。当遇到上述状况时，采取航班改航策略可安全有法进行改航路径的规划。效地为航班选择一条临时航路，减少航班延误，提高空本文对传统蚁群算法进行改进，不仅采取贝叶斯域利用率。国外对于航班

6、改航路径规划的研究开始于思想对节点选择策略作了改进，而且对信息素的更新２０世纪９０年代，经过约２０年的研究，国内外学者已也作了相应改进，大大加快了蚁群算法的收敛速度。经提出了多种相关算法。文献［１］提出了基于自由飞行的改航路径规划方法。文献［２］通过模型预测控制的框架对多架航空器在恶劣气象条件下进行冲突绕飞１问题描述与环境建模研究，目标为航空器到达时间最小化，通过每次选代中当某空域或航路受危险天气影响而无法正常使用求解非线性偏微分方程得到。文献［３］采用网格法对时，采取航班改航策略可以解决这一问题。本文将航环境建

7、模，将空中交通管制规则和飞机性能考虑在内，空器简化为在二维平面空间内运动的一个质点，假设在航向改变时间、转弯角以及航程的约束下，采用改进航空器的起始改航点和目标改航点均已知，航空器的的蚁群算法为需要改航的航班规划出较优路径。文献巡航速度已知且保持不变。［４－７］中均提到了基于多边形算法的改航路径规划。为实现路径规划算法，在空间建模的过程中作如文献［８－９］采用遗传算法进行航班改航路径规划。下假设：１）航空器在二维有限空间内运动；２）障碍物区收稿日期：２０１５－０２－１２修订日期：２０１５－０４－０９基金项目：国家

8、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：赵召娜（１９９１－），女，陕西咸阳人，硕士研究生，主要研究方向为交通运输规划与管理。２０１５年５月赵召娜等：基于改进蚁群算法的改航路径规划研究·１３·域为有限个静态的多边形区域，并且忽略障碍物的高是由ＭａｒｃｏＤｏ