智能算法在空中交通管理中的應用

何黎敏

中國民用航空西南地區空中交通管理局云南分局 昆明 650200

智能算法在空中交通管理中的應用

何黎敏

中國民用航空西南地區空中交通管理局云南分局 昆明 650200

隨著現行空中交通事故發生概率的增加，要求空中交通管理工作水平進一步提高。尤其空域利用率當前表現不高的現狀，單純依靠以往空中管制方式與設備很難從根本上緩解緊張的空中交通形勢，要求引入現代適合航空業發展的管理方式以及相關設備等。本文主要對空中交通管理的相關概述、智能算法應用下對交通管理提出的要求以及管理工作中智能算法的應用設計進行探析。

智能算法；空中交通管理；應用

前言

盡管近年來發展中我國航空領域中的相關管理工作逐漸完善，但從整體表現現狀看，無論空管方面應用的設備或對空域的設計以及相關研究方面仍具有一定的滯后性，加上空管相關工作人員綜合素質較差，容易造成空難事故。對此現狀，在長期研究實踐中發現，為促進交通管理工作的進一步完善，避免出現交通飛行沖突以及人為因素影響程度擴大，通過智能算法的引入能夠使飛行沖突的問題得到很好的解決。因此，對空管工作中智能算法運用分析具有十分重要的意義。

一、空中交通管理的相關概述

（一）空管工作的相關介紹

空管工作是為保證交通只需得以維護且不會發生安全事故的集空域與流量管理以及交通服務于一體的措施。其中在空域管理方面，其目標在于對當前空域的整體結構進行分析，保證空域的利用更為合理且可符合用戶基本需求。而流量管理主要指流量趨向于飽和狀態條件下，需采取流量調整的相關措施，可使空域方面或機場方面交通更為順暢。交通服務則指將空中交通具體情況、航空器飛行中的情報等向管理部門傳輸，管理部門根據具體信息采取相應的協調措施。另外，對空中交通管制根據管制區域的具體類型，可將其細化為區域、進近以及塔臺三種類型的管制。三者所執行的任務存在一定的差異，如進近的作用在于實現本場飛機的接送，并承擔區域與塔臺二者關系的協調，區域的作用體現在對航空器執行具體調度工作，而塔臺在航空器進行升降過程以及滑行中起到關鍵的作用。

（二）知識庫與智能算法的相關研究

當前用于航空領域管理工作中的知識庫主要體現在數據庫與文件兩方面的管理，前者側重于存儲與管理且在安全程度與保密程度方面較高，而后者主要利用文件形式使知識信息在系統中進行存儲，操作過程極為簡便，但也存在一定的缺陷如難以管理以及訪問速度較慢等。空管工作中通常構建知識庫過程中主要考慮三方面問題，包括：第一，知識獲取，主要指相關專家通過對航空器飛行的現狀以及現行飛行的相關規定形成相關的知識，由知識庫操作人員進行知識的進一步整理與分析，該過程便為知識的獲取。第二，知識表示，主要通過設計數據結構，使所獲取的知識能夠進行計算機相關代碼的轉化并存儲于系統中，一般用于表示空中交通管制知識的方式多以事例為主。第三，知識推理，該部分應用的原理在于使系統在推理方面模擬人類推理，結合知識庫中現有知識獲取新信息。另外在智能算法理論方面，空管工作的應用集中體現在模擬退火、蟻群以及遺傳等方面的算法內容[1]。

二、空管工作在智能算法應用下的具體要求

智能算法應用下，空管工作的相關要求可歸納為四方面，即：第一，對空域的管理。該部分管理工作又可具體細化為：①靜態管理，負責分析可能存在的航空器飛行沖突問題并判斷管制員壓力負荷，以此為依據完成管制處理方案的制定；②容量管理工作，其負責分析當前空域安全程度、空域的整體結構現狀以及氣候因素，確保容量的制定符合空域實現最大使用效益目標的要求；③動態管理，可實時將當前空域的利用現狀進行發布，結合具體管理規則對空域使用的申請進行審批。④平戰與邊境的管理，主要對空域中可能出現的特殊事件如過域飛行等制定相關的方案。第二，對流量的管理工作。該部分管理首先會針對目前交通流量進行問題的發現，在此基礎上預測后期流量管理過程中需考慮的包括航線、航路等問題。在航空器實際飛行前會將流量管理的具體信息向管制部門發送以便于進行具體的管理工作。最后，對飛行當天流量進行分析并形成相應的飛行計劃。第三，識別航空器，如雷塔信號的應用、衛星站的構建以及ADS管制系統的引入都可判斷航空器飛行相關數據參數，以此實現空域利用率提高的目標。第四，沖突解脫，通常航空器飛行過程中可能發生相撞問題，需利用高度調配的方式使航空器在高度、速度等方面進行不同的分配，但實際解脫決策制定中應注意飛行狀態的改變應控制在最小范圍內[2]。

三、空管工作中智能算法的應用設計研究

空中交通管理中大多主要考慮的為沖突解脫方面的問題，因此在智能算法應用前首先需進行知識庫系統的構建。根據現行飛行相關規則，在知識庫構建中可引用產生式規則，這樣可結合數據庫管理系統中的相關功能如設置用戶權限或信息的存儲與管理等，保證流量、空域以及其他管制信息在系統中體現。但實際發生飛行沖突問題時，知識庫系統可能無法為解脫決策制定提供具體借鑒，所以引入智能算法，以蟻群算法應用為例，解脫具體程序主要體現在進行初始化參數的設定并在初始位置出進行螞蟻的布置，此時通過各節點螞蟻的表現將其產生的解進行判斷，這樣在一定的約束條件下便可構建函數，以此函數為依據完成解脫程序的制定。另外，在模擬退火與遺傳算法應用在原理上與蟻群算法較為相似，主要通過數學模型的構建，使飛行沖突問題發生時解脫程序得以優化[3]。

結論

空管工作中智能算法的應用是保證航空器安全飛行的重要途徑。實際應用過程中應正視空管工作以及智能算法的內涵，根據智能算法對空管工作的相關要求并結合知識庫系統的應用進行智能算法模型的構建，在此基礎上使智能算法模型成為飛行沖突問題下解脫決策制定的重要參考，促進空中交通管理工作水平進一步提高。

[1]徐鵬.智能算法在空中交通管理中的應用研究[D].長春工業大學,2013.

[2]吳維.運籌學在空中交通管理中的應用概述[J].科教文匯(下旬刊),2010,01:39-40.

[3]宋卓希.基于混雜多智能體系統理論的空中交通網絡建模、分析與仿真[D].北京工業大學,2013.