本發(fā)明涉及終端管制區(qū)空域管理和規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃方法及裝置。

背景技術(shù)：

我國航空運(yùn)輸快速蓬勃發(fā)展，促使空域結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，機(jī)場密集程度越發(fā)增強(qiáng)。為緩解繁忙地區(qū)多機(jī)場相互影響造成的運(yùn)行壓力，在保證安全的前提下，對(duì)終端管制區(qū)的航線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最大限度的利用空域資源、滿足飛行需求，減少航班延誤，具有十分重要的意義。

目前，當(dāng)終端管制區(qū)內(nèi)兩個(gè)或兩個(gè)以上的機(jī)場相距足夠近以至于它們再也無法互不干擾地起降航班時(shí)，便需要相互之間進(jìn)行合作。在一定程度上，進(jìn)出這些機(jī)場的空中交通流量必須以一種耦合和集成的方式來處理。這涉及從戰(zhàn)略空域設(shè)計(jì)到單個(gè)航班戰(zhàn)術(shù)控制的一種或多種技術(shù)。Li ling等人對(duì)美國典型的四個(gè)多機(jī)場終端區(qū)——亞特蘭大，洛杉磯，紐約和邁阿密進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，對(duì)機(jī)場構(gòu)型相關(guān)性、空域耦合程度、交通流的交互以及環(huán)境天氣等限制因素進(jìn)行了分析和對(duì)比，為下一代空管計(jì)劃下多機(jī)場的運(yùn)行概念提供研究基礎(chǔ)。Brian J將隨機(jī)遺傳算法與解決線性問題方法相結(jié)合，提出了一種混合優(yōu)化方案，用于解決與空中交通管理相關(guān)的航路分配、排序和時(shí)隙問題。初步的結(jié)果顯示混合優(yōu)化方案與整數(shù)線性規(guī)劃相比，在等價(jià)的目標(biāo)函數(shù)下可以在更短的時(shí)間內(nèi)尋求到結(jié)果。

從問題的求解技術(shù)來看，終端管制區(qū)航線優(yōu)化問題可以分為三大類。第一類，基于空間策略的分配方法是指將一個(gè)或多個(gè)機(jī)場的需求轉(zhuǎn)移至一種不同的資源(如一片不同的空域)以消除原有的空域沖突，該方法可以發(fā)揮預(yù)定義航線或空域走廊的作用，因此，除了防止通用航線或空域走廊的過度擁擠外，無需對(duì)飛機(jī)的起降時(shí)刻進(jìn)行控制，其中，預(yù)定義的航線集既可以是固定的，也可以周期性地變更，但在這些偶然的變更之間是保持不變的，而且總可以通過設(shè)計(jì)來化解空域沖突；第二類，基于時(shí)間策略的分配方法是指對(duì)共享資源的協(xié)調(diào)使用，以使每個(gè)機(jī)場能在不同的時(shí)刻使用這種資源，該方法要求對(duì)飛機(jī)沿航線移動(dòng)或通過空域的時(shí)刻進(jìn)行協(xié)調(diào)，以防空域沖突發(fā)生，一般來講，這種協(xié)調(diào)可能在終端管制區(qū)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)航點(diǎn)進(jìn)行；第三類，基于混合策略的航線分配方法是對(duì)時(shí)間策略和空間策略的組合形式，在終端管制區(qū)機(jī)場運(yùn)營的空間與時(shí)間方法之間進(jìn)行優(yōu)化平衡。通常來說，空間方法通常被用來解耦終端管制區(qū)機(jī)場的航班起降。因而，空間方法要比時(shí)間方法更有效。另外，在某架特定飛機(jī)準(zhǔn)備利用某個(gè)空域資源時(shí)存在的較大不確定性預(yù)示著航班的連續(xù)起降之間需要使用較大的安全緩沖區(qū)。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)中至少存在以下問題：相關(guān)技術(shù)中終端管制區(qū)的航線分配方法通過預(yù)先將不同空域分配給各個(gè)機(jī)場使得每個(gè)機(jī)場可用的離港走廊變少，此時(shí)分配給其他機(jī)場的空域?qū)?yīng)的航線不可用，從而使得某一機(jī)場連續(xù)離港的航班之間需要加大間隔來確保各個(gè)連續(xù)離港飛機(jī)的安全性，延長了航班的起飛時(shí)間，減少了一定時(shí)間段內(nèi)離港的航班數(shù)；另外，在某個(gè)機(jī)場處于航班起降高峰期而終端管制區(qū)的其它機(jī)場較為空閑時(shí)，不允許繁忙的機(jī)場利用分配給空閑的機(jī)場的空域，也就是說，這種運(yùn)行方式使得空域利用率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃方法及裝置，以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地為各個(gè)航班規(guī)劃航線，且保證終端管制區(qū)的各個(gè)空域的有效利用率。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃方法，該方法包括：

