基于MILP算法的多机飞行冲突解脱方法

本发明涉及的是一种飞行航迹控制领域的技术，具体是一种基于混合整数线性规划(milp)算法的多机飞行冲突解脱方法，可以用于商用飞机、通用航空等空管决策支持工具来辅助管制员进行决策。

背景技术：

1、在当前的空域模式下，管制员人工指挥飞机保持一定的安全间隔。但是随着空域密度的增加，这种调配的方式的效率导致交通拥堵甚至延误的情况愈发严重。鉴于此，提出有效的冲突解脱方案用于决策支持工具来辅助管制员进行决策，对提高空域运行效率和保持飞行安全具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明针对现有非线性问题求解时间久、难以获得最优解的问题技术存在的上述不足，提出一种基于milp算法的多机飞行冲突解脱方法，将飞行冲突解脱问题建模为一类最优控制问题并通过几何思想简化后快速获得最优解，从而实现冲突解脱并快速获得全局最优解，这对于将冲突解脱算法应用于atc决策支持工具具有重要参考意义。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种基于milp算法的多机飞行冲突解脱方法，通过构建冲突解脱模型后采用混合整数线性规划(milp)算法求解，形成最优冲突解脱的速度与朝向调整(vhac)策略。

4、所述的冲突是指：当两机之间的距离小于最小安全间隔rp，即两机之间存在冲突。为确保两机之间不发生冲突，两机之间的距离dij不能小于最小安全间隔rp即其中：[xi(t)，yi(t)]和[xj(t)，yj(t)]分别是t时刻第i架飞机和第j架飞机的位置坐标，rp是保护区半径。一旦飞行保护区有交叉，就认定两机之间存在冲突，必须提前采取措施来规避一切可能的冲突。

5、所述的冲突解脱模型是指：当n架飞机在共享空域的同一高度层巡航，其中每架飞机的初始位置和终点位置已知，在n架飞机为共同的目标协同参与冲突解脱，也即所有飞机之间共享各自的位置、速度、航向角等信息，以便能够避开所有可能的冲突并尽可能快速地到达目的地，即由于冲突造成的与飞行计划的偏离越小越好，因此目标函数定义为：其中：i表示冲突飞机的数量，δθ是航向角变化量，δv是速度变化量。

6、所述的混合整数线性规划算法是指：

7、并且其中：

8、并且

9、κm(m＝1，…，4)，λn(n＝1，…，6)均为布尔变量，κ，λ＝1时，表明对应的不等式组被激活，否则，κ，λ＝0；g为任意大的数；最后一项表明不等式组中至少有一组成立。

10、优选地，通过scip求解器快速获得混合整数线性规划算法的最优解，也即最优速度和航向角变化量，从而实现最优冲突解脱策略。所述的速度与朝向调整(vhac)策略，即通过改变飞行速度和航向角来实现冲突解脱，由于飞机的性能限制，速度调整之后形成的新速度也必须满足极限范围，具体为：vmin≤vi+δvi≤vmax，其中：δvi＞0为加速，δvi＜0为减速；同时航向角调整之后形成的新航向角也必须满足极限范围，即：θmin≤θi+δθi≤θmax，其中：δθi＞0为左转，δθi＜0为右转，从而构成冲突解脱问题的约束条件。

11、优选地，多机冲突的约束条件可以通过将飞机划分为飞机对的形式，然后采用上述方法获得。

技术特征：

1.一种基于milp的多机飞行冲突解脱方法，其特征在于，通过构建冲突解脱模型后采用混合整数线性规划算法求解，形成最优冲突解脱的速度与朝向调整策略；

2.根据权利要求1所述的基于milp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，所述的冲突是指：当两机之间的距离小于最小安全间隔rp，即两机之间存在冲突，为确保两机之间不发生冲突，两机之间的距离dij不能小于最小安全间隔rp即其中：[xi(t)，yi(t)]和[xj(t)，yj(t)]分别是t时刻第i架飞机和第j架飞机的位置坐标，rp是保护区半径，一旦飞行保护区有交叉，就认定两机之间存在冲突，必须提前采取措施来规避一切可能的冲突。

3.根据权利要求2所述的基于milp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，所述的混合整数线性规划算法是指：并且其中：并且κm(m＝1，…，4)，λn(n＝1，…，6)均为布尔变量，κ，λ＝1时，表明对应的不等式组被激活，否则，κ，λ＝0；g为任意大的数；最后一项表明不等式组中至少有一组成立。

4.根据权利要求3所述的基于milp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，通过scip求解器快速获得混合整数线性规划算法的最优解，也即最优速度和航向角变化量，从而实现最优冲突解脱策略。

5.根据权利要求1所述的基于milp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，所述的速度与朝向调整策略，即通过改变飞行速度和航向角来实现冲突解脱，由于飞机的性能限制，速度调整之后形成的新速度也必须满足极限范围，具体为：vmin≤vi+δvi≤vm偐x，其中：δvi>0为加速，δvi＜0为减速；同时航向角调整之后形成的新航向角也必须满足极限范围，即：θmin≤θi+δθi≤θm偐x，其中：δθi＞0为左转，δθi＜0为右转，从而构成冲突解脱问题的约束条件。

6.根据权利要求1所述的基于milp的多机飞行冲突解脱方法，其特征是，多机冲突的约束条件可以通过将飞机划分为飞机对的形式，然后采用基于milp的多机飞行冲突解脱方法逐对获得。

技术总结一种基于MILP算法的多机飞行冲突解脱方法，通过构建冲突解脱模型后采用混合整数线性规划(MILP)算法求解，形成最优冲突解脱的速度与朝向调整(VHAC)策略。本发明将飞行冲突解脱问题建模为一类最优控制问题并通过几何思想简化后快速获得最优解，从而实现冲突解脱并快速获得全局最优解，这对于将冲突解脱算法应用于ATC决策支持工具具有重要参考意义。技术研发人员：肖刚,刘晓芹受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13