基于多Agent空中交通流量管理系統的體系結構初探

俞鷗翔

【摘 要】空中流量管理系統是一個十分龐大的信息系統，通過多agent信息建模的方式能夠實現系統結構的高效化和職能化，最終達到建設智能管理系統的目的。本文在對當前階段的空中交通流量管理進行研究后，首先通過模型建立的方式形成了多agent系統結構的組織形式，隨后依據該組織結構對空中交通流量管理的工作方法進行了深入探究，從而形成完善的空中管理系統體系結構。

【關鍵詞】agent系統結構；空中交通流量管理；智能管理系統；體系結構

一、前言

在當前的技術環境之中，空中流量管理系統的組織方式主要分為兩級流量管理和三級流量管理，這兩種管理形式應用最為普及，但是問題也十分明顯。二者在管理過程中都存在管理單位同層級缺少交流的問題，在進行管理時，由于流量管控問題，往往需要提交到上一層的管理單位進行解決。而提交過程中，管理單位協作量增大，就會導致傳遞線路延長出現誤傳，造成決策失誤。因此在空中交通流量管理中應當建設新的管理系統結構。

二、建立多agent模型組織結構

（一）建立管理模型

空中流量管理部門所建立的多agent工作主要的管理內容應當集中在區域內部的飛行狀態以及飛行計劃之中。在處理問題時則應當面對擁堵問題進行首先分析，并依據FCFS先到先服務原則，對擁堵航路進行宏觀調配策略的制定。在完成制定后需要將方案發送至航空公司，航空公司再依據實際情況進行實時更新，并將空域動態信息和更新方案發布到其他航空公司。因此這種多agent系統內部需要具備監視功能和宏觀策略分析功能。

本文依據以上要求，對空中流量管理agent系統進行了建模。首先在模型當中確定了運行目標模塊。多agent交互航路當中，管理系統需要進行協同作業，因此在管理系統模型內部應當具有實時采集區、宏觀調配策略區以及動態信息區。其中實時采集區是指系統通過信息采集設備，對區域內的飛行計劃、雷達、氣象情報等重要信息進行采集，隨后將數據信息導入到宏觀調配策略區形成調配策略，最終及時更新空域動態；隨后，根據空中交通流量管理的工作要求，設置具體的功能模塊。本文在進行功能模塊設置時，將多agent協同作業進行了詳細區分，最終形成了通信模塊、監視模塊以及策略模塊三個部分。其中，通信模塊主要負責通信交互功能。在系統內部，航空公司需要與agent進行實時的信息交流，并形成動態信息共享。在該模塊內，航空公司與agent所完成的交互信息應當分為運行數據信息和協同數據信息兩個種類，前者主要是對飛行計劃、雷達數據以及實時空域信息的采集獲取，而后者則是宏觀調配策略中提交的運行方案數據。監視模塊是系統內部的數采模塊，在該模塊中，系統需要通過指令對實施數據、動態數據進行融合，并形成對當前階段空域當中的交通流情況、短期內交通流變化情況進行分析和預測能力，最終達到航路容量、航路流量相互匹配的態勢，為宏觀調控策略提供支持。策略模塊主要是由航空公司運控中心負責，通過agent系統所獲取到的擁堵航路狀態分析報告，了解當前空域航路中容流匹配情況，進行決策，選擇適宜的方案策略，進行調控。

（二）組織形式設計

在組織形式方面，本文首先進行了中央管理中心結構的設計。中央管理中心agent的功能集中在對飛行流量監測以及空域結構變化監測方面，在系統構成中，本文以決策模塊為主要依托進行了人機交互設計[1]。人機交互與決策模塊相互連接，并能夠對解決方案知識數據庫的相關數據進行直接調用，在完成調用后，依據通信模塊將所完成的決策方案進行指令輸送，送達至航空公司。

