基于多Agent空中交通流量管理系统的体系结构初探

俞鸥翔

【摘 要】空中流量管理系统是一个十分庞大的信息系统，通过多agent信息建模的方式能够实现系统结构的高效化和职能化，最终达到建设智能管理系统的目的。本文在对当前阶段的空中交通流量管理进行研究后，首先通过模型建立的方式形成了多agent系统结构的组织形式，随后依据该组织结构对空中交通流量管理的工作方法进行了深入探究，从而形成完善的空中管理系统体系结构。

【关键词】agent系统结构；空中交通流量管理；智能管理系统；体系结构

一、前言

在当前的技术环境之中，空中流量管理系统的组织方式主要分为两级流量管理和三级流量管理，这两种管理形式应用最为普及，但是问题也十分明显。二者在管理过程中都存在管理单位同层级缺少交流的问题，在进行管理时，由于流量管控问题，往往需要提交到上一层的管理单位进行解决。而提交过程中，管理单位协作量增大，就会导致传递线路延长出现误传，造成决策失误。因此在空中交通流量管理中应当建设新的管理系统结构。

二、建立多agent模型组织结构

（一）建立管理模型

空中流量管理部门所建立的多agent工作主要的管理内容应当集中在区域内部的飞行状态以及飞行计划之中。在处理问题时则应当面对拥堵问题进行首先分析，并依据FCFS先到先服务原则，对拥堵航路进行宏观调配策略的制定。在完成制定后需要将方案发送至航空公司，航空公司再依据实际情况进行实时更新，并将空域动态信息和更新方案发布到其他航空公司。因此这种多agent系统内部需要具备监视功能和宏观策略分析功能。

本文依据以上要求，对空中流量管理agent系统进行了建模。首先在模型当中确定了运行目标模块。多agent交互航路当中，管理系统需要进行协同作业，因此在管理系统模型内部应当具有实时采集区、宏观调配策略区以及动态信息区。其中实时采集区是指系统通过信息采集设备，对区域内的飞行计划、雷达、气象情报等重要信息进行采集，随后将数据信息导入到宏观调配策略区形成调配策略，最终及时更新空域动态；随后，根据空中交通流量管理的工作要求，设置具体的功能模块。本文在进行功能模块设置时，将多agent协同作业进行了详细区分，最终形成了通信模块、监视模块以及策略模块三个部分。其中，通信模块主要负责通信交互功能。在系统内部，航空公司需要与agent进行实时的信息交流，并形成动态信息共享。在该模块内，航空公司与agent所完成的交互信息应当分为运行数据信息和协同数据信息两个种类，前者主要是对飞行计划、雷达数据以及实时空域信息的采集获取，而后者则是宏观调配策略中提交的运行方案数据。监视模块是系统内部的数采模块，在该模块中，系统需要通过指令对实施数据、动态数据进行融合，并形成对当前阶段空域当中的交通流情况、短期内交通流變化情况进行分析和预测能力，最终达到航路容量、航路流量相互匹配的态势，为宏观调控策略提供支持。策略模块主要是由航空公司运控中心负责，通过agent系统所获取到的拥堵航路状态分析报告，了解当前空域航路中容流匹配情况，进行决策，选择适宜的方案策略，进行调控。

（二）组织形式设计

在组织形式方面，本文首先进行了中央管理中心结构的设计。中央管理中心agent的功能集中在对飞行流量监测以及空域结构变化监测方面，在系统构成中，本文以决策模块为主要依托进行了人机交互设计[1]。人机交互与决策模块相互连接，并能够对解决方案知识数据库的相关数据进行直接调用，在完成调用后，依据通信模块将所完成的决策方案进行指令输送，送达至航空公司。

随后，本文还依据区域流量管理的要求和特征，建立了agent管理控制中心，这一管控中心主要在中央交通管理中心的指令下进行工作，需要面对的工作内容为监视当前空域之中的流量和容量，并对下一层级的单位进行指挥和协调。在功能行使方面，区域流量管控中心与监视模块进行配合，并完成多agent之间的相互协调，最终达到流量平稳的目的。

对于上述管控中心的管理方向，本文又设置了区域划分方案，将空域流量管理所在的区域进行了agent子区域的设置，子区域管控的目的在于对当前区域的流量执行情况进行分析和数据获取。在工作过程中，机场agent、塔台agent以及航空公司agent对空域内的信息资源进行获取，并进行分析，随后将分析结果传输至结果集成器当中，并由集成器进行发送。子区域管控系统中的系统检测器会优先对结果分析进行检测再由学习器将其因导致协作模块，与通信模块保持交流，最终形成子区域的控制决策方案。

三、工作方法探究

（一）仿真实验

多agent协同空中交通流量管理体系的仿真实验需要通过设定的参数环境来开展，仿真流程主要由几个步骤来完成。首先，对真实情况下的系统运行参数进行初始化，其中重点参数如仿真时间、航空器类型及数量、扇区长度、阈值间隔等，都是重点参数对象；随后，系统需要对空域内的航空器队列一和队列二进行参数初始化，两组航空器队列参数包含有航路进入时间、航空器初始速度及位置、航空器高度和初始间隔等。这部分内容为动态参数；之后，由系统开展仿真航空器的检查，检查内容集中在航空器在航路中当前时态的飞出状态，已经飞出则可以结束仿真，表明完成管控，未能飞出则需要继续进行仿真；在确认未能飞出后，agent系统应当对航空器基本信息进行快速的实时更新，更新对象集中在航空器状态信息之上，包含有速度、高度、位置以及发动机推力等；此后，再进行航空器平均速度、速度差的计算，保证航路状态能够维持实时更新；最后，仿真agent系统还需要对两组队列的转移情况进行获取，并完成仿真时间的系统更新，再对是否飞出航路进行检测，构成系统循环[2]。

（二）实际工作方式

中央流量管理中心agent的主要工作对象是全国航空区域，在管理过程中，中央流量管理中心需要与区域流量管控agent保持联系，并进行实时接收区域流量管控agent的信息数据。中央agent再根据获取到的数据信息对其控制策略进行权衡，最后依据具体的衡量指标和生成的优化方案对其进行控制指令的发送。区域流量管控agent在接收到中央agent的指令后需要无条件执行，在完成执行后，将方案执行效果回馈至中央agent中心当中。流量管理人员则通过人机交互界面对管控网络进行全面控制。这种区域划分和层级之间的交互方式是对于传统空中交通流量管理体系的一种继承，在当前的空中交通流量管理当中，各个层级系统之间通过合理运用agent系统的多层级协调，能够使空中交通流量管理方案与具体的空域航空器交通问题保持一致性，从而从根本上避免了因数据量巨大、传输手段落后所带来的各种误传问题，最终达到提升空中交通流量管控能力和管控效率的目的。

四、结论

综上所述，在目前的空中交通流量管理体系当中，通过建设多agent系统的方式，能够实行多层级的管控能力覆盖，不同层级之间通过信息交流和数据库内容调用的方式，形成空中流量的管控方案，最终达到对空域内部拥堵航空器的调配和疏导的目的，提升空域内的流通能力。

【参考文献】

[1]茆美琴，金鹏，奚媛媛等.基于多因子和合同网协调机制的微网多Agent混和能量管理方法[J].中国电机工程学报，2014，34（31）：5542-5552.

[2]王亮.空中交通流量管理系统效果评估指标分析[J].物联网技术，2012，2（09）：69-71+75.