基于Multi—Agent的空中交通流量的探究

黄昱斌

摘 要：调查研究发现，过去传统空中交通流量仿真过程没有足够的灵活性和智能性，针对这种情况，我们在空中交通流量管理领域中应用了分布式人工智能Multi-Agent理论和方法，以便更好的建设实际空中交通流量管理系统，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：Multi-Agent；空中交通；流量管理

在社会经济飞速发展的过程中，航空运输业发展迅速，航空运输给人们带来了极大的便利，因为有着越来越大的空中交通流量，频繁出现了空中交通堵塞和航班延误等问题，造成经济损失的基础上，还有诸多的安全隐患存在。因此，如今，非常重要的一个问题就是如何对空中交通流量有效的管理，促使空中交通拥堵和航班延误问题得到减少。

1 空中交通流量管理

我们将单位时间和空间范围内通过的飞行器数量称之为空中交通流量，通过管理空中交通流量，希望可以将现有的空域、机场和管制服务等安全有效的利用起来，最佳运行空中交通流量，促使延误问题得到减少，机场空域的利用率得到显著提高。空中交通流量系统比较的复杂，在对系统中各种实体进行描述时，不能够简单的利用离散事件系统或连续事件系统。

一是空中交通流量管理系统体系结构：我们将二级体系结构应用到了空中交通流量管理系统中，中央流量管理中心位于顶级，主要是对全国范围内的飞行计划进行统筹，对全国范围内的空中交通流量进行协调管理；飞行情报区级的流量管理中心处于第二级，主要是对区域范围内的飞行流量进行管理。航路流量管理中心、机场终端区的流量管理中心则处于更下一级。

二是空中交通流量控制措施：从时间角度上来进行划分，我们可以用战略流量管理、预战术流量管理以及战术流量管理三个方面来划分空中交通流量管理，文章主要是对战术流量管理进行了分析，可以将地面等待、修改飞行计划等策略给应用过来。还可以从其他角度来进行划分，如从空间角度，则可以划分为两个方面，分别是航路流量管理和机场终端区的流量管理；容量限制都是航路和终端区所具备的，区域内的飞行器数量达到一定的数值之后，对于飞行器的飞入就需要限制。如今，有这些流量控制措施得到了较为广泛的应用：

首先是尾随间隔，因为空中航路上的飞机飞行速度较快，在飞行过程中，就需要对安全间隔严格控制。在流量管理过程中，通过对尾随间隔进行增大，可以对飞机进入拥塞区域的时间进行推迟。通过对尾随间隔进行缩小，则可以对部分拥挤的流量进行吸收。

其次是地面等待策略，本种措施指的是对地面飞机的起飞时间进行延迟，用地面等待来替代昂贵的空中等待，其中，空中流量管理最为主要的措施就是地面等待策略。

最后是改航，如果本航路的容量达到相关限值之后，航班就可以对其他的航路进行选择。还有一种方法是空中等待策略，这种方法指的是飞机盘旋于空中，等到解除了被限制的终端区、扇区以及航路之后，即可飞入。通常情况下，机场终端区同时到达了多架航班，能马上降落一部分的航班，那么其他航班就需要盘旋于机场上空，等待降落。

2 关键Agent设计

一是航班Agent：高度、速度、经纬度以及目的机场等属性都是航班Agent所具备的，航班Agent也有自己的知识，可以有效通信与区域内的其他航班，对其他航班的实时信息进行获取，在逻辑推理的过程中，将周围环境条件以及自身知识给充分纳入了考虑范围。结合逻辑推理的结果，来对自己的行为进行指导和控制。如果航班Agent需要进行调整，需要首先将申请发送给上一级的航路Agent或者机场终端区Agent，上级Agent对其审批之后，航班方可以采取相应的措施，如改航、返回等。将控制行为作出之后，通过交互环境，可以反馈相应的结果。在具体实践中，空中管制员发挥着十分重要的作用，管制员在指挥空中交通的过程中，除了要结合当前的交通情况之外，还需要将自身的知识和经验给充分纳入考虑范围。

二是航路Agent：航路点信息、航路的宽度高度、容量信息等都是航路Agent的主要属性，航路需要对位于航路上的航班Agent进行管理和指挥，要通信与平级的航路Agent和机场终端区Agent，对航班Agent飞入飞出航路的时机进行协调，同时将当前的流量信息报告给上级的AFMCA报告，对上级Agent的命令指示进行接受。航班Agent申请进入航路之前，容量评估是航路首先要进行的，通过评估之后，航路Agent将放行许可发送给航班，如果没有通过容量评估，需要将流量限制的申请发送给上级Agent，批准之后，航路对航班Agent的飞入申请就不能批准，航班Agent进入航路得到了延缓，航路的交通流量得到了减少。

三是机场终端区Agent：在具体实践中，机场终端区航班管理存在着较大的难度，包括诸多方面的内容，如机场流量控制、塔台指挥、场面监视、飞机进离场等。文章结合机场的流量管理过程，在一定程度上简化了机场终端区；机场首先要综合性处理当前的雷达信息、塔台信息和场面信息等，在知识库中存储获得的空情信息以及机场信息等。有Agent要申请进入或者离开机场，结合知识库中的知识，机场将容量评估给开展下去；比如，有恶劣的天气气象出现，可以将0设置为机场容量，对于飞机的飞入飞出进行禁止。通过了容量评估之后，机场就会将一个时隙发送给航班Agent，航班在获得的时隙中，进入或者离开机场。如果没有通过容量评估，需要有上级Agent批准，限制机场流量，对于飞机的进入或者离开进行减少。机场终端区Agent对机场内的航班Agent进行管理，还需要通信与平级的航路Agent和机场终端区Agent，对航班Agent飞入飞出机场的时机进行协调，同时将当前流量信息报告给上级的AFMCA，对上级Agent的命令指示进行接受。如果有拥堵问题出现于机场，机场终端区Agent需要采取一系列的措施，来管理流量，如分配航班的进离场时隙分配、要求航班地面等待以及空中等待等。

3 结束语

综上所述，在过去的空中流量仿真过程中，都是对流量控制措施事先制定，然后对航班飞行计划进行模拟仿真，这样在本次仿真过程中，就无法解决出现的容量告警问题，只能够对流量控制措施进行重新制定，之后再次仿真，这样灵活性和智能性就得不到保证。针对这种情况，我们在空中交通流量管理中，就可以借助于Agent，来仿真空中流量，实践研究表明，本种方法可以将空中交通流量优势更好的表现出来。

参考文献

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