基于Petri網(wǎng)的航空器運(yùn)行指令篩選方法與推演

吳 昊，湯新民，2+，胡鈺明，陳強(qiáng)超

(1.南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院，江蘇 南京 211000；2.中國(guó)民航大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300300；3.中南民航空管通信網(wǎng)絡(luò)科技有限公司 通信網(wǎng)絡(luò)中心，廣東 廣州 510080；4.中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局 技術(shù)保障中心，廣東 廣州 510080)

0 引 言

對(duì)于機(jī)場(chǎng)管制而言，航空器在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面的運(yùn)行狀態(tài)是基于管制員發(fā)出的航空器運(yùn)行指令進(jìn)行調(diào)整的，而航空器運(yùn)行指令的誤聽(tīng)誤報(bào)是機(jī)場(chǎng)管制及場(chǎng)面滑行中的重要風(fēng)險(xiǎn)，如何避免因指令錯(cuò)誤下達(dá)而造成的安全隱患亟須解決。目前使用的空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的電子進(jìn)程單系統(tǒng)，其中包含著包括飛行計(jì)劃信息、雷達(dá)信息、ACRAS 信息等在內(nèi)的大量的信息[1]，可用于準(zhǔn)確反映管制員的管制程序，且目前航空器運(yùn)行指令的獲取相對(duì)成熟，系統(tǒng)中終端程序可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通訊和同步，包括飛行計(jì)劃表(tab_fpl)和信息更新表(tab_amend)[2]，對(duì)于管制進(jìn)程單指令的分析與推演有助于構(gòu)建以指令為基礎(chǔ)的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)狀態(tài)模型，進(jìn)而提供場(chǎng)面各部分狀態(tài)信息，從而對(duì)場(chǎng)面可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。

目前已有較多針對(duì)電子進(jìn)程單以及航空器運(yùn)行指令推演的研究，許峰[3]基于塔臺(tái)管制模擬系統(tǒng)提出了基于電子進(jìn)程單操作觸發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)提示告警機(jī)制，利用流程圖、類圖和序列圖的描述方式對(duì)管制過(guò)程進(jìn)行了建模；趙文杰等[4]提出電子進(jìn)程單中管制員指令獲取，針對(duì)出港航班、進(jìn)港航班電子進(jìn)程單的操作流程已相對(duì)完備，管制員目前可以采用進(jìn)程單掌握機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面航空器的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)，從而精準(zhǔn)安全地對(duì)場(chǎng)面多個(gè)航空器進(jìn)行感知及控制；潘衛(wèi)軍等[5]使用Petri網(wǎng)方法針對(duì)繁忙機(jī)場(chǎng)的機(jī)坪運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行建模，在將場(chǎng)面涉及到滑行道和機(jī)坪等活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行離散化的同時(shí)，構(gòu)建機(jī)坪全過(guò)程運(yùn)行的基本Petri網(wǎng)模型，但并未涉及電子進(jìn)程單或管制指令的Petri網(wǎng)建模。總而言之，對(duì)航空器運(yùn)行指令進(jìn)行推演及風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)測(cè)的研究相對(duì)較少。

本文利用著色Petri網(wǎng)[6]對(duì)航空器依據(jù)跑道號(hào)的指令并行篩選過(guò)程、航空器起飛或復(fù)飛以及后續(xù)指令過(guò)程、航空器著陸指令過(guò)程及航空器穿越指令過(guò)程仿真，并采用CPN Tools層次網(wǎng)工具驗(yàn)證并開(kāi)發(fā)了上述4個(gè)過(guò)程的模塊，這4個(gè)過(guò)程是基于航空器運(yùn)行指令的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)模型中的基礎(chǔ)，并以此可組合出多種形式的協(xié)同操作過(guò)程，可處理多種復(fù)合場(chǎng)景。這些模塊在過(guò)程仿真建模中可作為功能單元直接應(yīng)用，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)便于系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行。與傳統(tǒng)Petri網(wǎng)相比，利用著色Petri網(wǎng)對(duì)航空器運(yùn)行指令進(jìn)行建模，具有表達(dá)能力強(qiáng)、具備時(shí)間概念及有可視化和建模能力的優(yōu)點(diǎn)[7]。

1 管制進(jìn)程單指令邏輯分析

管制進(jìn)程單中SurfaceState指航空器的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也是管制員給飛行員的指令，管制進(jìn)程單指令與其對(duì)應(yīng)的意義見(jiàn)表1。

