遺傳算法在空域流量管理決策輔助中的應(yīng)用前景及分析

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1、遺傳算法在空域流量管理決策輔助中的應(yīng)用前景及分析　摘要：文章針對民航空中交通管理專業(yè)中近年來發(fā)展迅猛的流量管理輔助決策系統(tǒng)，分析了使用遺傳算法進(jìn)行初始控制方案集合的計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)與不足，以及使用前景。　　關(guān)鍵詞：空中交通管制；空域；航路、航線；遺傳算法；流量管理　　近年來，隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，航班的迅猛增加，旅客運(yùn)營量的飛速提升，空域資源與運(yùn)營需求的矛盾凸顯?？罩薪煌ü苤?，是為了保障飛行安全和順暢而生，因此，當(dāng)其所負(fù)責(zé)的管制空域或者終端區(qū)飛機(jī)數(shù)量出現(xiàn)超過管制員指揮和保障能力時(shí)，就會出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為了保障安全和順暢，需要將這種風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受范圍之內(nèi)，于是空域流量管理便

2、由此而生。　　大家都知道，在一個(gè)管制空域內(nèi)，同時(shí)存在與該空域內(nèi)的飛機(jī)數(shù)量，和一段時(shí)間將要進(jìn)入或退出該空域的飛機(jī)數(shù)量，決定了該管制空域在一段時(shí)間內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力超過或者預(yù)計(jì)超過管制部門的負(fù)荷能力時(shí)，流控便應(yīng)運(yùn)而生，但是，如何科學(xué)地建立針對空域或者終端區(qū)流量管理方法，是近年來迫切需要解決的問題，在民航大力發(fā)展SMS系統(tǒng)建設(shè)的同時(shí)，目前有許多基于風(fēng)險(xiǎn)控制理論的空域流量管理輔助決策系統(tǒng)正在被開發(fā)，但是在確定最初的控制方案集合方面，即在求解該優(yōu)化問題最初的解集時(shí)，大部分系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為初始解集使用，這對于系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及全局優(yōu)化的可兼容性其實(shí)非常不利?！　≡谶@里，

3、我提出利用遺傳算法來幫助在空域流量管理決策輔助過程中，代替管制員的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)尋找初始流量控制方案的想法?！　∈紫龋僭O(shè)某管制空域，由數(shù)個(gè)終端機(jī)場，以及數(shù)條航路航線構(gòu)成。將這個(gè)空域的所有進(jìn)出口統(tǒng)一進(jìn)行編號，為ADCBE等5個(gè)進(jìn)出口，那么該空域?qū)?yīng)的進(jìn)口點(diǎn)5個(gè)，出口點(diǎn)5個(gè)，用小編號1表示入口，則入口有A1、B1、C1、D1、E1，同樣以小編號2表示出口，則出口有A2、B2、C2、D2、E2等5個(gè)，總共為10個(gè)進(jìn)出點(diǎn)。　　當(dāng)使用風(fēng)險(xiǎn)評估來對該空域做流量管理決策時(shí)，我們通常是依靠管制員的工作經(jīng)驗(yàn)來判斷，換言之，并數(shù)據(jù)化的規(guī)則依據(jù)，一般情況下，比如上述空域，管制員是通過經(jīng)驗(yàn)提出針

4、對上述10個(gè)進(jìn)出口點(diǎn)提出流量管理決策，到單純的減少飛機(jī)數(shù)量的目的?！　±糜?jì)算機(jī)使用遺傳算法可以幫助完成這一工作，并且這項(xiàng)技術(shù)在該領(lǐng)域擁有非常寬廣的拓展空間?！　⑸鲜?0個(gè)進(jìn)出口按照開放等級來劃分，以表示其控制程度，類似于開關(guān)效應(yīng)，通過控制所有開關(guān)的開放大小來控制整個(gè)系統(tǒng)中的壓力和流量。那么首先需要使用三位二進(jìn)制編碼來表示開關(guān)大小，從000開始，到111結(jié)束，代表著6個(gè)級別的開關(guān)范圍，從完全關(guān)閉到無限制開放?！　⊥瑯影凑誂BCDE的順序，將入口放在前面進(jìn)行排序，那么該空域的進(jìn)出口無限制狀態(tài)可以被二進(jìn)制碼表示為：　　11111111111111111111111111

5、1111　　那么假設(shè)，目前管制空域風(fēng)險(xiǎn)壓力為P，可接受風(fēng)險(xiǎn)壓力為P0，目前已經(jīng)打算采取一定的流量控制措施，預(yù)計(jì)其各個(gè)進(jìn)出口開關(guān)的狀態(tài)為：　　101111001010111110110010111001　　這組編碼，就是遺傳算法中的數(shù)字染色體。目的在于，希望通過這樣的控制方法，在一段時(shí)間內(nèi)盡可能的將P控制在P0以下?！　〗酉聛?，需要?jiǎng)?chuàng)建100個(gè)（或者更多）隨機(jī)編碼組作為基因組，他們每一個(gè)，都代表著一種候選的流量控制方法?！　∵@個(gè)集合被稱作初代基因組，而初代基因組里面，有可能包含著最好的解決方案，但有很大一部分估計(jì)是根本不可行的方案，接下來要做的工作就是選擇適應(yīng)度函數(shù)來對

6、這個(gè)基因組的每一個(gè)染色體進(jìn)行適應(yīng)度評價(jià)，接著使用輪盤法來對其進(jìn)行雜交和變異操作，其流程如下：　　（1）檢查每個(gè)染色體，看它的可行性如何，并相應(yīng)的為它分配一個(gè)適應(yīng)性分?jǐn)?shù)。　?。?）從當(dāng)前群體中選出兩個(gè)成員，選出的概率與適應(yīng)性分?jǐn)?shù)成正比?！　。?）選擇雜交率，從每個(gè)選中的染色體中的一個(gè)隨機(jī)確定的點(diǎn)上進(jìn)行雜交?！　。?）按照預(yù)定的變異率，通過對被選染色體的位的循環(huán)，把相應(yīng)的位實(shí)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。　?。?）重復(fù)2，3，4，知道100個(gè)成員的新群體被創(chuàng)建出來?！　±?，系統(tǒng)隨機(jī)選出兩組編碼：　?。?）101111001010111110110010111001　?。?）11110100

7、1001110111111111110101　　這里我們使用單點(diǎn)交叉法，在中間的空格位進(jìn)行雜交后，得到新的兩個(gè)編碼：　　（1）101111001010111111111111110101　?。?）111101001001110110110010111001　　其中第一個(gè)按照變異概率在第4位進(jìn)行了變異，即翻轉(zhuǎn)（0和1互換）：　　101011001010111111111111110101　　如果把這個(gè)編碼按照前面所述的編碼規(guī)則翻譯過來，就是新的代表10個(gè)進(jìn)出口的控制方法?！　≡谶z傳算法的應(yīng)用中，雜交率以及變異率和適應(yīng)度函數(shù)是遺傳算法中最為重要，但也最難