低空救援空中交通调度指挥系统及其调度指挥方法
【专利摘要】本发明公开了一种低空救援空中交通调度指挥系统及其调度指挥方法，根据初始的航空器和物资分布信息，初始灾情信息，对于空中交通救援飞行计划和物资调度进行规划，获得航空器和物资的总调度方案确定救援总需求，在每个滚动的救援信息更新周期，通过信息熵对灾情信息融合实现短期灾情预测，采用模糊聚类算法建立灾区灾情的优先级划分，以空中交通信息和物资供需信息为约束，建立基于空中交通和物资信息的物资和航空器的调度模型，获取航空器和物资调度方案，本发明将空中交通信息和物资供需信息融入空中交通资源调度的决策中，提高航空救援资源调度的有效性和准确性。
【专利说明】低空救援空中交通调度指挥系统及其调度指挥方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低空救援空中交通调度指挥系统及其调度指挥方法，属于民航航 空救援领域。
【背景技术】
[0002] 在抗灾救援及处置突发事件的各项措施中，航空救援具有快速、高效、受地理空间 限制少等优势，是世界上许多国家普遍采用的最有效手段。在航空应急救援中，施救的航空 器在真高1〇〇〇米以下的低空运行环境由于受到地形环境、密集飞行等不确定因素的干扰， 以及对于航空运力资源和物资的优化调度缺乏统筹考虑，往往存在安全风险大、施救效率 低和实施不合理等问题。
[0003] 目前，对于基于空中交通和物资信息的低空救援空中交通调度指挥的研究主要存 在如下两个问题：
[0004] 第一，在航空救援的航空器和物资的优化调度研究方面，目前的救援物资调度研 究，一方面尽管有不少文献涉及物资调度模型，但并没有涉及救援信息变化和多物资下的 航空应急救援调度，另一方面，目前较少将航空器调度和物资调度结合考虑，并且没有划分 灾区灾情的优先级，以空中交通信息和物资供需信息为约束，建立基于空中交通和物资信 息的物资和航空器的调度模型和方法。
[0005] 第二，在基于空中交通和物资信息的低空救援空中交通调度指挥系统研究方面， 目前没有空中交通信息和物资信息的动态变化下，同时实现航空器救援飞行计划优化以及 航空救援物资和航空器优化调度方案的空中交通调度指挥系统，以至于存在航空器调度的 利用率低，物资需求分析及投放的准确性低的问题。
[0006] 具体参考文献如下：
[0007] 1、朱新平，基于工作流技术的机场应急救援系统研究，南京航空航天大学硕士论 文，2008年。
[0008] 2、尧丰，韩松臣，朱新平.低空空域综合管理系统软件架构研究，武汉理工大学学 报*信息与管理工程版，2010,32(2):257-260。
[0009] 3、尧丰，基于RUP的低空空域管理系统关键技术初步研究，南京航空航天大学硕 士论文，2010年。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种低空救援空中交通调度指挥系统及其调 度指挥方法，首先根据初始灾情信息及物资信息，设计总调度方案，然后，根据实时获取的 灾情及物资、航空器信息实时调整调度方案，解决了现有技术中航空器调度的利用率低，物 资需求分析及投放的准确性低的问题。
[0011] 本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
[0012] 低空救援空中交通调度指挥方法，包括如下步骤：
[0013] 步骤1、根据初始的航空器和物资分布信息，初始灾情信息，对于空中交通救援航 空器飞行计划和物资调度进行规划，并确定航空器和物资调度信息的总调度方案，设定滚 动的救援信息更新周期；
[0014] 步骤2、首先，在每个滚动的救援信息更新周期内，实时采集各灾区的灾情信息，并 采用信息熵的方法预测下一个救援信息更新周期的灾情信息，根据预测的灾情信息，预测 物资的需求信息，然后，对灾区进行分组，确定各灾区对物资的需求信息，最后，根据当前的 物资供应信息、航空器运力信息及各灾区对物资的需求信息，获取物资和航空器调度规划 方案；