獲取終端管制區(qū)內(nèi)待規(guī)劃航班集合和所述航班集合對(duì)應(yīng)的多個(gè)飛行計(jì)劃信息、以及獲取所述終端管制區(qū)內(nèi)的可用航線集合和所述可用航線集合對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合，其中，所述飛行計(jì)劃信息包括：出發(fā)地點(diǎn)、起飛時(shí)間、到達(dá)地點(diǎn)、降落時(shí)間、預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口；

將獲取的所述待規(guī)劃航班集合、多個(gè)所述飛行計(jì)劃信息、所述可用航線集合、以及所述航路點(diǎn)集合輸入至預(yù)先建立的終端區(qū)航線優(yōu)化模型，根據(jù)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線，其中，所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型包括：將航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間最小化的目標(biāo)函數(shù)、以及對(duì)航班的航線進(jìn)行約束的多個(gè)約束條件方程；

根據(jù)所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線分別調(diào)取各個(gè)所述航線上的多個(gè)航路點(diǎn)；

依次輸出確定出的多個(gè)所述航班對(duì)應(yīng)的航線，其中，所述待規(guī)劃航班集合為f_j表示待規(guī)劃航班集合中第j個(gè)航班，N_F表示待規(guī)劃航班集合的航班總數(shù)，j表示待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班的序號(hào)，所述可用航線集合為r_i表示可用航線集合中第i條航線，N_R表示可用航線集合的航線總數(shù)，i表示可用航線集合中各個(gè)航線的序號(hào)，所述航路點(diǎn)集合為p_g表示航路點(diǎn)集合中第g個(gè)航路點(diǎn)，N_P表示航路點(diǎn)集合的航路點(diǎn)總數(shù)，g表示航路點(diǎn)集合中各個(gè)航路點(diǎn)的序號(hào)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，根據(jù)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線包括：

根據(jù)目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間進(jìn)行約束，以使各個(gè)航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間最短；

將以下多個(gè)約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件作為確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的約束條件；

其中，多個(gè)所述約束條件方程包括：第一約束條件方程、第二約束條件方程、第三約束條件方程和第四約束條件方程，

所述第一約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足有且只有一個(gè)的第一約束條件；

所述第二約束條件方程and對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班在航線上的起飛時(shí)間晚于所述航線上初始航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間且航班在對(duì)應(yīng)的航線上的起飛時(shí)間早于所述航線上初始航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間的第二約束條件，表示航線r上初始航路點(diǎn)p₁的最早可用時(shí)間，表示航線r上初始航路點(diǎn)p₁的最晚可用時(shí)間；

所述第三約束條件方程and對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班在航線上的降落時(shí)間晚于所述航線上最終航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間且航班在對(duì)應(yīng)的航線上的降落時(shí)間早于所述航線上最終航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間的第三約束條件，表示航線r上最終航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間，表示航線r上最終航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間；

所述第四約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足對(duì)于第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p與第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p的先后順序具有唯一性的第四約束條件；

將同時(shí)滿足所述第一約束條件、第二約束條件、第三約束條件和第四約束條件、以及滿足所述目標(biāo)函數(shù)的航線作為所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線；

其中，A_f,r表示二進(jìn)制航線分配變量，若給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的航線為r，則A_f,r＝1，T_f,r,p表示給定航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的航線r上的航路點(diǎn)p的時(shí)間變量，r∈R^f及p∈P^r，R^f＝{r_k|航班f的所有可選擇的航線r，k∈{1，2，....，N_R(f)}}表示給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的可選擇的航線集合，N_R(f)表示給定航班f∈F可選擇的航線總數(shù)，k表示給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的可選擇的航線集合中各個(gè)航線的序號(hào)，P^r＝{p_h|航線r包含的所有航路點(diǎn)p，h∈{1，2，....，N_P(r)}}表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合，N_P(r)表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)總數(shù)，h表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合中各個(gè)航路點(diǎn)的序號(hào)，所述可用航線集合滿足公式所述航路點(diǎn)集合滿足公式表示二進(jìn)制航線分配變量與給定航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的航線r上的航路點(diǎn)p的時(shí)間變量的乘積的輔助變量，S_f,f',r,r',p表示二進(jìn)制航路點(diǎn)到達(dá)變量，若第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p早于第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p，則S_f,f',r,r',p＝1，r∈R^f、r'∈R^f′、p∈P^r∩P^r'≠Φ，表示二進(jìn)制航線分配變量A_f,r與A_f',r'的乘積。