表1 管制進(jìn)程單指令及中文解釋

管制進(jìn)程單的基本邏輯由航班進(jìn)離港及滑行穿越移動(dòng)順序所決定，可歸納為4種基本邏輯。

第一種是航空器起飛指令邏輯，航空器起飛指令邏輯為首先滑行至跑道頭排隊(duì)或許可進(jìn)入跑道，然后許可起飛，最后起飛結(jié)束離港或因故取消起飛或中斷起飛并脫離跑道，所涉及指令包括SQE、LUP、TKO、CNL、ABT、VCA、FIN，如圖1所示。

圖1 航空器起飛指令邏輯

第二種是航空器復(fù)飛指令邏輯為首先進(jìn)近或聯(lián)系塔臺(tái)在席位管制狀態(tài)，然后航空器接地并復(fù)飛或復(fù)飛，最后航空器復(fù)飛結(jié)束，所涉及指令包括APP、CNT、T_G、M_A、FIN，如圖2所示。

圖2 航空器復(fù)飛指令邏輯

第三種是航空器進(jìn)港降落及后續(xù)指令邏輯，航空器降落指令首先進(jìn)近或聯(lián)系塔臺(tái)在席位管制狀態(tài)，然后航空器接地或許可落地，最后航空器降落直至滑行結(jié)束，所涉及指令包括APP、CNT、TCH、LND、TAX，如圖3所示。

圖3 航空器進(jìn)港降落及后續(xù)指令邏輯

第四種是航空器穿越滑行指令邏輯，航空器穿越滑行指令首先穿越等待，然后穿越跑道，最后穿越滑行直至滑出跑道，所涉及指令包括CRH、CRS、CRT，如圖4所示。

圖4 航空器穿越滑行指令邏輯

為保證航空器在包括起飛、著陸、復(fù)飛以及穿越在內(nèi)的運(yùn)行安全，通常情況下電子進(jìn)程單的指令邏輯需要滿足以下基本約束：①唯一性約束。每個(gè)航班在同一時(shí)刻收到的進(jìn)程單指令是唯一的，指令對(duì)航空器具有時(shí)間上的獨(dú)占性，航班對(duì)應(yīng)的航空器收到某指令后，在其收到指令后運(yùn)行的一段時(shí)間內(nèi)，不可執(zhí)行其它指令，直到該指令執(zhí)行結(jié)束，航空器才可以接收后續(xù)指令。即不允許航空器在同一時(shí)刻執(zhí)行一條以上的指令。②跑道安全緩沖時(shí)間約束。對(duì)于使用同一跑道起飛、著陸、復(fù)飛或穿越的航空器之間應(yīng)有必要的安全時(shí)間間隔；從進(jìn)程單指令的角度而言，對(duì)于涉及占用跑道的指令，兩架航空器的指令安全時(shí)間間隔是必要的。③機(jī)場(chǎng)滑行道、停機(jī)位、跑道頭等不同空間航空器可占用空間的容量約束。機(jī)場(chǎng)不同空間所容納的航空器數(shù)量是不同的，從進(jìn)程單指令的角度而言，對(duì)于涉及進(jìn)入不同機(jī)場(chǎng)空間的指令，需要考慮已進(jìn)入該空間的航空器數(shù)量的限制。

2 基于Petri網(wǎng)的航空器運(yùn)行指令建模

2.1 單跑道運(yùn)行全過(guò)程基本網(wǎng)

航空器運(yùn)行指令建模是將航空器運(yùn)行指令的推演過(guò)程與航空器運(yùn)行Petri網(wǎng)中的一系列變遷的激發(fā)進(jìn)行映射[4]。通過(guò)航空器運(yùn)行過(guò)程中的管制電子進(jìn)程單獲取航空器運(yùn)行指令I(lǐng)， 航空器運(yùn)行的任一指令為ik且ik∈I， 根據(jù)航空器運(yùn)行Petri網(wǎng)中變遷與庫(kù)所的關(guān)系，自動(dòng)生成相應(yīng)的變遷激發(fā)序列Tm={tn，tn+1，…}。 將航空器運(yùn)行指令分為起飛及復(fù)飛、著陸和穿越3類，并以此將跑道庫(kù)所分為跑道起飛區(qū)域庫(kù)所、跑道著陸區(qū)域庫(kù)所及跑道穿越區(qū)域庫(kù)所，建立著色Petri網(wǎng)模型。為了避免管制員在發(fā)布指令的過(guò)程中引發(fā)的錯(cuò)、忘、漏問(wèn)題，以降低因航空器運(yùn)行指令錯(cuò)誤引起的跑道入侵事件的概率，需要基于航空器運(yùn)行建立跑道運(yùn)行模型。在航空器場(chǎng)面運(yùn)行模型中，利用token來(lái)表示場(chǎng)面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，變遷的使能激發(fā)代表航空器運(yùn)行指令的下發(fā)，token在相應(yīng)庫(kù)所中的逗留時(shí)間代表航空器狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。

