[发明专利]一种基于改进的局部搜索策略的空中交通流量调控方法

说明书

技术领域

本发明提出一种新的局部搜索策略，可以处理多目标大规模组合优化问题，是一种基于改进的局部搜索策略的空中交通流量调控方法。 

背景技术

近年来我国的民航运输业取得了突飞猛进的发展，随着空中飞机数量的不断增多，空域拥挤问题变得日益严重，不仅降低了飞行的安全性，而且给民航带来了巨大的经济损失。空中交通流量管理是解决空中交通拥挤最为有效和经济的手段，通过改变飞机的起飞时间、飞行路径达到流量调控的目的，从而降低空中交通拥挤度，提高了空域的利用率。 

早期的空中交通流量调控方法主要是针对局部区域采取措施，尤其是在终端区，这种方法在一开始取得了很好的效果，但是局部调整的缺点是很少考虑各个区域之间的关联性，随着飞机数量的剧增，各部分区域之间的关联性增强，这种方法已经难以取得令人满意的效果。为了解决这个问题，广域空中交通流量调控的方法逐渐引起了人们的注意，这种方法的一个突出特点就是考虑了整个空域中的飞机，因此问题的规模非常大，而且在做问题优化时要同时考虑安全性和经济性，所以这是一个多目标大规模组合优化问题。传统的遗传算法在解决多目标组合优化问题时已经表现出了一定的优势，但是在处理大规模的多目标组合优化问题时搜索能力有限，容易陷入局部最优。 

发明内容

本发明针对空中交通流量大规模的特点，根据协同进化的思想先将大问题划分成多个小问题，通过对每个小问题的进化最终完成对大问题的进化，而且在问题的划分过程中采用了动态分组的策略，使关联性强的问题能够分到同一个组中，在每个子问题的进化过程中采用了差分进化的方法，并且引入了浓度调节机制，提高了非支配解的多样性，为了增加对解空间的搜索能力，这里引入了局部搜索策略，而且针对问题大规模的特点改进了传统的局部搜索策略，实验证明能够找到比传统方法更优的解。 

本发明提供一种基于改进的局部搜索策略的空中交通流量调控方法，所述方法假设， 

（1）所有的飞机的飞行速度都一样，而且在飞行过程中保持不变； 

（2）所有飞机的起飞时刻都是一个含有有限个元素的集合； 

（3）所有飞机的飞行路径在一定的范围内可选； 

（4）同一个起止点之间的飞机，可选路径集合是一样的； 

基于上述假设，所述空中交通流量调控方法包括如下步骤： 

第一步，根据约束条件确定目标函数： 

第一个是空中交通拥挤度的目标函数，表示为： 

其中，表示扇区S_k在时间T内的总拥挤度，表示扇区S_k在时间T内的最大拥挤度，P表示扇区的数量，φ和是介于0到1之间的权重系数； 

第二个目标函数即起飞时刻延误和额外飞行路径的目标函数，表示为： 

y2=Σi=1Nδ(i)2]]>

其中，N代表飞机数量；δ(i)表示总的延误； 

第二步，根据合作型协同进化算法对空中交通流量进行调控。 

本发明的优点在于： 

（1）本发明采取协同进化的思想，运用动态分组的策略处理大规模组合优化问题，取得了良好的效果； 

（2）本发明提出了一种新的局部搜索策略，加强了对解空间的搜索能力，同时在进行非支配解集的更新时提出了一种浓度调节机制方法，提高了非支配解的多样性； 

（3）本发明能够解决广域范围内的空中交通流量调控，比传统的遗传算法能够得到更为满意的结果。 

附图说明

图1a和图1b是中国航路网模型与中国空域扇区划分示意图； 

图2为染色体编码结构示意图； 

图3为合作型协同进化算法示意图； 

图4为本发明提供的基于改进的局部搜索策略的空中交通流量调控方法流程图。 

图5为局部搜索操作示意图。 

具体实施方式