基于“兩步法”的飛行沖突解脫問題求解策略①

溫 乾 陳偉鋒

(浙江工業大學信息工程學院 杭州 310023)

0 引 言

隨著全球航空業的快速發展，空域資源緊缺與空中交通擁堵的現象日益嚴重。為應對交通流量的持續增長、提高航空飛行安全水平、減少航班延誤等問題，空中交通管理(air traffic management,ATM)系統性能亟待提升。為了提高空中交通的安全管理和運行效率，一系列空中管制自動化方法與智能化優化方法成為空中交通管理領域的研究重點[1]，其中之一就是飛行器沖突檢測和解決[2](collision detection and resolution, CDR)。

關于CDR問題的數學優化方法，Kuchar和Yang[3]以及Campo和Javier[4]對沖突檢測方法、沖突解脫方法以及沖突的管理等問題都進行了闡述。沖突解脫方法有基于Meng和Qi[5]提出的進化算法和Gao等人[6]提出的遺傳算法等元啟發式方法，以及數學模型、動態規劃方面的方法。其中，Pallottino等人[7]建立了2維平面空間中的飛行沖突解脫模型，使用混合整數規劃方法求解，存在求解時間長、部分問題無法求解的情況。Christodoulou等人[8]建立了3維空域下的飛行沖突解脫模型，使用混合整數非線性規劃方法，求解時間較長，沖突解脫效率較低。Alonso-Ayuso等人[9]提出了一種基于改變飛行速度和飛行高度的混合整數線性規劃模型，此模型只適合部分沖突問題，部分沖突情況無法使用此方法解決，例如“頭對頭”沖突等。Alonso-Ayuso等人[10]提出混合整數非線性規劃模型，建立速度隨時間變化的模型，非線性模型復雜度高，規模大，求解較慢，并且針對此模型當時最先進的混合整數非線性規劃求解器還無法解決這類大規模問題，降低了求解效率，增加了求解難度。……