基于多Agent空中交通流量管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)初探

俞鷗翔

【摘 要】空中流量管理系統(tǒng)是一個十分龐大的信息系統(tǒng)，通過多agent信息建模的方式能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高效化和職能化，最終達(dá)到建設(shè)智能管理系統(tǒng)的目的。本文在對當(dāng)前階段的空中交通流量管理進(jìn)行研究后，首先通過模型建立的方式形成了多agent系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組織形式，隨后依據(jù)該組織結(jié)構(gòu)對空中交通流量管理的工作方法進(jìn)行了深入探究，從而形成完善的空中管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】agent系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；空中交通流量管理；智能管理系統(tǒng)；體系結(jié)構(gòu)

一、前言

在當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境之中，空中流量管理系統(tǒng)的組織方式主要分為兩級流量管理和三級流量管理，這兩種管理形式應(yīng)用最為普及，但是問題也十分明顯。二者在管理過程中都存在管理單位同層級缺少交流的問題，在進(jìn)行管理時，由于流量管控問題，往往需要提交到上一層的管理單位進(jìn)行解決。而提交過程中，管理單位協(xié)作量增大，就會導(dǎo)致傳遞線路延長出現(xiàn)誤傳，造成決策失誤。因此在空中交通流量管理中應(yīng)當(dāng)建設(shè)新的管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

二、建立多agent模型組織結(jié)構(gòu)

（一）建立管理模型

空中流量管理部門所建立的多agent工作主要的管理內(nèi)容應(yīng)當(dāng)集中在區(qū)域內(nèi)部的飛行狀態(tài)以及飛行計劃之中。在處理問題時則應(yīng)當(dāng)面對擁堵問題進(jìn)行首先分析，并依據(jù)FCFS先到先服務(wù)原則，對擁堵航路進(jìn)行宏觀調(diào)配策略的制定。在完成制定后需要將方案發(fā)送至航空公司，航空公司再依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時更新，并將空域動態(tài)信息和更新方案發(fā)布到其他航空公司。因此這種多agent系統(tǒng)內(nèi)部需要具備監(jiān)視功能和宏觀策略分析功能。

本文依據(jù)以上要求，對空中流量管理agent系統(tǒng)進(jìn)行了建模。首先在模型當(dāng)中確定了運(yùn)行目標(biāo)模塊。多agent交互航路當(dāng)中，管理系統(tǒng)需要進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，因此在管理系統(tǒng)模型內(nèi)部應(yīng)當(dāng)具有實(shí)時采集區(qū)、宏觀調(diào)配策略區(qū)以及動態(tài)信息區(qū)。其中實(shí)時采集區(qū)是指系統(tǒng)通過信息采集設(shè)備，對區(qū)域內(nèi)的飛行計劃、雷達(dá)、氣象情報等重要信息進(jìn)行采集，隨后將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入到宏觀調(diào)配策略區(qū)形成調(diào)配策略，最終及時更新空域動態(tài)；隨后，根據(jù)空中交通流量管理的工作要求，設(shè)置具體的功能模塊。本文在進(jìn)行功能模塊設(shè)置時，將多agent協(xié)同作業(yè)進(jìn)行了詳細(xì)區(qū)分，最終形成了通信模塊、監(jiān)視模塊以及策略模塊三個部分。其中，通信模塊主要負(fù)責(zé)通信交互功能。在系統(tǒng)內(nèi)部，航空公司需要與agent進(jìn)行實(shí)時的信息交流，并形成動態(tài)信息共享。在該模塊內(nèi)，航空公司與agent所完成的交互信息應(yīng)當(dāng)分為運(yùn)行數(shù)據(jù)信息和協(xié)同數(shù)據(jù)信息兩個種類，前者主要是對飛行計劃、雷達(dá)數(shù)據(jù)以及實(shí)時空域信息的采集獲取，而后者則是宏觀調(diào)配策略中提交的運(yùn)行方案數(shù)據(jù)。監(jiān)視模塊是系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)采模塊，在該模塊中，系統(tǒng)需要通過指令對實(shí)施數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并形成對當(dāng)前階段空域當(dāng)中的交通流情況、短期內(nèi)交通流變化情況進(jìn)行分析和預(yù)測能力，最終達(dá)到航路容量、航路流量相互匹配的態(tài)勢，為宏觀調(diào)控策略提供支持。策略模塊主要是由航空公司運(yùn)控中心負(fù)責(zé)，通過agent系統(tǒng)所獲取到的擁堵航路狀態(tài)分析報告，了解當(dāng)前空域航路中容流匹配情況，進(jìn)行決策，選擇適宜的方案策略，進(jìn)行調(diào)控。

（二）組織形式設(shè)計

在組織形式方面，本文首先進(jìn)行了中央管理中心結(jié)構(gòu)的設(shè)計。中央管理中心agent的功能集中在對飛行流量監(jiān)測以及空域結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測方面，在系統(tǒng)構(gòu)成中，本文以決策模塊為主要依托進(jìn)行了人機(jī)交互設(shè)計[1]。人機(jī)交互與決策模塊相互連接，并能夠?qū)鉀Q方案知識數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接調(diào)用，在完成調(diào)用后，依據(jù)通信模塊將所完成的決策方案進(jìn)行指令輸送，送達(dá)至航空公司。