隨后，本文還依據區域流量管理的要求和特征，建立了agent管理控制中心，這一管控中心主要在中央交通管理中心的指令下進行工作，需要面對的工作內容為監視當前空域之中的流量和容量，并對下一層級的單位進行指揮和協調。在功能行使方面，區域流量管控中心與監視模塊進行配合，并完成多agent之間的相互協調，最終達到流量平穩的目的。

對于上述管控中心的管理方向，本文又設置了區域劃分方案，將空域流量管理所在的區域進行了agent子區域的設置，子區域管控的目的在于對當前區域的流量執行情況進行分析和數據獲取。在工作過程中，機場agent、塔臺agent以及航空公司agent對空域內的信息資源進行獲取，并進行分析，隨后將分析結果傳輸至結果集成器當中，并由集成器進行發送。子區域管控系統中的系統檢測器會優先對結果分析進行檢測再由學習器將其因導致協作模塊，與通信模塊保持交流，最終形成子區域的控制決策方案。

三、工作方法探究

（一）仿真實驗

多agent協同空中交通流量管理體系的仿真實驗需要通過設定的參數環境來開展，仿真流程主要由幾個步驟來完成。首先，對真實情況下的系統運行參數進行初始化，其中重點參數如仿真時間、航空器類型及數量、扇區長度、閾值間隔等，都是重點參數對象；隨后，系統需要對空域內的航空器隊列一和隊列二進行參數初始化，兩組航空器隊列參數包含有航路進入時間、航空器初始速度及位置、航空器高度和初始間隔等。這部分內容為動態參數；之后，由系統開展仿真航空器的檢查，檢查內容集中在航空器在航路中當前時態的飛出狀態，已經飛出則可以結束仿真，表明完成管控，未能飛出則需要繼續進行仿真；在確認未能飛出后，agent系統應當對航空器基本信息進行快速的實時更新，更新對象集中在航空器狀態信息之上，包含有速度、高度、位置以及發動機推力等；此后，再進行航空器平均速度、速度差的計算，保證航路狀態能夠維持實時更新；最后，仿真agent系統還需要對兩組隊列的轉移情況進行獲取，并完成仿真時間的系統更新，再對是否飛出航路進行檢測，構成系統循環[2]。

（二）實際工作方式

中央流量管理中心agent的主要工作對象是全國航空區域，在管理過程中，中央流量管理中心需要與區域流量管控agent保持聯系，并進行實時接收區域流量管控agent的信息數據。中央agent再根據獲取到的數據信息對其控制策略進行權衡，最后依據具體的衡量指標和生成的優化方案對其進行控制指令的發送。區域流量管控agent在接收到中央agent的指令后需要無條件執行，在完成執行后，將方案執行效果回饋至中央agent中心當中。流量管理人員則通過人機交互界面對管控網絡進行全面控制。這種區域劃分和層級之間的交互方式是對于傳統空中交通流量管理體系的一種繼承，在當前的空中交通流量管理當中，各個層級系統之間通過合理運用agent系統的多層級協調，能夠使空中交通流量管理方案與具體的空域航空器交通問題保持一致性，從而從根本上避免了因數據量巨大、傳輸手段落后所帶來的各種誤傳問題，最終達到提升空中交通流量管控能力和管控效率的目的。

四、結論

綜上所述，在目前的空中交通流量管理體系當中，通過建設多agent系統的方式，能夠實行多層級的管控能力覆蓋，不同層級之間通過信息交流和數據庫內容調用的方式，形成空中流量的管控方案，最終達到對空域內部擁堵航空器的調配和疏導的目的，提升空域內的流通能力。

【參考文獻】

[1]茆美琴，金鵬，奚媛媛等.基于多因子和合同網協調機制的微網多Agent混和能量管理方法[J].中國電機工程學報，2014，34（31）：5542-5552.

[2]王亮.空中交通流量管理系統效果評估指標分析[J].物聯網技術，2012，2（09）：69-71+75.