[0015] 步骤3、将物资和航空器调度规划方案通过ADS-B地空数据链发布到各个航空器 中；
[0016] 步骤4、修正步骤1中的总调度方案中的航空器和物资调度信息，并将该航空器和 物资调度信息通过网络发布。
[0017] 所述步骤1包括：预先设定航空器的调度总架次冗1
【权利要求】
1. 低空救援空中交通调度指挥方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤1、根据初始的航空器和物资分布信息，初始灾情信息，对于空中交通救援航空器 飞行计划和物资调度进行规划，并确定航空器和物资调度信息的总调度方案，设定滚动的 救援信息更新周期； 步骤2、首先，在每个滚动的救援信息更新周期内，实时采集各灾区的灾情信息，并采 用信息熵的方法预测下一个救援信息更新周期的灾情信息，根据预测的灾情信息，预测物 资的需求信息，然后，对灾区进行分组，确定各灾区对物资的需求信息，最后，根据当前的物 资供应信息、航空器运力信息及各灾区对物资的需求信息，获取物资和航空器调度规划方 案； 步骤3、将物资和航空器调度规划方案通过ADS-B地空数据链发布到各个航空器中； 步骤4、修正步骤1中的总调度方案中的航空器和物资调度信息，并将该航空器和物资 调度信息通过网络发布。
2. 根据权利要求1所述低空救援空中交通调度指挥方法，其特征在于：所述步骤1包 括：预先设定航空器的调度总架次4
，航空器参与救援总时 间Z2
*其中，xfdrth为第f架航空器是否在第t天进行第h次由出救点d满载 运往受灾点c的出程飞行，如果是Xfdrth为1，否则为0, C为受灾点集合，F为航空器集合，D 为出救点集合，k为总调度周期，s为航空器调度次数，ta表示每天实际作业时间，k、s均为 正整数，航空器的调度总架次Zi、航空器参与救援总时间Z 2满足如下约束条件：
，其中r。为受灾点c调度周期内总的耐用品需求 架次，V。为受灾点c快速消耗品每天的消耗架次，k'为耐用品的调度周期，k'为正整数；
为受灾点c快速消耗品每天最大需求满足 度；
其中，b为航空器每天允 许的标准作业时间，ta为航空器每天实际作业时间，\为航空器所需装载时间，h为航空器 所需卸载时间，tf为航空器所需加油时间，
为q型航空器完成出程飞行所需时间，为 q型航空器完成出程飞行所需时间；
为第f架航空器是 否在第t天进行第h次由受灾点c到出救点d的入程飞行，如果是yfc;dth为1，否则为0 ;
其中，efd为第f架航空器是否在制定 调度计划前停靠在出救点d，如果是efd为1，否则为0, 为第f架航空器是否在第t-1 天的结束调度飞行任务后停靠在出救点d，如果是^^^为1，否则为0 ;;
，其中，vfdt为第f架航空器是否在第t 天结束调度飞行任务后停靠在出救点d，如果是vfdt为1，否则为0 ;
3.根据权利要求1所述低空救援空中交通调度指挥方法，其特征在于：所述步骤2包 括如下步骤： 步骤2-1、在每个滚动的救援信息更新周期内，实时采集各灾区的灾情信息，并采用信 息熵的方法预测下一个救援信息更新周期的灾情信息，预测模型为：
其中，Ζ>/(?)表示在给定时间间隔t灾区i对物资1的时变需求量；a1和每分别表示灾 区i对于物资1每人次平均小时需求量以及对应的缓冲需求，其中1分别对应快速消耗品 和耐用品；.+4; (?-表不在给定的时间间隔t- ε内灾区i对物资1的时变需求量；L表不 任意灾区连续两次物资分配预设的上限值；Rfnrcg和Rdura分别表示快速消耗品和耐用品两类 物资；Zh表示选定统计值，其对应的时变物资需求短缺率被设定为α ; δ Jt)表示在给定 的时间间隔t灾区i受困人数的估值；表示灾区i对物资1的时变需求量标准差； 步骤2-2、通过多准则模糊聚类方法对灾区进行分组； 步骤2-3、基于当前的物资供应信息、航空器运力信息及各灾区对物资的需求信息，建 立物资调度和航空器飞行计划的规划模型，获取物资和航空器调度规划方案，其中，物资调 度规划模型为：