跑道運(yùn)行全過(guò)程時(shí)延離散Petri網(wǎng)[8，9]TPN是一個(gè)六元組∑=(P，T；F，M，Γ，Q)；

P={p1，p2，…，pm} 是一個(gè)非空有限庫(kù)所集，其中庫(kù)所P為包括跑道、滑行道、停機(jī)位及進(jìn)近區(qū)域在內(nèi)的典型運(yùn)行單元的時(shí)延庫(kù)所及無(wú)時(shí)延的指令庫(kù)所；

T={t1，t2，…，tn} 是一個(gè)非空有限變遷集，其中T為所有變遷的集合，表示航空器穿越運(yùn)行單位邊界活動(dòng)；P∩T=?；

F?(P×T)∪(T×P) 是流關(guān)系；

2.2 建模實(shí)例

2.2.1 實(shí)例1：航空器起飛或復(fù)飛以及后續(xù)指令

當(dāng)有航空器準(zhǔn)備起飛時(shí)，應(yīng)等待管制員的指令，當(dāng)接到管制員的許可起飛指令(TKO)時(shí)，航空器由跑道頭進(jìn)入跑道，跑道起飛區(qū)域處于占用狀態(tài)；當(dāng)接到管制員的復(fù)飛指令(T_G或M_A)時(shí)，航空器由進(jìn)近到著陸區(qū)域進(jìn)入跑道，跑道起飛區(qū)域處于占用狀態(tài)；后續(xù)收到管制取消起飛指令(CNL)或是中斷起飛指令(ABT)，則航空器依舊在跑道上，保持跑道起飛區(qū)域占用狀態(tài)；出港航班完成起飛狀態(tài)，當(dāng)接到管制員進(jìn)程單結(jié)束指令(FIN)，解除跑道起飛區(qū)域占用狀態(tài)；當(dāng)收到脫離跑道指令(VCA)，航空器進(jìn)入滑行區(qū)域或停機(jī)位區(qū)域，解除跑道起飛區(qū)域占用狀態(tài)。航空器起飛或復(fù)飛以及后續(xù)模型如圖5所示。

圖5 航空器起飛或復(fù)飛以及后續(xù)模型

圖5中庫(kù)所與變遷映射關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 起飛或復(fù)飛指令模型映射關(guān)系

token表示場(chǎng)面移動(dòng)目標(biāo)，變遷T1，T4在AREA與收到相應(yīng)指令的情況下才使能，此時(shí)T1，T4關(guān)聯(lián)T_A或M_A或TKO指令，同理當(dāng)航空器從跑道脫離滑出，此時(shí)T5關(guān)聯(lián)的是VCA指令；當(dāng)出港航班完成起飛，此時(shí)T5關(guān)聯(lián)FIN指令；當(dāng)航空器取消起飛或者中斷起飛，此時(shí)T2關(guān)聯(lián)CNL、ABT指令。

2.2.2 實(shí)例2：航空器著陸指令

當(dāng)有航空器著陸時(shí)，應(yīng)等待航空器運(yùn)行指令發(fā)出著陸指令，當(dāng)接到航空器運(yùn)行降落指令(LND)、接地指令(TCH)時(shí)，航空器將被許可執(zhí)行下一步動(dòng)作。建立如圖6所示的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面航空器著陸模型。

圖6 機(jī)場(chǎng)航空器著陸模型

圖6中庫(kù)所與變遷映射關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 著陸指令模型映射關(guān)系

當(dāng)進(jìn)近到著陸之間的區(qū)域(AREA)內(nèi)有飛機(jī)準(zhǔn)備降落，T6的使能需要在AREA和收到航空器運(yùn)行指令LND或TCH情況下同時(shí)使能，此時(shí)T6關(guān)聯(lián)LND或TCH指令；當(dāng)跑道著陸區(qū)域(RWY-L)內(nèi)有飛機(jī)準(zhǔn)備滑出跑道進(jìn)入滑行區(qū)域或停機(jī)位區(qū)域(AREA1)，T7的使能需要在(RWY-L)和收到航空器運(yùn)行指令TAX情況下同時(shí)使能，此時(shí)T7關(guān)聯(lián)TAX指令，由此對(duì)于管制員的指令進(jìn)行預(yù)演。

