智能算法在空中交通管理中的應(yīng)用

何黎敏

中國(guó)民用航空西南地區(qū)空中交通管理局云南分局 昆明 650200

智能算法在空中交通管理中的應(yīng)用

何黎敏

中國(guó)民用航空西南地區(qū)空中交通管理局云南分局 昆明 650200

隨著現(xiàn)行空中交通事故發(fā)生概率的增加，要求空中交通管理工作水平進(jìn)一步提高。尤其空域利用率當(dāng)前表現(xiàn)不高的現(xiàn)狀，單純依靠以往空中管制方式與設(shè)備很難從根本上緩解緊張的空中交通形勢(shì)，要求引入現(xiàn)代適合航空業(yè)發(fā)展的管理方式以及相關(guān)設(shè)備等。本文主要對(duì)空中交通管理的相關(guān)概述、智能算法應(yīng)用下對(duì)交通管理提出的要求以及管理工作中智能算法的應(yīng)用設(shè)計(jì)進(jìn)行探析。

智能算法；空中交通管理；應(yīng)用

前言

盡管近年來(lái)發(fā)展中我國(guó)航空領(lǐng)域中的相關(guān)管理工作逐漸完善，但從整體表現(xiàn)現(xiàn)狀看，無(wú)論空管方面應(yīng)用的設(shè)備或?qū)沼虻脑O(shè)計(jì)以及相關(guān)研究方面仍具有一定的滯后性，加上空管相關(guān)工作人員綜合素質(zhì)較差，容易造成空難事故。對(duì)此現(xiàn)狀，在長(zhǎng)期研究實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，為促進(jìn)交通管理工作的進(jìn)一步完善，避免出現(xiàn)交通飛行沖突以及人為因素影響程度擴(kuò)大，通過(guò)智能算法的引入能夠使飛行沖突的問(wèn)題得到很好的解決。因此，對(duì)空管工作中智能算法運(yùn)用分析具有十分重要的意義。

一、空中交通管理的相關(guān)概述

（一）空管工作的相關(guān)介紹

空管工作是為保證交通只需得以維護(hù)且不會(huì)發(fā)生安全事故的集空域與流量管理以及交通服務(wù)于一體的措施。其中在空域管理方面，其目標(biāo)在于對(duì)當(dāng)前空域的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，保證空域的利用更為合理且可符合用戶基本需求。而流量管理主要指流量趨向于飽和狀態(tài)條件下，需采取流量調(diào)整的相關(guān)措施，可使空域方面或機(jī)場(chǎng)方面交通更為順暢。交通服務(wù)則指將空中交通具體情況、航空器飛行中的情報(bào)等向管理部門(mén)傳輸，管理部門(mén)根據(jù)具體信息采取相應(yīng)的協(xié)調(diào)措施。另外，對(duì)空中交通管制根據(jù)管制區(qū)域的具體類(lèi)型，可將其細(xì)化為區(qū)域、進(jìn)近以及塔臺(tái)三種類(lèi)型的管制。三者所執(zhí)行的任務(wù)存在一定的差異，如進(jìn)近的作用在于實(shí)現(xiàn)本場(chǎng)飛機(jī)的接送，并承擔(dān)區(qū)域與塔臺(tái)二者關(guān)系的協(xié)調(diào)，區(qū)域的作用體現(xiàn)在對(duì)航空器執(zhí)行具體調(diào)度工作，而塔臺(tái)在航空器進(jìn)行升降過(guò)程以及滑行中起到關(guān)鍵的作用。

（二）知識(shí)庫(kù)與智能算法的相關(guān)研究

當(dāng)前用于航空領(lǐng)域管理工作中的知識(shí)庫(kù)主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)與文件兩方面的管理，前者側(cè)重于存儲(chǔ)與管理且在安全程度與保密程度方面較高，而后者主要利用文件形式使知識(shí)信息在系統(tǒng)中進(jìn)行存儲(chǔ)，操作過(guò)程極為簡(jiǎn)便，但也存在一定的缺陷如難以管理以及訪問(wèn)速度較慢等?？展芄ぷ髦型ǔ?gòu)建知識(shí)庫(kù)過(guò)程中主要考慮三方面問(wèn)題，包括：第一，知識(shí)獲取，主要指相關(guān)專(zhuān)家通過(guò)對(duì)航空器飛行的現(xiàn)狀以及現(xiàn)行飛行的相關(guān)規(guī)定形成相關(guān)的知識(shí)，由知識(shí)庫(kù)操作人員進(jìn)行知識(shí)的進(jìn)一步整理與分析，該過(guò)程便為知識(shí)的獲取。第二，知識(shí)表示，主要通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使所獲取的知識(shí)能夠進(jìn)行計(jì)算機(jī)相關(guān)代碼的轉(zhuǎn)化并存儲(chǔ)于系統(tǒng)中，一般用于表示空中交通管制知識(shí)的方式多以事例為主。第三，知識(shí)推理，該部分應(yīng)用的原理在于使系統(tǒng)在推理方面模擬人類(lèi)推理，結(jié)合知識(shí)庫(kù)中現(xiàn)有知識(shí)獲取新信息。另外在智能算法理論方面，空管工作的應(yīng)用集中體現(xiàn)在模擬退火、蟻群以及遺傳等方面的算法內(nèi)容[1]。

