本文關(guān)鍵詞：基于多Agent仿真的空中交通運(yùn)行沖突風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

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【摘要】：近年來(lái),空中交通需求日益增長(zhǎng),而現(xiàn)有的空中交通管制保障能力有限,需求與供給的矛盾日益突出。無(wú)論是調(diào)整現(xiàn)有交通系統(tǒng)中的空域結(jié)構(gòu)、航路航線等元素還是采用新技術(shù)新概念都需要事先做安全評(píng)估,查找潛在的危險(xiǎn)因素�？罩薪煌ㄏ到y(tǒng)屬于復(fù)雜系統(tǒng),利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行空中交通運(yùn)行仿真是重要的研究手段。然而現(xiàn)有的仿真工具有兩個(gè)不足,其一,基于單機(jī)的集中式仿真難以勝任大規(guī)模微觀仿真;其二,傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)難以模擬空中交通運(yùn)行中多個(gè)實(shí)體之間的信息交互。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題,本文研究了將分布式人工智能——多Agent技術(shù)應(yīng)用于空中交通運(yùn)行仿真,開(kāi)發(fā)出基于多Agent的空中交通運(yùn)行仿真原型系統(tǒng),用以對(duì)我國(guó)空中交通運(yùn)行中存在的沖突風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景進(jìn)行識(shí)別及評(píng)估。論文首先在對(duì)Agent理論研究的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于多Agent的空中仿真系統(tǒng)的基本框架,詳細(xì)設(shè)計(jì)了航空器Agent、空管自動(dòng)化Agent和管制員Agent的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及三者之間的通信關(guān)系。然后,提出了基于BADA以及航空器意圖的航空器軌跡生成模型。通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)的航空公司爬升、下降、巡航剖面,聯(lián)合氣象因素,對(duì)航空器從起飛到落地的全過(guò)程的水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、推力阻力變化、構(gòu)型變化、油耗等方面進(jìn)行細(xì)致化描述。緊接著,在對(duì)實(shí)際管制實(shí)施流程進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上,提出了基于航空器意圖的沖突探測(cè)算法,并根據(jù)ICAO對(duì)航空器沖突類型的分類,設(shè)計(jì)每一類沖突的調(diào)配策略。針對(duì)如何模擬終端管制員常用的航跡引導(dǎo)策略,提出了基于歷史軌跡聚類的管制意圖探測(cè)算法,可以為終端區(qū)航空器之間的間隔調(diào)整以及排序提供備選方案。接下來(lái),基于上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)建模,利用JADE平臺(tái),Java編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了仿真原型系統(tǒng),該系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍的空中交通微觀仿真。最后,利用所開(kāi)發(fā)的原型系統(tǒng)對(duì)全國(guó)一天航班運(yùn)行進(jìn)行了仿真。在對(duì)仿真過(guò)程中所記錄的沖突數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,從宏觀的角度對(duì)沖突的類型分布、時(shí)間分布、扇區(qū)分布進(jìn)行了分析,并從同向、逆向、交叉沖突三個(gè)方面對(duì)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景進(jìn)行了識(shí)別。針對(duì)具體沖突場(chǎng)景,定義了沖突率、沖突嚴(yán)重程度、沖突風(fēng)險(xiǎn)、總沖突風(fēng)險(xiǎn)等指標(biāo),從戰(zhàn)術(shù)運(yùn)行層面實(shí)現(xiàn)了對(duì)沖突風(fēng)險(xiǎn)的微觀評(píng)估。
【關(guān)鍵詞】：空中交通管制 多Agent系統(tǒng) 航跡生成 沖突探測(cè)與解脫 風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景識(shí)別 沖突風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V355.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 研究背景與意義14-15
• 1.2 研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 沖突風(fēng)險(xiǎn)研究方面15-16
