一种关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法

本发明涉及路径优化，具体是涉及一种关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法。

背景技术：

1、民航作为国家经济的重要基础设施之一，承担着大量的国内和国际运输任务。随着航空业的不断发展，国内外航空旅客不断增加，每年出行率呈稳步上升的趋势。然而，机场滑行过程中的拥堵、延误和冲突问题对航班的准时性和整体运行效率产生了负面影响。随着航空交通运输量的增加，机场跑道和滑行道资源有限，飞机在滑行过程中可能需要等待、排队或改变滑行路径，导致滑行路径拥堵，延误次数和延误时间增加，甚至可能引发滑行过程中的冲突。

2、目前，传统的a*算法不能直接应用于飞机滑行的情景中，因为其未考虑飞机滑行中可能发生的冲突，滑行道的时间窗范围，转弯过程中的最大转向角，飞机的滑行速度等因素，难以满足实际飞机滑行规则及滑行安全性的需求。

3、机场场面滑行仿真推演通过计算机的模拟优化滑行路径，一方面有助于确保飞机在滑行过程中的安全，另一方面，通过合理规划滑行路径，可以使飞机滑行期间保持安全间隔，降低冲突发生的概率，保障机场内的人员和设备安全，还可以提高机场的运行效率，减少飞机滑行和等待的时间，降低航班延误的可能性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，以解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，包括以下步骤：

4、步骤一：在算法中输入机场滑行道有向图g=（v，e），在有向图g中表示出机场布局，记open集合为未被探索过的节点集合，记costs集合为存储起始点start到节点n的路径总成本，记g-op集合用来存储待探索的节点，记g-cl集合用来存储已经被探索并评估过的节点；

5、步骤二：将n记为滑入滑行道的飞机可选择滑行的节点，且n点对应的方案为（n，，），将n点对应的节点从g-op集合移入g-cl集合，同时删除open集合中n点对应的方案，不断重复搜寻open里是否存在下一个可以替换的节点；

6、步骤三：当n已经取到目标节点时，记录下n点对应的成本放入集合costs，删除open集合中成本高于当前路径的节点，当open集合中已经没有可探索的点时，从探索到的终点反向回溯到起点，从而确定该条路径，通过路径信息构建路径模型；

7、步骤四：若n不是当前飞机的目标节点，对于与节点n相连的路径线段，我们要检查飞机的转向角是否大于等于90°，如果转向角大于等于90°，则飞机无法进行转向，如果小于90°，则对路径中的下一个节点再次进行相同的判断，如此循环到最后一个点end；

8、步骤五：每到达一个节点需要对路径进行扩展，遍历节点n与其相连的所有相邻节点m，并获取从节点n到节点m的所有可能路径的信息；

9、步骤六：不断循环步骤五，直到open集合中不再有可以探索的节点，从探索到的终点反向回溯到起点，从而确定最优路径，通过路径信息构建路径模型。

10、作为本发明进一步的方案，所述步骤三中还包括在路径中添加label-path，label-path不仅包含路径中每个节点坐标信息，同时还包括到达每一个节点的时间信息，将这些节点的时间信息相连接，形成对于每一个滑行道的时间窗信息。

11、作为本发明进一步的方案，所述步骤五中还包括检查从节点n到节点m的时间窗是否满足保证飞机完整通过的要求，结合多点定位系统，确保飞机能在这条路径的时间窗范围内从节点n滑行到节点m。

12、作为本发明进一步的方案，所述步骤五中还包括记当前探索的节点为k，定义启发式函数h(k，end)为预估的当前节点k到目标节点的最小成本，这条路径的成本为起点到k点的实际成本再加上h(k，end)。

13、作为本发明进一步的方案，所述步骤五中还包括发现新的路径成本比costs集合中的任何路径成本都小，将新路径添加到open集合中，作为待探索路径。

14、作为本发明进一步的方案，所述步骤五中还包括比较起点到节点k的路径成本，如果飞机从起点到达k点的时间成本和燃油消耗成本为最优的情况，则从open集合中移除对应该路径的节点元素。

15、作为本发明进一步的方案，所述步骤五中还包括若从起点到节点k的时间成本和燃油消耗成本不是最优的情况，则将该节点添加到open集合中，以作为待探索的节点，规划出更优的路径。

16、综上所述，本发明实施例与现有技术相比具有以下有益效果：

17、1. 增加了动态时间窗调节，通过考虑飞机冲突点位及在某段具体的滑行道上的滑行速度，实现时间窗的动态调节功能，结合多点定位系统，实时更新飞机的当前位置，对时间窗的计算进行动态调整，以确保飞机可以在算法计算得到的路径中安全滑行。

18、2. 充分考虑了飞机在滑行过程中的最大转向角的限制，实现了传统a*算法对飞机滑行规则的适配。

19、3. 可以研究飞机在某条滑行道上以不同的速度滑行时的成本并进行对比，进而获得飞机在某条路径上的最佳滑行速度。

20、4. 本方法可辅助高级地面活动引导与控制系统（a- smgcs），为其提供优化后的飞机滑行路径，帮助机场工作人员对飞机的滑行做出更合理的决策，提高机场的整体运营效率。

21、为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

技术特征：

1.一种关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，其特征在于，所述步骤三中还包括在路径中添加label-path，label-path不仅包含路径中每个节点坐标信息，同时还包括到达每一个节点的时间信息，将这些节点的时间信息相连接，形成对于每一个滑行道的时间窗信息。

3.根据权利要求1所述的关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，其特征在于，所述步骤五中还包括检查从节点n到节点m的时间窗是否满足保证飞机完整通过的要求，结合多点定位系统，确保飞机能在这条路径的时间窗范围内从节点n滑行到节点m。

4.根据权利要求3所述的关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，其特征在于，所述步骤五中还包括记当前探索的节点为k，定义启发式函数h(k，end)为预估的当前节点k到目标节点的最小成本，这条路径的成本为起点到k点的实际成本再加上h(k，end)。

5.根据权利要求4所述的关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，其特征在于，所述步骤五中还包括发现新的路径成本比costs集合中的任何路径成本都小，将新路径添加到open集合中，作为待探索路径。

6.根据权利要求5所述的关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，其特征在于，所述步骤五中还包括比较起点到节点k的路径成本，如果飞机从起点到达k点的时间成本和燃油消耗成本为最优的情况，则从open集合中移除对应该路径的节点元素。

7.根据权利要求6所述的关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，其特征在于，所述步骤五中还包括若从起点到节点k的时间成本和燃油消耗成本不是最优的情况，则将该节点添加到open集合中，以作为待探索的节点，规划出更优的路径。

技术总结本发明公开了一种关于大型机场场面滑行动态路径的优化方法，属于路径优化技术领域，其技术要点是：包括增加了动态时间窗调节，通过考虑飞机冲突点位及在某段具体的滑行道上的滑行速度，实现时间窗的动态调节功能，可以通过结合多点定位系统，实时更新飞机的当前位置，从而实现对时间窗的计算进行动态调整，以确保飞机可以在算法计算得到的路径中安全滑行，提前避免冲突并规划新路径，减少因避免发生冲突时飞机等待产生的燃油消耗，考虑了飞机在转向过程中的最大转向角，实现了传统A*算法对飞机滑行规则的适配，具有帮助机场工作人员对飞机的滑行做出更合理的决策，提高机场的整体运营效率的优点。技术研发人员：黄天,巴博圣,李欣哲,王子涵,常博海,王瑞昕受保护的技术使用者：中国民航大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29