基于Multi—Agent的空中交通流量的探究

黃昱斌

摘 要：調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，過去傳統(tǒng)空中交通流量仿真過程沒有足夠的靈活性和智能性，針對這種情況，我們在空中交通流量管理領(lǐng)域中應(yīng)用了分布式人工智能Multi-Agent理論和方法，以便更好的建設(shè)實(shí)際空中交通流量管理系統(tǒng)，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

關(guān)鍵詞：Multi-Agent；空中交通；流量管理

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過程中，航空運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速，航空運(yùn)輸給人們帶來了極大的便利，因?yàn)橛兄絹碓酱蟮目罩薪煌髁?，頻繁出現(xiàn)了空中交通堵塞和航班延誤等問題，造成經(jīng)濟(jì)損失的基礎(chǔ)上，還有諸多的安全隱患存在。因此，如今，非常重要的一個(gè)問題就是如何對空中交通流量有效的管理，促使空中交通擁堵和航班延誤問題得到減少。

1 空中交通流量管理

我們將單位時(shí)間和空間范圍內(nèi)通過的飛行器數(shù)量稱之為空中交通流量，通過管理空中交通流量，希望可以將現(xiàn)有的空域、機(jī)場和管制服務(wù)等安全有效的利用起來，最佳運(yùn)行空中交通流量，促使延誤問題得到減少，機(jī)場空域的利用率得到顯著提高。空中交通流量系統(tǒng)比較的復(fù)雜，在對系統(tǒng)中各種實(shí)體進(jìn)行描述時(shí)，不能夠簡單的利用離散事件系統(tǒng)或連續(xù)事件系統(tǒng)。

一是空中交通流量管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：我們將二級體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用到了空中交通流量管理系統(tǒng)中，中央流量管理中心位于頂級，主要是對全國范圍內(nèi)的飛行計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)籌，對全國范圍內(nèi)的空中交通流量進(jìn)行協(xié)調(diào)管理；飛行情報(bào)區(qū)級的流量管理中心處于第二級，主要是對區(qū)域范圍內(nèi)的飛行流量進(jìn)行管理。航路流量管理中心、機(jī)場終端區(qū)的流量管理中心則處于更下一級。

二是空中交通流量控制措施：從時(shí)間角度上來進(jìn)行劃分，我們可以用戰(zhàn)略流量管理、預(yù)戰(zhàn)術(shù)流量管理以及戰(zhàn)術(shù)流量管理三個(gè)方面來劃分空中交通流量管理，文章主要是對戰(zhàn)術(shù)流量管理進(jìn)行了分析，可以將地面等待、修改飛行計(jì)劃等策略給應(yīng)用過來。還可以從其他角度來進(jìn)行劃分，如從空間角度，則可以劃分為兩個(gè)方面，分別是航路流量管理和機(jī)場終端區(qū)的流量管理；容量限制都是航路和終端區(qū)所具備的，區(qū)域內(nèi)的飛行器數(shù)量達(dá)到一定的數(shù)值之后，對于飛行器的飛入就需要限制。如今，有這些流量控制措施得到了較為廣泛的應(yīng)用：

首先是尾隨間隔，因?yàn)榭罩泻铰飞系娘w機(jī)飛行速度較快，在飛行過程中，就需要對安全間隔嚴(yán)格控制。在流量管理過程中，通過對尾隨間隔進(jìn)行增大，可以對飛機(jī)進(jìn)入擁塞區(qū)域的時(shí)間進(jìn)行推遲。通過對尾隨間隔進(jìn)行縮小，則可以對部分擁擠的流量進(jìn)行吸收。

其次是地面等待策略，本種措施指的是對地面飛機(jī)的起飛時(shí)間進(jìn)行延遲，用地面等待來替代昂貴的空中等待，其中，空中流量管理最為主要的措施就是地面等待策略。

最后是改航，如果本航路的容量達(dá)到相關(guān)限值之后，航班就可以對其他的航路進(jìn)行選擇。還有一種方法是空中等待策略，這種方法指的是飛機(jī)盤旋于空中，等到解除了被限制的終端區(qū)、扇區(qū)以及航路之后，即可飛入。通常情況下，機(jī)場終端區(qū)同時(shí)到達(dá)了多架航班，能馬上降落一部分的航班，那么其他航班就需要盤旋于機(jī)場上空，等待降落。

2 關(guān)鍵Agent設(shè)計(jì)