2.2.3 實(shí)例3：航空器穿越指令

當(dāng)有航空器穿越時(shí)，應(yīng)等待管制員的指令，當(dāng)接到管制員的穿越等待(CRH)指令時(shí)，航空器將進(jìn)入滑行道區(qū)域；當(dāng)接到管制員穿越跑道(CRS)指令后進(jìn)入跑道的穿越區(qū)域；當(dāng)接到管制員穿越滑行的指令后進(jìn)入滑行區(qū)域或停機(jī)位區(qū)域。建立如圖7所示的機(jī)場(chǎng)航空器穿越模型。

圖7 機(jī)場(chǎng)航空器穿越模型

圖7中庫(kù)所與變遷映射關(guān)系見(jiàn)表4。

表4 穿越指令模型映射關(guān)系

當(dāng)滑行區(qū)域或停機(jī)位區(qū)域(AREA1)內(nèi)有飛機(jī)穿越等待，變遷CRH的使能需要同時(shí)在AREA1存在token和收到航空器運(yùn)行指令CRH情況下使能，此時(shí)變遷CRH關(guān)聯(lián)CRH指令；當(dāng)待穿越的滑行道(TWY)有飛機(jī)穿越跑道，變遷CRS的使能需要同時(shí)在TWY存在token和收到航空器運(yùn)行指令CRS情況下使能；當(dāng)待跑道穿越區(qū)域(RWY-C)有飛機(jī)結(jié)束穿越跑道，變遷CRT的使能需要同時(shí)在RWY-C存在token和收到航空器運(yùn)行指令CRS情況下使能。

3 基于著色Petri網(wǎng)的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)篩選模型

基于電子進(jìn)程單的航空器運(yùn)行指令的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)系統(tǒng)是典型的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，采用著色Petri網(wǎng)對(duì)航空器依據(jù)跑道號(hào)的指令并行篩選過(guò)程，航空器起飛或復(fù)飛以及后續(xù)指令過(guò)程，航空器著陸指令過(guò)程及航空器穿越指令過(guò)程，并依托著色Petri網(wǎng)層次化結(jié)構(gòu)，對(duì)上述過(guò)程模塊整合后的機(jī)場(chǎng)可穿越場(chǎng)面活動(dòng)模型進(jìn)行整體上的篩選過(guò)程模擬。

3.1 航空器多跑道篩選著色Petri網(wǎng)模型

圖8為航空器依據(jù)跑道號(hào)的指令并行篩選過(guò)程著色petri網(wǎng)圖，其中數(shù)據(jù)包括航班計(jì)劃ID號(hào)n1、航班呼號(hào)n2、跑道號(hào)n3、航空器運(yùn)行狀態(tài)n4，按照模塊化的方式將航空器按照跑道號(hào)分類處理。

圖8 航空器依據(jù)跑道號(hào)的指令并行篩選過(guò)程著色petri網(wǎng)

3.2 航空器多跑道篩選著色Petri網(wǎng)模型參數(shù)設(shè)置

圖9是利用CPN Tools建模過(guò)程中部分顏色集、變量集以及函數(shù)的定義，本文中涉及的航空器目標(biāo)屬性包括航空器識(shí)別號(hào)(flightplanID)、航班呼號(hào)(callsign)、跑道號(hào)(runway)，聲明航空器目標(biāo)信息的變量類型為 aircrafts，由3個(gè)變量復(fù)合而成，其中航空器識(shí)別號(hào)、航班呼號(hào)、跑道號(hào)均為字符串類型數(shù)據(jù)；航空器接收航空器運(yùn)行指令后，航空器目標(biāo)信息的變量類型為aircrafts_surfacestate，該變量由aircrafts與航空器場(chǎng)面狀態(tài)(surfacestate)復(fù)合而成，其中航空器場(chǎng)面狀態(tài)為字符串類型數(shù)據(jù)；本文中aircrafts與aircrafts_surfacestate均是涉及時(shí)間，故顏色集采用的定義方式為