隨后，本文還依據(jù)區(qū)域流量管理的要求和特征，建立了agent管理控制中心，這一管控中心主要在中央交通管理中心的指令下進(jìn)行工作，需要面對的工作內(nèi)容為監(jiān)視當(dāng)前空域之中的流量和容量，并對下一層級的單位進(jìn)行指揮和協(xié)調(diào)。在功能行使方面，區(qū)域流量管控中心與監(jiān)視模塊進(jìn)行配合，并完成多agent之間的相互協(xié)調(diào)，最終達(dá)到流量平穩(wěn)的目的。

對于上述管控中心的管理方向，本文又設(shè)置了區(qū)域劃分方案，將空域流量管理所在的區(qū)域進(jìn)行了agent子區(qū)域的設(shè)置，子區(qū)域管控的目的在于對當(dāng)前區(qū)域的流量執(zhí)行情況進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)獲取。在工作過程中，機(jī)場agent、塔臺agent以及航空公司agent對空域內(nèi)的信息資源進(jìn)行獲取，并進(jìn)行分析，隨后將分析結(jié)果傳輸至結(jié)果集成器當(dāng)中，并由集成器進(jìn)行發(fā)送。子區(qū)域管控系統(tǒng)中的系統(tǒng)檢測器會優(yōu)先對結(jié)果分析進(jìn)行檢測再由學(xué)習(xí)器將其因?qū)е聟f(xié)作模塊，與通信模塊保持交流，最終形成子區(qū)域的控制決策方案。

三、工作方法探究

（一）仿真實(shí)驗

多agent協(xié)同空中交通流量管理體系的仿真實(shí)驗需要通過設(shè)定的參數(shù)環(huán)境來開展，仿真流程主要由幾個步驟來完成。首先，對真實(shí)情況下的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行初始化，其中重點(diǎn)參數(shù)如仿真時間、航空器類型及數(shù)量、扇區(qū)長度、閾值間隔等，都是重點(diǎn)參數(shù)對象；隨后，系統(tǒng)需要對空域內(nèi)的航空器隊列一和隊列二進(jìn)行參數(shù)初始化，兩組航空器隊列參數(shù)包含有航路進(jìn)入時間、航空器初始速度及位置、航空器高度和初始間隔等。這部分內(nèi)容為動態(tài)參數(shù)；之后，由系統(tǒng)開展仿真航空器的檢查，檢查內(nèi)容集中在航空器在航路中當(dāng)前時態(tài)的飛出狀態(tài)，已經(jīng)飛出則可以結(jié)束仿真，表明完成管控，未能飛出則需要繼續(xù)進(jìn)行仿真；在確認(rèn)未能飛出后，agent系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對航空器基本信息進(jìn)行快速的實(shí)時更新，更新對象集中在航空器狀態(tài)信息之上，包含有速度、高度、位置以及發(fā)動機(jī)推力等；此后，再進(jìn)行航空器平均速度、速度差的計算，保證航路狀態(tài)能夠維持實(shí)時更新；最后，仿真agent系統(tǒng)還需要對兩組隊列的轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行獲取，并完成仿真時間的系統(tǒng)更新，再對是否飛出航路進(jìn)行檢測，構(gòu)成系統(tǒng)循環(huán)[2]。

（二）實(shí)際工作方式

中央流量管理中心agent的主要工作對象是全國航空區(qū)域，在管理過程中，中央流量管理中心需要與區(qū)域流量管控agent保持聯(lián)系，并進(jìn)行實(shí)時接收區(qū)域流量管控agent的信息數(shù)據(jù)。中央agent再根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)信息對其控制策略進(jìn)行權(quán)衡，最后依據(jù)具體的衡量指標(biāo)和生成的優(yōu)化方案對其進(jìn)行控制指令的發(fā)送。區(qū)域流量管控agent在接收到中央agent的指令后需要無條件執(zhí)行，在完成執(zhí)行后，將方案執(zhí)行效果回饋至中央agent中心當(dāng)中。流量管理人員則通過人機(jī)交互界面對管控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面控制。這種區(qū)域劃分和層級之間的交互方式是對于傳統(tǒng)空中交通流量管理體系的一種繼承，在當(dāng)前的空中交通流量管理當(dāng)中，各個層級系統(tǒng)之間通過合理運(yùn)用agent系統(tǒng)的多層級協(xié)調(diào)，能夠使空中交通流量管理方案與具體的空域航空器交通問題保持一致性，從而從根本上避免了因數(shù)據(jù)量巨大、傳輸手段落后所帶來的各種誤傳問題，最終達(dá)到提升空中交通流量管控能力和管控效率的目的。

四、結(jié)論

綜上所述，在目前的空中交通流量管理體系當(dāng)中，通過建設(shè)多agent系統(tǒng)的方式，能夠?qū)嵭卸鄬蛹壍墓芸啬芰Ω采w，不同層級之間通過信息交流和數(shù)據(jù)庫內(nèi)容調(diào)用的方式，形成空中流量的管控方案，最終達(dá)到對空域內(nèi)部擁堵航空器的調(diào)配和疏導(dǎo)的目的，提升空域內(nèi)的流通能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]茆美琴，金鵬，奚媛媛等.基于多因子和合同網(wǎng)協(xié)調(diào)機(jī)制的微網(wǎng)多Agent混和能量管理方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2014，34（31）：5542-5552.

[2]王亮.空中交通流量管理系統(tǒng)效果評估指標(biāo)分析[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，2（09）：69-71+75.