基于多Agent仿真的空中交通运行冲突风险评估

发布时间：2017-10-09 07:50

  本文关键词：基于多Agent仿真的空中交通运行冲突风险评估

  更多相关文章： 空中交通管制 多Agent系统 航迹生成 冲突探测与解脱 风险场景识别 冲突风险评估

【摘要】：近年来,空中交通需求日益增长,而现有的空中交通管制保障能力有限,需求与供给的矛盾日益突出。无论是调整现有交通系统中的空域结构、航路航线等元素还是采用新技术新概念都需要事先做安全评估,查找潜在的危险因素。空中交通系统属于复杂系统,利用计算机进行空中交通运行仿真是重要的研究手段。然而现有的仿真工具有两个不足,其一,基于单机的集中式仿真难以胜任大规模微观仿真;其二,传统的仿真系统难以模拟空中交通运行中多个实体之间的信息交互。针对这两个问题,本文研究了将分布式人工智能——多Agent技术应用于空中交通运行仿真,开发出基于多Agent的空中交通运行仿真原型系统,用以对我国空中交通运行中存在的冲突风险场景进行识别及评估。论文首先在对Agent理论研究的基础上,构建了基于多Agent的空中仿真系统的基本框架,详细设计了航空器Agent、空管自动化Agent和管制员Agent的内部结构以及三者之间的通信关系。然后,提出了基于BADA以及航空器意图的航空器轨迹生成模型。通过建立标准的航空公司爬升、下降、巡航剖面,联合气象因素,对航空器从起飞到落地的全过程的水平运动、垂直运动、推力阻力变化、构型变化、油耗等方面进行细致化描述。紧接着,在对实际管制实施流程进行总结的基础上,提出了基于航空器意图的冲突探测算法,并根据ICAO对航空器冲突类型的分类,设计每一类冲突的调配策略。针对如何模拟终端管制员常用的航迹引导策略,提出了基于历史轨迹聚类的管制意图探测算法,可以为终端区航空器之间的间隔调整以及排序提供备选方案。接下来,基于上述系统设计及关键技术建模,利用JADE平台,Java编程语言开发了仿真原型系统,该系统采用分布式结构,可以实现全国范围的空中交通微观仿真。最后,利用所开发的原型系统对全国一天航班运行进行了仿真。在对仿真过程中所记录的冲突数据分析的基础上,从宏观的角度对冲突的类型分布、时间分布、扇区分布进行了分析,并从同向、逆向、交叉冲突三个方面对风险场景进行了识别。针对具体冲突场景,定义了冲突率、冲突严重程度、冲突风险、总冲突风险等指标,从战术运行层面实现了对冲突风险的微观评估。
【关键词】：空中交通管制 多Agent系统 航迹生成 冲突探测与解脱 风险场景识别 冲突风险评估
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V355.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 研究现状15-17
• 1.2.1 冲突风险研究方面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的空中交通运行仿真19-30
• 2.1 Agent的理论与体系结构19-21
• 2.1.1 Agent的定义和属性19
• 2.1.2 Agent的体系结构19-21
• 2.2 多Agent系统简介21-23
• 2.2.1 多Agent系统概述21
• 2.2.2 多Agent系统的应用21
• 2.2.3 JADE框架研究21-23
• 2.3 关键Agent的设计及通信23-29
• 2.3.1 航空器Agent的设计23-25
• 2.3.2 空管自动化Agent的设计25-26
• 2.3.3 管制员Agent的设计26-28
• 2.3.4 Agent之间网络通信的设计28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 航空器轨迹生成模型30-40
• 3.1 航空器运动模型30-34
• 3.1.1 垂直运动模型30-31
• 3.1.2 水平运动模型31-33
• 3.1.3 参数模型33-34
• 3.2 航空器意图模型34-37
• 3.3 四维轨迹生成模型37-38
• 3.4 四维轨迹生成仿真38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 管制员的行为建模40-56
• 4.1 管制实施流程40-41
• 4.2 冲突的分类及其调配策略建模41-45
• 4.2.1 同航迹飞行冲突及调配41-43
• 4.2.2 逆向航迹飞行冲突及调配43-44
• 4.2.3 交叉航迹飞行冲突及调配44-45
• 4.3 基于历史数据聚类的管制意图构建45-52
• 4.3.1 雷达轨迹特征45-46
• 4.3.2 转弯点聚类46
• 4.3.3 雷达轨迹聚类46-47
• 4.3.4 平均航迹构造47-48
• 4.3.5 实例验证48-52
• 4.4 基于航空器意图的冲突探测52-55
• 4.4.1 冲突探测的输入参数52
• 4.4.2 冲突探测算法52-54
• 4.4.3 冲突探测算法的验证54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 基于多Agent空中交通运行仿真原型系统56-69
• 5.1 仿真环境构建56-61
• 5.1.1 开发环境56
• 5.1.2 数据库设计56-60
• 5.1.3 空域环境构建60-61
• 5.2 原型系统模块集成61-65
• 5.2.1 系统的主体结构61-62
• 5.2.2 系统的功能介绍62-63
• 5.2.3 系统的模块集成63-65
• 5.3 系统界面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 空管自动化Agent界面67
• 5.3.4 管制员Agent界面67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 基于多Agent仿真的冲突风险评估69-81
• 6.1 冲突风险的宏观分析69-74
• 6.1.1 冲突类型分布69-70
• 6.1.2 冲突时间分布70
• 6.1.3 冲突扇区分布70-72
• 6.1.4 冲突场景识别72-74
• 6.2 冲突风险的微观评估74-80
• 6.2.1 冲突风险指标74-76
• 6.2.2 冲突风险评估76-77
• 6.2.3 实例验证77-80
• 6.3 本章小结80-81
• 第七章 总结与展望81-82
• 7.1 总结81
• 7.2 展望81-82
• 参考文献82-87
• 致谢87-88
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文88-89
• 附录89-93
• 附录 1： 部分航班飞行计划89-91
• 附录 2： 部分冲突记录91-93

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本文编号：999017