基于三维空域网格的低空飞行航迹战略规划方法

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1、第４４卷第３期航空计算技术Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．３２０１４年５月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｙ．２０１４基于三维空域网格的低空飞行航迹战略规划方法王磊，张明，王硕（南京航空航天大学民航学院，江苏南京２１００１６）摘要：针对复杂低空环境下航空应急救援飞行安全问题，提出了一种基于三维空域网格的飞行航迹战略规划方法。将空域网格化分成多个飞行航迹节点，同时考虑地形、气象、飞行规则以及航空器性能等多种约束，使用改进倡的Ａ算法搜索单个航空器的最优飞行航迹。在单个航空器初始飞行航迹基础上，结合时间窗原理，提出两种方法解决了多机无冲突航迹战略规划问题。最后，通过案例仿真验

2、证了方法的有效性。倡关键词：航迹规划；三维空域网格；Ａ算法；时间窗原理中图分类号：Ｖ３２８文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０３桘００４２桘０５ALowLevelFlightTrajectoryStrategicPlanningApproachBasedon３DAirspaceGridＷＡＮＧＬｅｉ，ＺＨＡＮＧＭｉｎｇ，ＷＡＮＧＳｈｕｏ（CollegeofCivilAviation，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing２１００１６，China）Abstract：Ｉｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｌｏ

3、ｗｌｅｖｅｌｆｌｉｇｈｔｓａｆｅｔｙｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅａｖｉａｔｉｏｎｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅ，ａｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｆｌｉｇｈｔｐａｔｈｓｔｒａｔｅｇｉｃｐｌａｎｎｉｎｇｂａｓｅｄｏｎ３Ｄａｉｒｓｐａｃｅｇｒｉｄ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｄｉｖｉｄｅｓａｉｒｓｐａｃｅｉｎｔｏｇｒｉｄｓｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｄｆｌｉｇｈｔｐａｔｈｎｏｄｅｓ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｔｅｒｒａｉｎ，ｗｅａｔｈｅｒ，ｆｌｉｇｈｔｒｕｌｅｓａｎｄａｉｒｃｒａｆｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ倡ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄＡａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｓｅａｒｃｈｏ

4、ｐｔｉｍａｌｆｌｉｇｈｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄｏｎａｓｉｎｇｌｅｆｌｉｇｈｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｔｏｒｅｓｏｌｖｅｍｕｌｔｉ桘ａｉｒｃｒａｆｔｓｃｏｎｆｌｉｃｔ桘ｆｒｅｅｆｌｉｇｈｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｓｔｒａｔｅｇｉｃｐｌａｎ-ｎｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｉｍｅｗｉｎｄｏｗ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｒｅａｌｄａｔａｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｍｅｔｈｏｄ．倡Keywords：ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌ

5、ａｎｎｉｎｇ；３Ｄａｉｒｓｐａｃｅｇｒｉｄ；Ａａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｉｍｅｗｉｎｄｏｗ引言它的做法是牺牲解的搜索空间来获取解的搜索时间，我国是自然灾害多发国家，以地震灾害为例，死亡典型的方法有：最速下降法、部分贪婪算法等，但存在人数占世界地震死亡人数的二分之一以上。导致死亡搜索时间长、收敛速度慢、易陷入局部最优解等问题；人数居高不下的一个主要原因就是灾后救援不及时。第二类是全局优化算法，它以获取全局最优解为目的，［２］在抗灾救援及处置突发事件的各项措施中，航空救援主要的算法有：单源最短路径的Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法、任意［３］具有快速、高效、受地理空间限制少等优势，是世

6、界上两点间最短路径的Ｆｌｏｙｅｄ动态规划算法等，但会出［１］许多国家普遍采用的最有效手段。然而，施救航空现计算时间较长、维数爆炸的现象；第三类是计算机智器在低空复杂的运行环境中，由于受到地形环境、恶劣能方法，包括：遗传算法、禁忌搜索、模拟退火和人工神［４－７］天气、密集飞行等不确定因素的干扰，往往存在安全风经网络以及与模糊数学理论。但是，新的智能算险大、施救效率低和实施不合理等问题。因此合理的法在优化方法和思想理论上还不够完善，有可能得不规划飞行航迹，对于低空应急救援飞行安全和高效就到最优解。已有的研究存在一些问题：１）多数方法解显得尤为重要。决的仅是二维平面内的路径规划问题；２）战斗飞

7、行中在低空救援飞行航迹规划方面，相关研究并不是三维的航迹规划主要使用的是高度修正方法，很少考很多，但是在无人机航迹规划、路径规划等方面，国内虑安全飞行规则和航空器的性能约束；３）多数解决的外学者作了大量的研究。从路径搜索策略上来分析，是单个航空器航迹规划问题，并没有考虑多航空器之可将搜索策略区分为三大类：第一类是局部优化算法，间的飞行冲突问题。因此，本文提出一种基于空域网收稿日期：２０１４－０４－１４修订日期：２０１４－０４－１８基