[发明专利]一种基于Petri网的机场场面滑行仿真及优化方法

说明书

本申请提供一种基于Petri网的机场场面滑行仿真及优化方法，其特征在于，所述方法包括：依据Petri网模型，结合航空器在场面滑行时的运动行为，对每个机场滑行路径组成元素分别建立对应的赋时Petri网模型；根据每个赋时Petri网模型，结合机场的几何布局、机场运行规则，构建机场赋时Petri网模型；根据航空器滑行性能和机场运行规则，计算机场赋时Petri网模型中不同相邻库所之间的变迁时延；利用令牌在库所之间变迁，以所述变迁时延为基础，来仿真航空器在机场中滑行，获得初始滑行方案；通过对所述初始滑行方案进行算法优化，得到总滑行时间最小的滑行方案。

技术领域

本发明属于民用航空器空中交通管理技术领域，涉及一种基于Petri网的机场场面滑行仿真及优化方法。

背景技术

伴随着国内经济的高速发展，中国民航的总起降架次、总吞吐量等数据指标稳步提升，也逐步形成了众多大中型机场，截止2020年，国内千万级吞吐量机场已经达到39个，更有北京首都、上海浦东、广州白云等“巨无霸”枢纽机场，这些机场起降架次高，跑道、滑行道、停机位等场面结构错综复杂，对机场、空管等保障部门提出了更高的要求。

洞察上述大型机场的场面运行效率，以出港准点率为例，历月数据基本分布在60％至70％之间，而同为大型枢纽机场的日本新千岁机场出港准点率达到了90％以上，不难得出，国内中大型机场的场面运行效率亟待提升。

提升航空器场面运行效率行之有效的方法之一是提高空管自动化水平，使用优化算法决策来替代当前管制员人工决策的过程，而实现这一功能的基础是建立具有高度可行性、准确性的场面滑行仿真模型，进而通过算法优化，向管制员提供路径建议。目前提升场面运行效率的研究主要集中在全滑行过程路径规划、滑行开始时间优化等方面，然而这些方法缺少对不同机型性能、机场运行规则、管制实施流程、滑行运动细节等的考量，在仿真模型层面仍有许多改进空间。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于Petri网的机场场面滑行仿真及优化方法，其通过Petri网建模形象化表示机场的几何布局和运行约束，并依据航空器滑行性能计算Petri网库所的令牌变迁时延，能够为管制员提供场面多架航空器的无冲突滑行路径，其规划的路径符合场面运行规则、航空器滑行习惯，可靠性高，更优的是可以通过算法，优化使航空器的总滑行时间最小。

本申请提供一种基于Petri网的机场场面滑行仿真及优化方法，所述方法包括：

依据Petri网模型，结合航空器在场面滑行时的运动行为，对每个机场滑行路径组成元素分别建立对应的赋时Petri网模型；

根据每个赋时Petri网模型，结合机场的几何布局、机场运行规则，构建机场赋时Petri网模型；

根据航空器滑行性能和机场运行规则，计算机场赋时Petri网模型中不同相邻库所之间的变迁时延；

利用令牌在库所之间变迁，以所述变迁时延为基础，来仿真航空器在机场中滑行，获得初始滑行方案；

通过对所述初始滑行方案进行算法优化，得到总滑行时间最小的滑行方案。

具体的，对每个机场滑行路径组成元素分别建立对应的赋时Petri网模型，具体包括：

建立Petri网模型N＝(P,T,F)，包含四类元素：库所、变迁、有向弧和令牌，其中，P＝{p₁,p₂,...,p_n}表示库所集合，T＝{t₁,t₂,...,t_m}表示变迁的集合，F表示有向弧关系；

将Petri网模型N＝(P,T,F)，结合时间变量Γ构建赋时Petri网模型：TPN＝(P,T,F,M,Γ)＝(PN,Γ)，其中，Γ表示添加在库所或变迁上的时间戳；

确定机场滑行路径组成元素的种类；