圖9 建模過(guò)程中部分顏色集、變量集及函數(shù)

colsetaircrafts=productflightplanID*

callsign*runwaytimed

colsetaircrafts_surfacestate=productaircrafts*

surfacestatetimed；

3.3 整體機(jī)場(chǎng)可穿越著色petri網(wǎng)模型構(gòu)建

圖10為整體機(jī)場(chǎng)可穿越模型著色Petri網(wǎng)模型，也是以該機(jī)場(chǎng)單跑道為例使用著色Petri網(wǎng)模型建立可穿越場(chǎng)面活動(dòng)模型，該模型在圖5航空器起飛或復(fù)飛以及后續(xù)指令過(guò)程著色petri網(wǎng)圖、圖6航空器著陸指令過(guò)程著色petri網(wǎng)圖、圖7航空器穿越指令過(guò)程著色petri網(wǎng)圖基礎(chǔ)上構(gòu)建整體機(jī)場(chǎng)可穿越模型著色petri網(wǎng)模型，可對(duì)機(jī)場(chǎng)整體態(tài)勢(shì)進(jìn)行感知和多模塊下的協(xié)同融合操作，同時(shí)將所涉及的指令唯一使用，保證了庫(kù)所和變遷的一一映射關(guān)系。

圖10 整體機(jī)場(chǎng)可穿越模型著色petri網(wǎng)

3.4 航空器運(yùn)行指令風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型的構(gòu)建

針對(duì)復(fù)雜的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面綜合態(tài)勢(shì)，感知態(tài)勢(shì)后保障機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面的安全有序是必要的，而場(chǎng)面目前態(tài)勢(shì)與指令發(fā)出后場(chǎng)面態(tài)勢(shì)的變化是航空器運(yùn)行指令風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型構(gòu)建的重點(diǎn)。本文在基于整體機(jī)場(chǎng)可穿越著色petri網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上定義跑道狀態(tài)來(lái)反映指令發(fā)出后場(chǎng)面態(tài)勢(shì)的變化，從而對(duì)指令發(fā)出后可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。

本文將跑道狀態(tài)(u)分為空閑狀態(tài)，占用狀態(tài)以及沖突狀態(tài)，根據(jù)跑道起飛區(qū)域、跑道著陸區(qū)域、跑道穿越區(qū)域的庫(kù)所是否有token來(lái)區(qū)分不同的跑道狀態(tài)，當(dāng)跑道起飛區(qū)域、跑道著陸區(qū)域、跑道穿越區(qū)域均無(wú)token，則跑道處于空閑狀態(tài)；當(dāng)跑道起飛區(qū)域、跑道著陸區(qū)域、跑道穿越區(qū)域有且僅有一個(gè)區(qū)域存在token，則跑道處于占用狀態(tài)；當(dāng)跑道起飛區(qū)域、跑道著陸區(qū)域、跑道穿越區(qū)域任意兩個(gè)及兩個(gè)以上區(qū)域存在token，則跑道處于沖突狀態(tài)。定義跑道的空閑狀態(tài)為u=0，跑道的占用狀態(tài)為u=1，跑道的沖突狀態(tài)為u=2，則跑道狀態(tài)u滿足式(1)

2，else

(1)

根據(jù)跑道狀態(tài)的定義，指令發(fā)出后導(dǎo)致跑道狀態(tài)變?yōu)榭臻e狀態(tài)或占用狀態(tài)則不會(huì)導(dǎo)致模型的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，而指令發(fā)出后導(dǎo)致跑道狀態(tài)變?yōu)闆_突狀態(tài)則會(huì)觸發(fā)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，而觸發(fā)條件在定義中已給出，管制人員可在風(fēng)險(xiǎn)觸發(fā)后通過(guò)指令的撤銷或下達(dá)其它航空器運(yùn)行指令，從而改變跑道狀態(tài)使得場(chǎng)面態(tài)勢(shì)變化，以解除場(chǎng)面的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

4 航空器運(yùn)行指令推演實(shí)例分析

根據(jù)第3章著色Petri網(wǎng)的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)篩選模型及3.4節(jié)航空器運(yùn)行指令風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型中跑道狀態(tài)的定義對(duì)航空器運(yùn)行指令進(jìn)行推演，文中涉及航空器運(yùn)行指令相應(yīng)庫(kù)所中的逗留時(shí)間即航狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間滿足對(duì)數(shù)正態(tài)分布，則圖5、圖6、圖7中各時(shí)延庫(kù)所時(shí)間延時(shí)的對(duì)數(shù)正態(tài)分布參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 模型中token在不同控制庫(kù)所激發(fā)時(shí)的逗留時(shí)間設(shè)定