結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，根據(jù)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線包括：

將以下多個(gè)約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件作為確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的約束條件；

其中，多個(gè)所述約束條件方程還包括：第五約束條件方程和第六約束條件方程，

所述第五約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足將連續(xù)到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間最小化的第五約束條件，其中，SEP_f,f',p表示將到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間，M表示任意大的常數(shù)，m表示任意小的常數(shù)；

所述第六約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔大于最小時(shí)間間隔閾值且小于最大時(shí)間間隔閾值的第六約束條件，其中，(ΔT_f,r,p,p')_min表示航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間間隔閾值，(ΔT_f,r,p,p')_max確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間間隔閾值；

將同時(shí)滿足第一約束條件、第二約束條件、第三約束條件、第四約束條件、第五約束條件和第六約束條件、以及滿足所述目標(biāo)函數(shù)的航線作為所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線。

結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述方法還包括：

根據(jù)公式確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相

鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間間隔閾值，其中，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最小路徑調(diào)整因子，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最大速度，d_r,p，p'表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的距離；

根據(jù)公式確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間間隔閾值，其中，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最大路徑調(diào)整因子，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最小速度；

根據(jù)公式確定將到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間，其中，表示可能存在沖突的航路點(diǎn)p的所需最小間隔時(shí)間，|ef|表示航班f∈F相對(duì)于預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口的變化程度，|ef'|表示航班f'∈F相對(duì)于預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口的變化程度。

結(jié)合第一方面至第一方面的第三種可能的實(shí)施方式中的任一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，所述方法還包括：

按照以下規(guī)則策略對(duì)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型中的所述目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)所述約束條件方程進(jìn)行求解；

其中，所述規(guī)則策略包括：第一規(guī)則策略、第二規(guī)則策略和第三規(guī)則策略，

所述第一規(guī)則策略為通過公式且約束兩兩航班的共享航線段上的航班順序由會(huì)聚航路點(diǎn)的航班順序設(shè)定，其中，S_{f,f',r，r',p}表示二進(jìn)制航路點(diǎn)到達(dá)變量，若第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p早于第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p，則S_{f,f',r，r',p}＝1；

所述第二規(guī)則策略為通過公式

S_f,f',r,r',p＝A_f,rA_f',r',其中，排除不存在沖突的第一航班f∈F對(duì)應(yīng)的第一航線r與第二航班f'∈F對(duì)應(yīng)的第二航線r'的共享航路點(diǎn)p，其中，A_f,r表示二進(jìn)制航線分配變量，若給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的航線為r，則A_f,r＝1；

所述第三規(guī)則策略為利用窗口技術(shù)將待規(guī)劃航班集合劃分為多個(gè)航班子集，在對(duì)多個(gè)所述航班子集進(jìn)行求解的過程中，將前一航班子集的解作為后一航班子集的附加約束條件，重復(fù)對(duì)各個(gè)所述航班子集進(jìn)行求解，直到確定出所述待規(guī)劃航班集合中所有航班對(duì)應(yīng)的航線。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃裝置，該裝置包括：

信息獲取模塊，用于獲取終端管制區(qū)內(nèi)待規(guī)劃航班集合和所述航班集合對(duì)應(yīng)的多個(gè)飛行計(jì)劃信息、以及獲取所述終端管制區(qū)內(nèi)的可用航線集合和所述可用航線集合對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合，其中，所述飛行計(jì)劃信息包括：出發(fā)地點(diǎn)、起飛時(shí)間、到達(dá)地點(diǎn)、降落時(shí)間、預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口；

航線確定模塊，用于將獲取的所述待規(guī)劃航班集合、多個(gè)所述飛行計(jì)劃信息、所述可用航線集合、以及所述航路點(diǎn)集合輸入至預(yù)先建立的終端區(qū)航線優(yōu)化模型，根據(jù)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線，其中，所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型包括：將航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間最小化的目標(biāo)函數(shù)、以及對(duì)航班的航線進(jìn)行約束的多個(gè)約束條件方程；

航路點(diǎn)調(diào)取模塊，用于根據(jù)所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線分別調(diào)取各個(gè)所述航線上的多個(gè)航路點(diǎn)；

航線輸出模塊，用于依次輸出確定出的多個(gè)所述航班對(duì)應(yīng)的航線，其中，所述待規(guī)劃航班集合為f_j表示待規(guī)劃航班集合中第j個(gè)航班，N_F表示待規(guī)劃航班集合的航班總數(shù)，j表示待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班的序號(hào)，所述可用航線集合為r_i表示可用航線集合中第i條航線，N_R表示可用航線集合的航線總數(shù)，i表示可用航線集合中各個(gè)航線的序號(hào)，所述航路點(diǎn)集合為p_g表示航路點(diǎn)集合中第g個(gè)航路點(diǎn)，N_P表示航路點(diǎn)集合的航路點(diǎn)總數(shù)，g表示航路點(diǎn)集合中各個(gè)航路點(diǎn)的序號(hào)。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述航線確定模塊包括：

