一种基于航班与流量协同环境的飞行计划规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于航班与流量协同环境的飞行计划规划方法，属于空中交通规划技术领域，面向未来基于绩效的航班运行环境，立足于起飞前FF

【技术实现步骤摘要】
一种基于航班与流量协同环境的飞行计划规划方法


[0001]本专利技术属于空中交通规划
，具体涉及一种基于航班与流量协同环境的飞行计划规划方法。

技术介绍

[0002]随着航空运输业的蓬勃发展，空域拥挤、航班延误以及航班冲突等问题亟待解决。公告号为CN110322078B和CN 109726917B的中国专利分别针对航班的调度、航班流量的控制进行了研究。
[0003]在航空运输业的发展过程中，空中交通管理系统积累了诸多复杂且不同的航班与流量协同信息。在航班与流量协同环境（Flight and Flow Information for a Collaborative Environment,FF
‑
ICE）下，航班与流量协同信息中的飞行信息在空中交通的参与方之间进行交互、共享，为提升航班运行能力提供了帮助。
[0004]然而，在利用航班与流量协同环境提升航班运行能力时存在以下难点：（1）每个时段的空域容量有限，在航班数量不断增加的情况下航班与航班之间的飞行计划的规划存在竞争性，以往飞行计划的“先到先服务”规划方式无法满足空中交通规划效益的最大化。（2）当原航班飞行计划根据规划方法发生改变时，无法对航班飞行计划的修改方案同时处理，在面对实时大批量航班飞行计划规划时将会面临更大的工作负担，降低工作效率。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于航班与流量协同环境的航班飞行计划规划方法，解决了现有技术中空中交通规划效益和工作效率低的问题。
[0006]本专利技术提供了一种基于航班与流量协同环境的飞行计划规划方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、建立航路网络G；G={V,E}；其中，V为航路网络中航路点的集合，V={v
w
}，w=1,2,
…
,W，W为航路点的总数；E为航路网络中航路的集合，E={e
s
}，s=1,2,
…
,S，S为航路网络中的航路总数；S2、基于航班与流量协同环境获取航路拥堵点并生成拥堵航路；基于航路拥堵点和拥堵航路获得航路网络的排序航路集合；基于航班初始飞行计划和排序航路集合获得排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP，HFP∈{hfp
i
}，i=1,2,
…
,S；其中，每条排序航路对应的初始飞行计划hfp
i
包括该条排序航路所包含的航班初始飞行计划数量x
i
和该条排序航路包含的拥堵航路点数量num
hi
；S3、在航班与流量协同环境下基于顺序投放机制和竞争投放机制对航班初始飞行计划进行评估获得审批结果；S31、合并排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP中含有相等拥堵航路点数量的航路，由含有相等拥堵航路点数量的多个航路构成对应待评估航路集；
S32、对于排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP中没有相等拥堵航路点数量的航路，由该航路构成对应待评估航路集；S33、基于排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP中航路的顺序，及步骤S31和步骤S32的待评估航路集获得最终待评估航路集合P
’
，P
’
={p
j
’
}，j=1,2,
…
,J，J≤S，J为最终待审批航路的总数量；S34、基于顺序投放机制和竞争投放机制，按最终待评估航路集合P
’
中的最终待评估航路的排序对各个最终待评估航路包含的航班初始飞行计划进行顺序评估，获得审批结果。
[0007]可选地，步骤S2中获取航路拥堵点的具体步骤如下：在航班与流量协同环境下，基于航路网络获得航班初始飞行计划以及航班流量和空中管制信息并形成集成数据；基于集成数据中的航班初始飞行计划中预飞越的航路的初始时空位置和经过的对应航路中各航路点的航路点容量和航路点流量，获得对应航路中的拥堵航路点；其中，根据专家经验从航路网络中筛选大于或等于拥堵阈值的航路点作为可信航路点；利用信任指数排序算法获取航路网络中可信航路点和其他航路点的信任指数值，对信任指数值大于或等于信任指数阈值的航路点按照信任指数值的大小进行降序排列，获得拥堵航路点集合H={h