采用CPN Tools工具對(duì)建立的CTPN模型進(jìn)行仿真和驗(yàn)證。仿真過(guò)程使用的航空器信息流包括：

1`(("flightplanID01","callsign01","19"))++1`(("flightplanID02","callsign02","19"))++

1`(("flightplanID03","callsign03","19"))++1`(("flightplanID04","callsign04","19"))++

1`(("flightplanID05","callsign05","19"))++1`(("flightplanID06","callsign06","19"))++

1`(("flightplanID07","callsign07","19"))++1`(("flightplanID08","callsign08","19"))++

1`(("flightplanID09","callsign09","19"))++1`(("flightplanID10","callsign10","19"))

根據(jù)模型定義，這10個(gè)航空器信息分別代表航空器識(shí)別號(hào)01至10，航班呼號(hào)01至10，跑道號(hào)19，模型仿真結(jié)果反映出航空器運(yùn)行指令的激發(fā)導(dǎo)致19號(hào)跑道狀態(tài)持續(xù)時(shí)間關(guān)系的時(shí)序邏輯圖，如圖11所示。

根據(jù)上文中跑道狀態(tài)u的定義，圖11為其中兩次模擬的跑道狀態(tài)時(shí)序邏輯圖，圖11(a)模擬結(jié)果顯示第6分鐘到第9分鐘，第14分鐘到第17分鐘，第18分鐘到第32分鐘跑道由于航空器運(yùn)行指令的激發(fā)保持占用狀態(tài)；第17分鐘到第18分鐘由于航空器運(yùn)行指令的激發(fā)導(dǎo)致跑道的多個(gè)區(qū)域都存在航空器運(yùn)行，跑道為沖突狀態(tài)；而其余時(shí)間跑道均為空閑狀態(tài)，圖11(b)模擬結(jié)果顯示第5分鐘到第9分鐘，第12分鐘到第20分鐘仿真結(jié)果跑道由于航空器運(yùn)行指令的激發(fā)保持占用狀態(tài)，其余時(shí)間跑道均為空閑狀態(tài)。根據(jù)航空器運(yùn)行指令風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型對(duì)圖11跑道狀態(tài)時(shí)序邏輯圖的分析，圖11(a)中第17分鐘前跑道狀態(tài)正常，場(chǎng)面不存在風(fēng)險(xiǎn)第17分鐘時(shí)跑道狀態(tài)發(fā)生變化，跑道變?yōu)闆_突狀態(tài)，航空器運(yùn)行指令風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警觸發(fā)，跑道的沖突狀態(tài)持續(xù)1分鐘，隨后跑道狀態(tài)正常，場(chǎng)面態(tài)勢(shì)恢復(fù)正常，通過(guò)該時(shí)序圖可知該次仿真跑道狀態(tài)及場(chǎng)面態(tài)勢(shì)正常概率達(dá)到97.14%，圖11(b)中在改變航空器運(yùn)行指令發(fā)出的順序后跑道狀態(tài)及場(chǎng)面態(tài)勢(shì)正常概率達(dá)到100%，未出現(xiàn)指令風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。模擬結(jié)果顯示航空器運(yùn)行指令的不同順序以及下達(dá)時(shí)間的不同會(huì)導(dǎo)致跑道的不同狀態(tài)，對(duì)跑道狀態(tài)是否產(chǎn)生沖突產(chǎn)生影響，航空器運(yùn)行指令的推演可對(duì)跑道潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估與預(yù)測(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用具有較強(qiáng)表達(dá)能力和可視化強(qiáng)特點(diǎn)的著色 Petri 網(wǎng)對(duì)電子進(jìn)程單系統(tǒng)中的航空器運(yùn)行指令進(jìn)行建模，從航空器依據(jù)跑道號(hào)的指令并行篩選，航空器起飛或復(fù)飛以及后續(xù)指令，航空器著陸指令及航空器穿越指令建立異步并發(fā)模型，能夠直觀地模擬航空器場(chǎng)面運(yùn)行狀態(tài)及場(chǎng)面各部分使用狀態(tài)以及狀態(tài)變化，并通過(guò)指令風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型對(duì)跑道狀態(tài)時(shí)序邏輯進(jìn)行分析，得到場(chǎng)面態(tài)勢(shì)在指令時(shí)序改變后的正常概率變化，為管制人員提供了對(duì)航空器及場(chǎng)面狀態(tài)分析新的視角和有效的手段。