航空器飞行计划的规划模型为：
其中，为各受灾点时变物资需求满足率，为物资配送的飞行总里程，Μ表示 分配中心的数量，索引为m ;Km表示分配中心m航空器架次，k为索引；ig为各个分组的受灾 点数目，的为决策变量，表示在时间间隔t由物资分配中心m运往受灾点i g物资1的 数量，(/)为受灾点ig物资1的需求量；nmk表示分配中心m处第k架航空器服务受灾点 个数，i为索引；Rmj表示分配中心m区域内第j条路径；rmji表示受灾点ig e g在分配中心 m中的路径j中的顺序为1，令1*_为配送中心，dig，ig，表示受灾点之间的距离，ig，ig' e g， dm，ig表示受灾点与分配中心之间的距离，m、k、1、i、i均为正整数。
4. 根据权利要求3所述低空救援空中交通调度指挥方法，其特征在于：所述步骤2-2 中通过多准则模糊聚类方法对灾区进行分组的具体过程如下： (1) 初始数据处理，根据灾区受灾程度设定五种紧急属性，分别为：很高、高、中等、低、 很低； (2) 模糊聚类分组， 首先，将五种紧急属性判别向量转化为二元数据，对于受灾点i，4Xl的紧急属性判别 向量为\⑴
其中为在时间间隔t内受灾点i该地 区的震级与烈度；W ￠#)为在时间间隔t内受灾点i受灾人数中伤亡人数的比例；vfp)为受 灾点i当前时间t与上一次救援时间的差值； 为在时间间隔t内受灾点i内的建筑物 的损毁程度； 其次，生成IX I维的模糊关联矩阵
，其 中I为受灾点个数，模糊关联矩阵中任意一个元素 wM(t)表示受灾点p和受灾点q之间的 相互关系的紧密程度，P、q为正整数， 最后，通过聚类将具有相似紧急程度的受灾点划分到同一紧急属性组中，确定分组结 果。
5. 根据权利要求3所述低空救援空中交通调度指挥方法，其特征在于：所述步骤2-3 中物资调度规划模型、航空器飞行计划的规划模型均满足如下约束条件： 总的物资配送量
其中， 每架航空器的最大载重量
每架航空器正常运输飞行状态下所能飞行的最大航程
，其中，
每条路径的受灾点的组成
航空器参与救援状况
对于任意受灾点，其任何时刻的配送量
其中仏表示物资1的 单位体积，Qmk、fmk、Cmk、vmk分别表示分配中心m处第k架航空器的最大载荷量、最大装载油 量，平均耗油率和平均飞行速度；Lm为分配中心m的援助受灾点数目，N为所有受灾点总数 目。
6.低空救援空中交通调度指挥系统，其特征在于：包括系统管理指挥终端、服务器、主 控模块、ADS-B工作站、飞行状态数据库、航空器机载终端，以及救援物资信息源；飞行状态 数据库通过ADS-B工作站接收航空器机载终端的空中交通信息，所述空中交通信息包括航 空器性能数据和位置数据，所述服务器包括飞行计划优化服务器、救援调度管理服务器，其 中，飞行计划优化服务器根据灾情信息、运力信息和物资信息，完成各个航空器初始路径集 的优化，并将优化的路径集提供给救援调度管理服务器，救援调度管理服务器包括救援物 资信息处理模块、航空器性能数据库、救援地理信息处理模块、应急预案规则库、救援调度 模块和救援仿真显示模块；救援调度管理服务器根据空中交通信息及救援物资信息处理各 模块的数据获取救援航空器和物资分布信息，并通过网络将救援航空器和物资分布信息传 输至远程救援客户端显示，低空救援空中交通调度指挥系统管理指挥终端根据权限修改救 援方案。
【文档编号】G06Q50/26GK104143170SQ201410361394
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】张明, 周毅, 王磊, 王硕, 李翔宇 申请人:南京航空航天大学