基于多agent仿真的空中交通运行冲突风险评估

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1、中图分类号：V355论文编号：102870715-S039学科分类号：082303硕士学位论文基于多Agent仿真的空中交通运行冲突风险评估研究生姓名郑乐学科、专业交通运输规划与管理研究方向空中交通运行仿真及评估指导教师王世锦讲师隋东副教授南京航空航天大学研究生院民航学院二О一五年二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCivilAviationConflictRiskAssesmentofAirTrafficOperationBasedonMulti-agentSimul

2、ationAThesisinTransportationPlanningandManagementbyZhengYueAdvisedbyLecturerWangShijinProf.SuiDongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringFebruary,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教

3、育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要近年来，空中交通需求日益增长，而现有的空中交通管制保障能力有限，需求与供给的矛盾日益突出。无论是调整现有交通系统中的空域结构、航路航线等元素还是采用新技术新概念都需要事先做安全评估，查找潜在的危险因素。空中交通系统属于复杂系统，利用计算机进行空中交通运行仿真是重要的研究手段。然而现有的仿真工具有两个不足，其一，基于单机的集中式仿真难以胜任大规模微观仿真；其二

4、，传统的仿真系统难以模拟空中交通运行中多个实体之间的信息交互。针对这两个问题，本文研究了将分布式人工智能——多Agent技术应用于空中交通运行仿真，开发出基于多Agent的空中交通运行仿真原型系统，用以对我国空中交通运行中存在的冲突风险场景进行识别及评估。论文首先在对Agent理论研究的基础上，构建了基于多Agent的空中仿真系统的基本框架，详细设计了航空器Agent、空管自动化Agent和管制员Agent的内部结构以及三者之间的通信关系。然后，提出了基于BADA以及航空器意图的航空器轨迹生成模型。通过建立标准的航空公司爬升、下降、巡航剖面，联合气象因素，对航空器从起飞到落地的

5、全过程的水平运动、垂直运动、推力阻力变化、构型变化、油耗等方面进行细致化描述。紧接着，在对实际管制实施流程进行总结的基础上，提出了基于航空器意图的冲突探测算法，并根据ICAO对航空器冲突类型的分类，设计每一类冲突的调配策略。针对如何模拟终端管制员常用的航迹引导策略，提出了基于历史轨迹聚类的管制意图探测算法，可以为终端区航空器之间的间隔调整以及排序提供备选方案。接下来，基于上述系统设计及关键技术建模，利用JADE平台，Java编程语言开发了仿真原型系统，该系统采用分布式结构，可以实现全国范围的空中交通微观仿真。最后，利用所开发的原型系统对全国一天航班运行进行了仿真。在对仿真过程中

6、所记录的冲突数据分析的基础上，从宏观的角度对冲突的类型分布、时间分布、扇区分布进行了分析，并从同向、逆向、交叉冲突三个方面对风险场景进行了识别。针对具体冲突场景，定义了冲突率、冲突严重程度、冲突风险、总冲突风险等指标，从战术运行层面实现了对冲突风险的微观评估。关键词：空中交通管制；多Agent系统；航迹生成；冲突探测与解脱；风险场景识别；冲突风险评估IABSTRACTInrecentyears,withtheincreasingairtrafficdemandandlimitedairtrafficcontrolcapabilities,thecontradictionbetw

7、eendemandandsupplyisloominglarge.Insuchcontext,itisnecessarytoconductriskassessmentwhetheradjusttheexistingstructureofairspaceorintroducenewtechnologiesandnewconcepts.Asairtrafficsystemisacomplexsystem,computerisanimportantresearchtooltosimulatethe