r
}，r=1,2,
…
,R，R≤W，R为拥堵航路点的总数量。
[0008]可选地，步骤S2中生成拥堵航路时，基于获得的拥堵航路点集合生成拥堵航路排序集合的具体步骤如下：航路网络中含有拥堵航路点集合H中的航路点的航路为拥堵航路，统计每条拥堵航路含有的拥堵航路点数量，按每条拥堵航路含有的拥堵航路点信任指数值总和大小对所有拥堵航路进行降次排序，获得拥堵航路集合HP。
[0009]可选地，步骤S2中基于航班初始飞行计划和排序航路集合获得排序航路对应的初始飞行计划子集合的具体步骤如下：航路网络中不拥堵的航路为正常航路，所有正常航路组成正常航路集合P
正常
；将拥堵航路集合HP和正常航路集合P
正常
按其含有的航路点拥堵信任指数值总和大小进行拥堵程度的降序排列，获得航路网络的排序航路集合P，P={p
i
}；基于所有航班初始飞行计划，为航路网络的排序航路集中每条排序航路对应分配航班初始飞行计划，获得排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP。
[0010]可选地，步骤S33中基于排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP中航路的顺序，及步骤31和步骤32的待评估航路集获得最终待评估航路集合的具体步骤如下：如果待评估航路集的航路中含有相同拥堵航路点，将对应的航路中的航班初始飞行计划随机排序后获得该航路的新航路子集FP
inew
；按新航路子集FP
inew
中的航路顺序对相应的航班初始飞行计划进行依次评估；如果待评估航路集的航路中不含有相同的拥堵航路点，该待评估航路集不作改变获得新航路子集FP
inew
；按新航路子集FP
inew
中的航路顺序对相应的航班初始飞行计划进行依次审批；基于含有相同拥堵航路点和不含有相同的拥堵航路点获得的新航路子集获得最终待评估航路集合P
’
。
[0011]可选地，步骤S34中的顺序投放机制和竞争投放机制为：按照原顺序对第k条最终待评估航路中的所有航班初始飞行计划和第k
‑
1条预改航的航班初始飞行计划fp
change，k
‑1中的所有预改航的航班初始飞行计划进行顺序排列，获得投放航班初始飞行计划集合FP；建立顺序投放机制：当最终待评估航路集合中的第k条最终待评估航路分配的航班初始飞行计划的数量x
k
与第k
‑
1条最终待评估航路p
k
‑1’
的预改航的航班初始飞行计划fp
change，k
‑1的总数x
change，k
‑1之和小于或等于该最终待评估航路的航路点容量c
k
，k=1,2,
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于航班与流量协同环境的飞行计划规划方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、建立航路网络G；G={V,E}；其中，V为航路网络中航路点的集合，V={v
w
}，w=1,2,
…
,W，W为航路点的总数；E为航路网络中航路的集合，E={e
s
}，s=1,2,
…
,S，S为航路网络中的航路总数；S2、基于航班与流量协同环境获取航路拥堵点并生成拥堵航路；基于航路拥堵点和拥堵航路获得航路网络的排序航路集合；基于航班初始飞行计划和排序航路集合获得排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP，HFP={hfp
i
}，i=1,2,
…
,S；其中，每条排序航路对应的初始飞行计划hfp
i
包括该条排序航路所包含的航班初始飞行计划数量x
i
和该条排序航路包含的拥堵航路点数量num
hi
；S3、在航班与流量协同环境下基于顺序投放机制和竞争投放机制对航班初始飞行计划进行评估获得审批结果；S31、合并排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP中含有相等拥堵航路点数量的航路，由含有相等拥堵航路点数量的多个航路构成对应待评估航路集；S32、对于排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP中没有相等拥堵航路点数量的航路，由该航路构成对应待评估航路集；S33、基于排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP中航路的顺序，及步骤S31和步骤S32的待评估航路集获得最终待评估航路集合P
