Метод багатокритеріального розв’язання конфліктної ситуації між двома повітряними суднами у тривимірному просторі на основі динамічного програмування

Denys Vasyliev

Анотація


Мета: Глобальні тенденції зростання інтенсивності повітряного руху обумовлюють збільшення кількості конфліктних ситуацій між повітряними судами. Актуальною проблемою є розробка нових методів розв’язання конфліктних ситуацій, які повинні забезпечувати синтез безконфліктних траєкторій у тривимірному просторі у відповідності до різних критеріїв ефективності польотів. Методи: Розроблено метод багатокритеріального розв’язання конфліктної ситуації між двома повітряними суднами із застосуванням маневрування зміною курсу, швидкості та висоти польоту. Описаний метод на основі динамічного програмування забезпечує синтез оптимальної безконфліктної траєкторії відповідно до критеріїв регулярності, економічності польотів та складності маневрування. Наведено рівняння багатокритеріального динамічного програмування для визначення множини Парето-оптимальних оцінок безконфліктних траєкторій у неперервній та дискретній формі. Синтез Парето-оптимальних безконфліктних траєкторій здійснюється із застосуванням прямої процедури дискретного багатокритеріального динамічного програмування. Моделювання траєкторій польоту виконується із використанням спеціальної моделі керованого руху повітряного судна. Вибір оптимальної безконфліктної траєкторії з множини Парето-оптимальних виконується із застосуванням згортки критеріїв оптимальності. В рамках методу визначено наступні процедури: прогнозування порушень мінімумів ешелонування; дискретизації станів та керувань, інтерполяції оцінок ефективності траєкторій за встановленими критеріями оптимальності. Результати: Дослідження запропонованого методу виконано шляхом комп’ютерного моделювання, результати якого показали, що розрахована оптимальна безконфліктна траєкторія забезпечує усунення конфліктної ситуації та відповідає встановленим критеріям оптимальності. Обговорення: Основними перевагами методу є: застосування маневрів по зміні курсу, швидкості та висоти польоту для усунення конфлікту; багатокритеріальна оптимізація безконфліктних траєкторій; застосування динамічного програмування, що підвищує обчислювальну ефективність. Запропонований метод може бути використаний при розробці засобів розв’язання конфліктних ситуацій для автоматизованих систем управління повітряним рухом.


Ключові слова


багатокритеріальна оптимізація; безпека польотів; динамічне програмування; повітряне судно; розв’язання конфліктної ситуації; управління повітряним рухом

Посилання


Eby, M.S. A Self-Organizational Approach for Resolving Air Traffic Conflicts. The Lincoln Laboratory Journal. - 1994. - Vol. 7 (2). - P. 239-254.

Eby, M.S.; Kelly, W.E. Free Flight Separation Assurance Using Distributed Algorithms. Proc. of IEEE Aerospace Conf., Snowmass. - 1999. - P. 429-441.

Kosecka, J.; Tomlin, C.; Pappas, G.; Sastry, S. Generation of Conflict Resolution Maneuvers for Air Traffic Management. Proceedings of The 1997 IEEE/RSJ International Conference On Intelligent Robot And Systems. - 1997. - Vol.3 - P. 1598 - 1603.

Zeghal, K. A. Review of Different Approaches Based on Force Fields for Airborne Conflict Resolution. Proc. AIAA Guidance, Navigation, and Control Conf. - Boston, 1998. - P. 818-827.

Bicchi, A; Pallottino, L. On Optimal Cooperative Conflict Resolution for Air Traffic Management Systems. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. - 2000. - Vol. 1, No. 4.– P.221-232.

Hu., J.; Prandini, M.; Sastry, S. Optimal Maneuver for Multiple Aircraft Conflict Resolution: A Braid Point of View. Proc. of the 39th IEEE conf. on decision and control. - Sydney. - 2000. - Vol. 4. - P. 4164-4169.

Hu, J.; Prandini, M.; Sastry, S. Optimal Coordinated Maneuvers for Three Dimensional Aircraft Conflict Resolution. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. - 2002. - Vol. 25, No. 5 - P. 888-900.

Cetek, C. Realistic Speed Change Maneuvers for Air Traffic Conflict Avoidance and their Impact on Aircraft Economics. International Journal of Civil Aviation. - 2009. - Vol. 1 (1). - P. 62-73.

Cafieri, S.; Durand, N. Aircraft deconfliction with speed regulation: new models from mixed-integer optimization. Journal of Global Optimization. - 2014. - Vol. 58(4). - P. 613-629.

Ehrmanntraut, R.; Christien, R. Analysis of Aircraft Conflict Geometries in Europe. Digital Avionics Systems Conference, 24-28 Oct. 2004. - Vol.1 - P. 3.E.2-1– 3.E.2-7

Paglione, M.M.; Santiago, C.; Crowell, A.; Oaks, R.D. Analysis of the Aircraft to Aircraft Conflict Properties in the National Airspace System. AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, 18-21 August 2008, Honolulu, Hawaii.

Vasyliev, D.V. Multi-Objective Synthesis of Conflict-Free Aircraft Trajectories. Science-based Technologies. - 2014. - 1. - P. 37-40. (in Ukrainian)

Bellman, R. Dynamic Programming. - Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1957, Six Printing, 1972.

Kogan, D.I. Dynamic Programming and Discrete Multi-Objective Optimization: Tutorial. - Nizhny Novgorod: Publishing House of Nizhny Novgorod State University, 2005. - 260 p. (in Russian)

Vasyliev, D.V. Mathematical Model of Controlled Aircraft Motion for Analysis of Air Navigation Service Processes. Systems of Arms and Military Equipment. - 2013. - 2. - P. 63-67. (in Ukrainian)

Vasyliev, D.V. Model of Multi-Objective Selection of Trajectories for Aircraft Conflicts Resolution. Systems of Information Processing. - Kharkiv: KhUAF, 2013. - Issue 4 (111). - P. 85-88. (in Ukrainian)


Повний текст: PDF

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


ISSN 2306-1472 (Online), ISSN 1813-1166 (Print)

Передплатний індекс 86179

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License.

Ulrich's Periodicals DirectoryIndex CopernicusDOAJSSMРИНЦWorldCatCASEBSCOCrossRefBASEDRIVERНаціональна бібліотека ім. ВернадськогоНауково-технічна бібліотека НАУ