基于快速凸包算法的4D航迹规划研究

发布时间：2020-04-16 11:16

【摘要】：随着科技和经济的蓬勃发展,全球航空运输需求日益增长,民用航空器数量和空中交通流量的持续不断增加导致空中交通网络日趋拥挤,现有空中交通管理面临着严峻的挑战。4D航迹规划(4D Trajectory Planning)作为未来基于轨迹运行(Trajectory Based Operation,TBO)的关键技术,被广泛关注与研究。本文主要围绕4D航迹规划中航空器改航(Rerouting)策略及多航空器的冲突探测与解脱(Conflict Detection and Resolution,CDR)问题进行研究,创新性地将快速凸包算法(Quickhull Algorithm)应用于航空器4D航迹规划中,为4D航迹规划提供了一种全新的解决方案。凸包(Convex Hull)由于其特殊性质被广泛应用于路径规划问题中,但在航迹规划问题中仍研究尚少。本文对凸包及其相关概念进行了介绍,并将Jarvis步进法、Graham扫描法、增量法和分治法等经典凸包算法进行了对比分析,说明快速凸包算法在航迹规划问题中的应用优势。在航空器改航策略中,快速凸包算法用于航迹空间的简化,使其复杂度大大下降。然后,采用快速凸包思想确定可行域搜索范围,相比于传统算法,此算法在保障飞行安全的基础上提高了空域的利用率,优化了Dijkstra最短路径搜索算法的可行域空间。在多航空器的冲突探测与解脱问题中,我们考虑航空器可能发生的机动组合,并利用快速凸包算法生成凸包以描述航迹预测过程中的不确定性。通过凸包间的相交情况,航空器的冲突情况得以判断。最后通过约束条件与航迹评价函数构建航空器冲突解脱模型,并采用分支限界法(Branch and Bound Algorithm)进行冲突解脱。仿真实验表明,本算法对航空器冲突解脱问题具有高效性及鲁棒性。
【图文】：

绍了快速凸包算法，，并将其进行对比分析，说明快速凸包算法杂。其相关概念的定义与性质何中，凸集是在凸组合下闭合的仿射空间的子集，见定义 2-1。-1 设集合 ，若对于任意两点 ，及实数 （ 为凸集。称，对于集合内的任意两点连接形成的线段，其每一个点都仍在为一个凸集和一个非凸集的对比。我们可以看到，对于非凸集合不属于原集合。

当 中任意有限个点的凸组合仍在 中向量空间 中，设点集 ， 中凸包[38]，记为 ，见公式 2.1。所有包含 的凸集的交集。在二维欧几有点的最小凸多边形。如图 2-2 所示的橡皮圈。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V355.1;O221

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 姜勇彪;吴志春;郭福生;朱志军;;江西石城县通天寨龟裂凸包景观成因初探[J];东华理工大学学报(社会科学版);2013年03期

2 陈奇;陈慧;;旋转坐标系解凸包问题的方法研究[J];中国新通信;2012年15期

3 张飞涟,裴峗;旅行推销员问题的凸包收缩法[J];数学理论与应用;2004年01期

4 宁齐;求最小权无三角形完美2-匹配的O(|V|~3)算法[J];系统科学与数学;1988年02期

5 陈向平;应道宁;;一个快速的多边形凸包求取算法[J];计算机工程与应用;1988年05期

6 邹中柱;;凸函数类凸包中函数星形性的半径[J];湖南师范大学自然科学学报;1989年02期

7 王钲旋;;对《一个快速的多边形凸包求取算法》的修改[J];计算机工程与应用;1989年06期

8 柴光耀;孙长敬;单越康;;基于新型凸包法的平面度误差评定[J];组合机床与自动化加工技术;2016年04期

9 刘人午;杨德宏;李燕;谌柯;;一种改进的最小凸包生成算法[J];大地测量与地球动力学;2011年03期

10 程三友;李英杰;;一种新的最小凸包算法及其应用[J];地理与地理信息科学;2009年05期

相关会议论文 前3条

1 沈雪松;;窄边距深凸包门类零件的加工工艺[A];第九届机械加工技术学术年会论文集[C];2004年

2 吴芳;;锥台形凸包的冲制加工[A];第九届机械加工技术学术年会论文集[C];2004年

3 马天;黄建国;陈建峰;;WSN监测系统中声压分布二维可视化研究[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年

相关博士学位论文 前10条

1 吴雪刚;凸包算法和最近子空间分析及其在人脸识别中的应用[D];重庆大学;2014年

2 叶云;保护私有数据的合作计算问题及其应用研究[D];中国科学技术大学;2012年

3 Daoussa Daniel;完全交曲面陈示性数的凸包[D];华东师范大学;2015年

4 刘润宗;模式识别领域中形变不变量的若干关键问题研究[D];重庆大学;2012年

5 邢昌元;几何不变量特征提取算法研究及应用[D];重庆大学;2015年

6 王璞;基于遗传规划的分类算法研究[D];中国科学技术大学;2013年

7 李东宸;海杂波中小目标的特征检测方法[D];西安电子科技大学;2016年

8 李俊;服务网络中服务协同的可信机制与算法研究[D];浙江大学;2012年

9 孙茂华;安全多方计算及其应用研究[D];北京邮电大学;2013年

10 刘沛;多累积量联合的调制方式识别方法[D];西安电子科技大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 周鑫;含预压缩式凸包的倒置内转高超声速进气道设计与分析[D];国防科技大学;2017年

2 武伟璐;基于快速凸包算法的4D航迹规划研究[D];中国民航大学;2019年

3 杨世伟;基于GPU的稀疏矩阵向量乘和凸包算法研究[D];南京邮电大学;2019年

4 惠凯;基于凸包背景先验和目标先验的显著性检测[D];上海师范大学;2019年

5 陶鑫;基于凸包聚类和DS证据理论的显著性检测[D];大连理工大学;2018年

6 宫帅;凸包引导的蚁群算法在路径优化问题上的应用研究[D];合肥工业大学;2018年

7 蔺东杰;街面围堵系统中二维凸包算法的研究[D];河南大学;2017年

8 李志;快速三维凸包算法的研究与改进[D];上海师范大学;2011年

9 郑福玉;凸包型仿生表面设计及水砂磨损行为[D];吉林大学;2006年

10 常原;凸包几何结构仿生土壤镇压辊[D];吉林大学;2014年

本文编号：2629715