二、空管工作在智能算法應(yīng)用下的具體要求

智能算法應(yīng)用下，空管工作的相關(guān)要求可歸納為四方面，即：第一，對(duì)空域的管理。該部分管理工作又可具體細(xì)化為：①靜態(tài)管理，負(fù)責(zé)分析可能存在的航空器飛行沖突問(wèn)題并判斷管制員壓力負(fù)荷，以此為依據(jù)完成管制處理方案的制定；②容量管理工作，其負(fù)責(zé)分析當(dāng)前空域安全程度、空域的整體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀以及氣候因素，確保容量的制定符合空域?qū)崿F(xiàn)最大使用效益目標(biāo)的要求；③動(dòng)態(tài)管理，可實(shí)時(shí)將當(dāng)前空域的利用現(xiàn)狀進(jìn)行發(fā)布，結(jié)合具體管理規(guī)則對(duì)空域使用的申請(qǐng)進(jìn)行審批。④平戰(zhàn)與邊境的管理，主要對(duì)空域中可能出現(xiàn)的特殊事件如過(guò)域飛行等制定相關(guān)的方案。第二，對(duì)流量的管理工作。該部分管理首先會(huì)針對(duì)目前交通流量進(jìn)行問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)后期流量管理過(guò)程中需考慮的包括航線、航路等問(wèn)題。在航空器實(shí)際飛行前會(huì)將流量管理的具體信息向管制部門(mén)發(fā)送以便于進(jìn)行具體的管理工作。最后，對(duì)飛行當(dāng)天流量進(jìn)行分析并形成相應(yīng)的飛行計(jì)劃。第三，識(shí)別航空器，如雷塔信號(hào)的應(yīng)用、衛(wèi)星站的構(gòu)建以及ADS管制系統(tǒng)的引入都可判斷航空器飛行相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)空域利用率提高的目標(biāo)。第四，沖突解脫，通常航空器飛行過(guò)程中可能發(fā)生相撞問(wèn)題，需利用高度調(diào)配的方式使航空器在高度、速度等方面進(jìn)行不同的分配，但實(shí)際解脫決策制定中應(yīng)注意飛行狀態(tài)的改變應(yīng)控制在最小范圍內(nèi)[2]。

三、空管工作中智能算法的應(yīng)用設(shè)計(jì)研究

空中交通管理中大多主要考慮的為沖突解脫方面的問(wèn)題，因此在智能算法應(yīng)用前首先需進(jìn)行知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)建。根據(jù)現(xiàn)行飛行相關(guān)規(guī)則，在知識(shí)庫(kù)構(gòu)建中可引用產(chǎn)生式規(guī)則，這樣可結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的相關(guān)功能如設(shè)置用戶權(quán)限或信息的存儲(chǔ)與管理等，保證流量、空域以及其他管制信息在系統(tǒng)中體現(xiàn)。但實(shí)際發(fā)生飛行沖突問(wèn)題時(shí)，知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)可能無(wú)法為解脫決策制定提供具體借鑒，所以引入智能算法，以蟻群算法應(yīng)用為例，解脫具體程序主要體現(xiàn)在進(jìn)行初始化參數(shù)的設(shè)定并在初始位置出進(jìn)行螞蟻的布置，此時(shí)通過(guò)各節(jié)點(diǎn)螞蟻的表現(xiàn)將其產(chǎn)生的解進(jìn)行判斷，這樣在一定的約束條件下便可構(gòu)建函數(shù)，以此函數(shù)為依據(jù)完成解脫程序的制定。另外，在模擬退火與遺傳算法應(yīng)用在原理上與蟻群算法較為相似，主要通過(guò)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，使飛行沖突問(wèn)題發(fā)生時(shí)解脫程序得以優(yōu)化[3]。

結(jié)論

空管工作中智能算法的應(yīng)用是保證航空器安全飛行的重要途徑。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)正視空管工作以及智能算法的內(nèi)涵，根據(jù)智能算法對(duì)空管工作的相關(guān)要求并結(jié)合知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行智能算法模型的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上使智能算法模型成為飛行沖突問(wèn)題下解脫決策制定的重要參考，促進(jìn)空中交通管理工作水平進(jìn)一步提高。

[1]徐鵬.智能算法在空中交通管理中的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué),2013.

[2]吳維.運(yùn)籌學(xué)在空中交通管理中的應(yīng)用概述[J].科教文匯(下旬刊),2010,01:39-40.

[3]宋卓希.基于混雜多智能體系統(tǒng)理論的空中交通網(wǎng)絡(luò)建模、分析與仿真[D].北京工業(yè)大學(xué),2013.