一种基于复杂度的空中交通冲突管理方法和装置与流程

技术特征：

1.一种基于复杂度的空中交通冲突管理方法，其特征在于，所述方法包括：

在检测到目标扇区有进入飞机时，根据飞机进入所述目标扇区后所述目标扇区中原有飞机对应的管制活动量，绘制所述目标扇区对应的复杂度的计算图；其中，所述管制活动量系指为解脱所述进入飞机带来的任何冲突，所述目标扇区内的原有飞机做出的航向角改变总量；所述复杂度的计算图系指所述目标扇区中包括所述进入飞机的所有飞机形成的空中交通复杂程度的分布图；

对于所述复杂度的计算图中的冲突区域，计算所述冲突区域中的冲突最小的最优路径；

选择所述最优路径对应的进入点为所述进入飞机进入所述目标扇区的最优进入点，以便所述进入飞机根据所述最优进入点进入所述目标扇区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述进入飞机进入所述目标扇区后所述目标扇区中原有飞机对应的管制活动量，绘制所述目标扇区对应的复杂度的计算图，包括：

按照以下公式计算所述进入飞机的进入角E和方位角B：其中，二进制变量n₁和n₂使所述进入飞机的进入点领域保持为-π≤B≤π且0≤E<2π；E表示进入角；B表示方位角；上标E表示进入飞机；

按照以下公式计算所述进入飞机的航行轨迹变化曲线：其中，表示航行轨迹变化曲线的横坐标，表示航行轨迹变化曲线的纵坐标；V表示所述进入飞机的飞行速度，且该速度为定值；上标I表示所述目标扇区内的所述进入飞机；k表示所述目标扇区内的任意一架飞机；t表示所述目标扇区内的任意一时间；

根据所述进入飞机的进入角E、方位角B以及所述进入飞机的航行轨迹变化曲线，计算绘图函数Φ：其中，Φ表示绘图函数；

根据计算的所述绘图函数，绘制所述目标扇区对应的复杂度的计算图。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对于所述复杂度的计算图中的冲突区域，计算所述冲突区域中的冲突最小的最优路径，包括：

对于所述复杂度的计算图中的冲突区域，按照混合整数线性规划对应的计算公式计算所述目标扇区内原有飞机的航向角改变量Δθ：for k＝2,…N；

根据所述原有飞机的航向角改变量Δθ，计算所述冲突区域中的冲突最小的最优路径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据计算的所述绘图函数，绘制所述目标扇区对应的复杂度的计算图，包括：

采用方差四叉树绘图算法对所述绘图函数进行求解，以根据求解结果绘制所述目标扇区对应的复杂度的计算图。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用方差四叉树绘图算法对所述绘图函数进行求解，以根据求解结果绘制所述目标扇区对应的复杂度的计算图，包括：

第1步：将X-Y坐标系中的表示进入飞机的进入点的圆弧转换为E-B坐标系中的四方形；

第2步：按照所述四方形的网格尺寸δ来划分搜索空间S；

第3步：计算每个离散点(E、B)上的管制活动量C，并绘制对应的复杂度；

第4步：将复杂度转换成二进制点阵，其中每个点都有两种表达式：C＝0或≠0(即C＝1)；

第5步：针对空间S中每一个四方格来计算方差Q；所述方差Q的计算方法包括：

第6步：重复第3-5步，直至细分区域中的所有Q都为零，或是直至网格尺寸缩小到被设定为1度的最小网格尺寸为止；

第6步对应的绘制的复杂度即为最终的所述目标扇区对应的复杂度的计算图。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，表示进入飞机的进入点的圆弧通过以下方法得到：

获取所述目标扇区边界上，所述进入飞机可以到达的进入点P₁和P₂；

确定所述进入点P₁和P₂对应的圆弧为表示所述进入飞机的进入点的圆弧；其中，P_s和P_f分别为进入飞机在时间t＝0和t＝T时的位置；所述圆弧对应的进入角E的范围是：EP₁≤E≤EP₂。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，混合整数线性规划对应的计算公式for k＝2,…N的计算方法，包括：

根据以下公式计算所述目标扇区内所有冲突得到解脱的每架飞机的航向角θ_i：其中和Δθ_i分别代表每架飞机的初始航向角和航向角变化量；

根据以下公式计算所述目标扇区内每架飞机的相对航向角：q_a/b＝θ_a-ψ_ab+2πsgn(ψ_ab)b_ab，q_b/a＝θ_b-ψ_ab+2πsgn(ψ_ab)b_ba；其中，ψ_ab是飞机与横轴之间连线的角度，b_ab和b_ba是范定以下域的二进制变量：-π≤q_a/b≤π,-π≤q_b/a≤π；

根据以下公式计算所述目标扇区内每两架飞机之间发生冲突所必需的最小安全角θ_m：其中，D_ab系指两架飞机之间的距离，r则是两架飞机之间的安全半径；

根据所述目标扇区内每架飞机的相对航向角θ_i、每架飞机的相对航向角和所述最小安全角θ_m，得到所述混合整数线性规划对应的计算公式for k＝2,…N。

8.一种基于复杂度的空中交通冲突管理装置，其特征在于，所述装置包括：

复杂度图绘制模块，用于在检测到目标扇区有进入飞机时，根据所述进入飞机进入所述目标扇区后所述目标扇区中原有飞机对应的管制活动量，绘制所述目标扇区对应的复杂度的计算图；其中，所述管制活动量系指为解脱所述进入飞机带来的任何冲突，所述目标扇区内的原有飞机做出的航向角改变总量；所述复杂度的计算图系指所述目标扇区中包括所述进入飞机的所有飞机形成的空中交通复杂程度的分布图；

最优路径计算模块，用于对于所述复杂度的计算图中的冲突区域，计算所述冲突区域中的冲突最小的最优路径；

最优进入点选择模块，用于选择所述最优路径对应的进入点为所述进入飞机进入所述目标扇区的最优进入点，以便所述进入飞机根据所述最优进入点进入所述目标扇区。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述复杂度图绘制模块，包括：

第一计算单元，用于按照以下公式计算所述进入飞机的进入角E和方位角B：其中，二进制变量n₁和n₂使所述进入飞机的进入点领域保持为-π≤B≤π且0≤E<2π；E表示进入角；B表示方位角；上标E表示进入飞机；

第二计算单元，用于按照以下公式计算所述进入飞机的航行轨迹变化曲线：其中，表示航行轨迹变化曲线的横坐标，表示航行轨迹变化曲线的纵坐标；V表示所述进入飞机的飞行速度，且该速度为定值；上标I表示所述目标扇区内的所述进入飞机；k表示所述目标扇区内的任意一架飞机；t表示所述目标扇区内的任意一时间；

第三计算单元，用于根据所述进入飞机的进入角E、方位角B以及所述进入飞机的航行轨迹变化曲线，计算绘图函数Φ：其中，Φ表示绘图函数；

复杂度图绘制单元，用于根据计算的所述绘图函数，绘制所述目标扇区对应的复杂度的计算图。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述最优路径计算模块，包括：

第四计算单元，用于对于所述复杂度的计算图中的冲突区域，按照混合整数线性规划对应的计算公式计算所述目标扇区内原有飞机的航向角改变量Δθ：for k＝2,…N；

第五计算单元，用于根据所述原有飞机的航向角改变量Δθ，计算所述冲突区域中的冲突最小的最优路径。