一是航班Agent：高度、速度、經(jīng)緯度以及目的機(jī)場等屬性都是航班Agent所具備的，航班Agent也有自己的知識，可以有效通信與區(qū)域內(nèi)的其他航班，對其他航班的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行獲取，在邏輯推理的過程中，將周圍環(huán)境條件以及自身知識給充分納入了考慮范圍。結(jié)合邏輯推理的結(jié)果，來對自己的行為進(jìn)行指導(dǎo)和控制。如果航班Agent需要進(jìn)行調(diào)整，需要首先將申請發(fā)送給上一級的航路Agent或者機(jī)場終端區(qū)Agent，上級Agent對其審批之后，航班方可以采取相應(yīng)的措施，如改航、返回等。將控制行為作出之后，通過交互環(huán)境，可以反饋相應(yīng)的結(jié)果。在具體實(shí)踐中，空中管制員發(fā)揮著十分重要的作用，管制員在指揮空中交通的過程中，除了要結(jié)合當(dāng)前的交通情況之外，還需要將自身的知識和經(jīng)驗(yàn)給充分納入考慮范圍。

二是航路Agent：航路點(diǎn)信息、航路的寬度高度、容量信息等都是航路Agent的主要屬性，航路需要對位于航路上的航班Agent進(jìn)行管理和指揮，要通信與平級的航路Agent和機(jī)場終端區(qū)Agent，對航班Agent飛入飛出航路的時(shí)機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)，同時(shí)將當(dāng)前的流量信息報(bào)告給上級的AFMCA報(bào)告，對上級Agent的命令指示進(jìn)行接受。航班Agent申請進(jìn)入航路之前，容量評估是航路首先要進(jìn)行的，通過評估之后，航路Agent將放行許可發(fā)送給航班，如果沒有通過容量評估，需要將流量限制的申請發(fā)送給上級Agent，批準(zhǔn)之后，航路對航班Agent的飛入申請就不能批準(zhǔn)，航班Agent進(jìn)入航路得到了延緩，航路的交通流量得到了減少。

三是機(jī)場終端區(qū)Agent：在具體實(shí)踐中，機(jī)場終端區(qū)航班管理存在著較大的難度，包括諸多方面的內(nèi)容，如機(jī)場流量控制、塔臺指揮、場面監(jiān)視、飛機(jī)進(jìn)離場等。文章結(jié)合機(jī)場的流量管理過程，在一定程度上簡化了機(jī)場終端區(qū)；機(jī)場首先要綜合性處理當(dāng)前的雷達(dá)信息、塔臺信息和場面信息等，在知識庫中存儲獲得的空情信息以及機(jī)場信息等。有Agent要申請進(jìn)入或者離開機(jī)場，結(jié)合知識庫中的知識，機(jī)場將容量評估給開展下去；比如，有惡劣的天氣氣象出現(xiàn)，可以將0設(shè)置為機(jī)場容量，對于飛機(jī)的飛入飛出進(jìn)行禁止。通過了容量評估之后，機(jī)場就會(huì)將一個(gè)時(shí)隙發(fā)送給航班Agent，航班在獲得的時(shí)隙中，進(jìn)入或者離開機(jī)場。如果沒有通過容量評估，需要有上級Agent批準(zhǔn)，限制機(jī)場流量，對于飛機(jī)的進(jìn)入或者離開進(jìn)行減少。機(jī)場終端區(qū)Agent對機(jī)場內(nèi)的航班Agent進(jìn)行管理，還需要通信與平級的航路Agent和機(jī)場終端區(qū)Agent，對航班Agent飛入飛出機(jī)場的時(shí)機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)，同時(shí)將當(dāng)前流量信息報(bào)告給上級的AFMCA，對上級Agent的命令指示進(jìn)行接受。如果有擁堵問題出現(xiàn)于機(jī)場，機(jī)場終端區(qū)Agent需要采取一系列的措施，來管理流量，如分配航班的進(jìn)離場時(shí)隙分配、要求航班地面等待以及空中等待等。

3 結(jié)束語

綜上所述，在過去的空中流量仿真過程中，都是對流量控制措施事先制定，然后對航班飛行計(jì)劃進(jìn)行模擬仿真，這樣在本次仿真過程中，就無法解決出現(xiàn)的容量告警問題，只能夠?qū)α髁靠刂拼胧┻M(jìn)行重新制定，之后再次仿真，這樣靈活性和智能性就得不到保證。針對這種情況，我們在空中交通流量管理中，就可以借助于Agent，來仿真空中流量，實(shí)踐研究表明，本種方法可以將空中交通流量優(yōu)勢更好的表現(xiàn)出來。

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