’
，P
’
={p
j
’
}，j=1,2,
…
,J，J≤S，J为最终待审批航路的总数量；S34、基于顺序投放机制和竞争投放机制，按最终待评估航路集合P
’
中的最终待评估航路的排序对各个最终待评估航路包含的航班初始飞行计划进行顺序评估，获得审批结果。2.根据权利要求1所述的飞行计划规划方法，其特征在于，步骤S2中获取航路拥堵点的具体步骤如下：在航班与流量协同环境下，基于航路网络获得航班初始飞行计划以及航班流量和空中管制信息并形成集成数据；基于集成数据中的航班初始飞行计划中预飞越的航路的初始时空位置和经过的对应航路中各航路点的航路点容量和航路点流量，获得对应航路中的拥堵航路点；其中，根据专家经验从航路网络中筛选大于或等于拥堵阈值的航路点作为可信航路点；利用信任指数排序算法获取航路网络中可信航路点和其他航路点的信任指数值，对信任指数值大于或等于信任指数阈值的航路点按照信任指数值的大小进行降序排列，获得拥堵航路点集合H={h
r
}，r=1,2,
…
,R，R≤W，R为拥堵航路点的总数量。3.根据权利要求2所述的飞行计划规划方法，其特征在于，步骤S2中生成拥堵航路时，基于获得的拥堵航路点集合生成拥堵航路排序集合的具体步骤如下：航路网络中含有拥堵航路点集合H中的航路点的航路为拥堵航路，统计每条拥堵航路含有的拥堵航路点数量，按每条拥堵航路含有的拥堵航路点信任指数值总和大小对所有拥堵航路进行降次排序，获得拥堵航路集合HP。4.根据权利要求3所述的飞行计划规划方法，其特征在于，步骤S2中基于航班初始飞行
计划和排序航路集合获得排序航路对应的初始飞行计划子集合的具体步骤如下：航路网络中不拥堵的航路为正常航路，所有正常航路组成正常航路集合P
正常
；将拥堵航路集合HP和正常航路集合P
正常
按其含有的航路点拥堵信任指数值总和大小进行拥堵程度的降序排列，获得航路网络的排序航路集合P，P∈{p
i
}；基于所有航班初始飞行计划，为航路网络的排序航路集中每条排序航路对应分配航班初始飞行计划，获得排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP。5.根据权利要求1所述的飞行计划规划方法，其特征在于，步骤S33中基于排序航路对应的初始飞行计划子集合HFP中航路的顺序，及步骤31和步骤32的待评估航路集获得最终待评估航路集合的具体步骤如下：如果待评估航路集的航路中含有相同拥堵航路点，将对应的航路中的航班初始飞行计划随机排序后获得该航路的新航路子集FP
inew
；按新航路子集FP
inew
中的航路顺序对相应的航班初始飞行计划进行依次评估；如果待评估航路集的航路中不含有相同的拥堵航路点，该待评估航路集不作改变获得新航路子集FP
inew
；按新航路子集FP
inew
中的航路顺序对相应的航班初始飞行计划进行依次审批；基于含有相同拥堵航路点和不含有相同的拥堵航路点获得的新航路子集获得最终待评估航路集合P
’
。6.根据权利要求1所述的飞行计划规划方法，其特征在于，步骤S34中的顺序投放机制和竞争投放机制为：按照原顺序对第k条最终待评估航路中的所有航班初始飞行计划和第k
‑
1条预改航的航班初始飞行计划fp
change，k
‑1中的所有预改航的航班初始飞行计划进行顺序排列，获得投放航班初始飞行计划集合FP；建立顺序投放机制：当最终待评估航路集合中的第k条最终待评估航路分配的航班初始飞行计划的数量x
k
与第k
‑
1条最终待评估航路p
k
‑1’
的预改航的航班初始飞行计划fp
change，k
‑1的总数x
change，k
‑1之和小于或等于该最终待评估航路的航路点容量c
k
，k=1,2,
…
,K，K为最终待评估航路集合中的最终待评估航路的总条数，即x
k
+x
change，k
‑1≤c
k
时，顺序投放投放航班初始飞行计划集合FP中的航班初始飞行计划；将该航路包含的所有航班初始飞行计划评估为接受；建立竞争投放机制：当最终待评估航路集合中的第k条最终待评估航路分配的航班初始飞行计划的数量x
k
与第k
‑
1条最终待评估航路p
k
‑1’
的预改航的航班初始飞行计划fp
change，k
‑1的总数x
change，k
‑1之和大于该最终待评估航路的航路点容量c
k

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡开泉，杨杨，王玥婧妍，李炜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：