• 1.2.2 基于多Agent的空中交通仿真方面16-17
• 1.3 本文的研究工作17-19
• 第二章 基于多Agent的空中交通運(yùn)行仿真19-30
• 2.1 Agent的理論與體系結(jié)構(gòu)19-21
• 2.1.1 Agent的定義和屬性19
• 2.1.2 Agent的體系結(jié)構(gòu)19-21
• 2.2 多Agent系統(tǒng)簡(jiǎn)介21-23
• 2.2.1 多Agent系統(tǒng)概述21
• 2.2.2 多Agent系統(tǒng)的應(yīng)用21
• 2.2.3 JADE框架研究21-23
• 2.3 關(guān)鍵Agent的設(shè)計(jì)及通信23-29
• 2.3.1 航空器Agent的設(shè)計(jì)23-25
• 2.3.2 空管自動(dòng)化Agent的設(shè)計(jì)25-26
• 2.3.3 管制員Agent的設(shè)計(jì)26-28
• 2.3.4 Agent之間網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 航空器軌跡生成模型30-40
• 3.1 航空器運(yùn)動(dòng)模型30-34
• 3.1.1 垂直運(yùn)動(dòng)模型30-31
• 3.1.2 水平運(yùn)動(dòng)模型31-33
• 3.1.3 參數(shù)模型33-34
• 3.2 航空器意圖模型34-37
• 3.3 四維軌跡生成模型37-38
• 3.4 四維軌跡生成仿真38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 管制員的行為建模40-56
• 4.1 管制實(shí)施流程40-41
• 4.2 沖突的分類及其調(diào)配策略建模41-45
• 4.2.1 同航跡飛行沖突及調(diào)配41-43
• 4.2.2 逆向航跡飛行沖突及調(diào)配43-44
• 4.2.3 交叉航跡飛行沖突及調(diào)配44-45
• 4.3 基于歷史數(shù)據(jù)聚類的管制意圖構(gòu)建45-52
• 4.3.1 雷達(dá)軌跡特征45-46
• 4.3.2 轉(zhuǎn)彎點(diǎn)聚類46
• 4.3.3 雷達(dá)軌跡聚類46-47
• 4.3.4 平均航跡構(gòu)造47-48
• 4.3.5 實(shí)例驗(yàn)證48-52
• 4.4 基于航空器意圖的沖突探測(cè)52-55
• 4.4.1 沖突探測(cè)的輸入?yún)?shù)52
• 4.4.2 沖突探測(cè)算法52-54
• 4.4.3 沖突探測(cè)算法的驗(yàn)證54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 基于多Agent空中交通運(yùn)行仿真原型系統(tǒng)56-69
• 5.1 仿真環(huán)境構(gòu)建56-61
• 5.1.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境56
• 5.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)56-60
• 5.1.3 空域環(huán)境構(gòu)建60-61
• 5.2 原型系統(tǒng)模塊集成61-65
• 5.2.1 系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)61-62
• 5.2.2 系統(tǒng)的功能介紹62-63
• 5.2.3 系統(tǒng)的模塊集成63-65
• 5.3 系統(tǒng)界面65-68
• 5.3.1 主控界面65-66
• 5.3.2 航空器Agent界面66-67
• 5.3.3 空管自動(dòng)化Agent界面67
• 5.3.4 管制員Agent界面67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 基于多Agent仿真的沖突風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估69-81
• 6.1 沖突風(fēng)險(xiǎn)的宏觀分析69-74
• 6.1.1 沖突類型分布69-70
• 6.1.2 沖突時(shí)間分布70
• 6.1.3 沖突扇區(qū)分布70-72
• 6.1.4 沖突場(chǎng)景識(shí)別72-74
• 6.2 沖突風(fēng)險(xiǎn)的微觀評(píng)估74-80
• 6.2.1 沖突風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)74-76
• 6.2.2 沖突風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估76-77
• 6.2.3 實(shí)例驗(yàn)證77-80
• 6.3 本章小結(jié)80-81
• 第七章 總結(jié)與展望81-82
• 7.1 總結(jié)81
• 7.2 展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 致謝87-88
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88-89
• 附錄89-93
• 附錄 1： 部分航班飛行計(jì)劃89-91
• 附錄 2： 部分沖突記錄91-93

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