基于遗传算法的航空器地面路径规划研究

【类型】学位论文

【作者】刘成 

【关键词】 Petri网 遗传算法 路径规划 建模 机场场面

【摘要】随着经济全球化的逐步扩展,促进了全球民航运输的快速发展,尤其是对经济新型体国家提供了更强大的发展动力。随着我国加入WTO以来,国际贸易业务地持续增长为国际民航运输业务带来广阔前景。尤其枢纽机场航空器的起降架次明显提升,这就对机场的运行效率提出较高要求。为了满足更多航空器在场面同时滑行,仅依赖管制员人工安排指定滑行路线已经难以满足这需求。采用智能的路径规划为进离港航空器分配滑行路线,确保航空器高效、快速、安全地滑行。航空器路径规划问题需要从对机场场面建模与选用相应路径规划算法着手。在建模方面,相关学者主要采用有向图建模与Petri网建模,机场场面通过有向图建模方法构建的模型,此模型虽然一定程度反应场面各滑行段的衔接关系,航空器在场面滑行的管制规则约束能力不能够进行体现。有向图建模通常是将机场场面交通系统抽象场节点-线的组成方式,节点一般代表着滑行道交叉口,线代表着滑行路段,同时有加上权重对此滑行路段的属性描述。Petri网建模工具是一种可以表达更复杂的离散事件的动态系统,对场面结构利用Petri网的特性进行分析,进而对机场场面活动区域划分成几个子区域,然后分别对子区域进行Petri网建模,之后对Petri描述重新定义,建立机场场面活动模型。在路径规划算法方面,选用智能算法中的遗传算法,进行路径规划算法的问题求解。基于Petri网模型的基础上,将遗传算法与Petri融合,可以有效地对进离港滑行路径合理的规划安排。本文主要研究部分包括：1.Petri网建模,对机场场面结构的物理特性,以及场面滑行管制规则约束等要求来定义Petri元素,同时将整个活动区域分割成几个子区域,分别完成子区域的Petri元素定义,最终采用面向对象的建模方式更能形象描述场面活动状态,此Petri网形式化方法更加适合于具有离散性、分布性、并发性等系统的完整建模。2.路径规划算法,对路径规划方面常用的优化目标综合考虑,建立以总时间最少并且权重冲突的因素的目标函数作为对路径规划问题进行来求解,遗传算法与Petri网构建的机场模型有效结合,通过染色体编码与Petri变迁序列结合对应等方式,最后计算出其最优滑行路径提供给进离港航空器。3.仿真分析,基于上面的建模与算法研究,利用Matlab平台对南京禄口机场某一时刻航班进行路径规划的研究,验证模型和算法的合理性与有效性。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】中国民用航空飞行学院

【学位授予年度】2016

【导师姓名】刘昌忠，孔金凤

【读秀链接】读秀链接