停留時(shí)間約束單元，用于根據(jù)目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間進(jìn)行約束，以使各個(gè)航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間最短；

第一約束條件確定單元，用于將以下多個(gè)約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件作為確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的約束條件；其中，多個(gè)所述約束條件方程包括：第一約束條件方程、第二約束條件方程、第三約束條件方程和第四約束條件方程，

所述第一約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足有且只有一個(gè)的第一約束條件；

所述第二約束條件方程and對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班在航線上的起飛時(shí)間晚于所述航線上初始航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間且航班在對(duì)應(yīng)的航線上的起飛時(shí)間早于所述航線上初始航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間的第二約束條件，表示航線r上初始航路點(diǎn)p₁的最早可用時(shí)間，表示航線r上初始航路點(diǎn)p₁的最晚可用時(shí)間；

所述第三約束條件方程and對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班在航線上的降落時(shí)間晚于所述航線上最終航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間且航班在對(duì)應(yīng)的航線上的降落時(shí)間早于所述航線上最終航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間的第三約束條件，表示航線r上最終航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間，表示航線r上最終航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間；

所述第四約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足對(duì)于第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p與第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p的先后順序具有唯一性的第四約束條件；

第一航線生成單元，用于將同時(shí)滿足所述第一約束條件、第二約束條件、第三約束條件和第四約束條件、以及滿足所述目標(biāo)函數(shù)的航線作為所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線；

其中，A_f,r表示二進(jìn)制航線分配變量，若給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的航線為r，則A_f,r＝1，T_f,r,p表示給定航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的航線r上的航路點(diǎn)p的時(shí)間變量，r∈R^f及p∈P^r，R^f＝{r_k|航班f的所有可選擇的航線r，k∈{1，2，....，N_R(f)}}表示給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的可選擇的航線集合，N_R(f)表示給定航班f∈F可選擇的航線總數(shù)，k表示給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的可選擇的航線集合中各個(gè)航線的序號(hào)，P^r＝{ph|航線r包含的所有航路點(diǎn)p，h∈{1，2，....，NP(r)}}表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合，N_P(r)表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)總數(shù)，h表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合中各個(gè)航路點(diǎn)的序號(hào)，所述可用航線集合滿足公式所述航路點(diǎn)集合滿足公式表示二進(jìn)制航線分配變量與給定航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的航線r上的航路點(diǎn)p的時(shí)間變量的乘積的輔助變量，S_{f,f',r，r',p}表示二進(jìn)制航路點(diǎn)到達(dá)變量，若第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p早于第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p，則S_f,f',r,r',p＝1，r∈R^f、r'∈R^f′、p∈P^r∩P^r'≠Φ，表示二進(jìn)制航線分配變量A_f,r與A_f',r'的乘積。

結(jié)合第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述航線確定模塊包括：

第二約束條件確定單元，用于將以下多個(gè)約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件作為確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的約束條件；其中，多個(gè)所述約束條件方程還包括：第五約束條件方程和第六約束條件方程，

所述第五約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足將連續(xù)到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間最小化的第五約束條件，其中，SEP_f,f',p表示將到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間，M表示任意大的常數(shù)，m表示任意小的常數(shù)；

所述第六約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔大于最小時(shí)間間隔閾值且小于最大時(shí)間間隔閾值的第六約束條件，其中，(ΔT_f,r,p,p')_min表示航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間間隔閾值，(ΔT_f,r,p,p')_max確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間間隔閾值；

第二航線生成單元，用于將同時(shí)滿足所述第一約束條件、第二約束條件、第三約束條件、第四約束條件、第五約束條件和第六約束條件、以及滿足所述目標(biāo)函數(shù)的航線作為所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線。

結(jié)合第二方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述裝置還包括：

最小時(shí)間間隔閾值確定模塊，用于根據(jù)公式確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間間隔閾值，其中，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最小路徑調(diào)整因子，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最大速度，d_r,p,p'表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的距離；

最大時(shí)間間隔閾值確定模塊，用于根據(jù)公式確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間間隔閾值，其中，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最大路徑調(diào)整因子，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最小速度；

分離時(shí)間確定模塊，用于根據(jù)公式確定將到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間，其中，表示可能存在沖突的航路點(diǎn)p的所需最小間隔時(shí)間，|ef|表示航班f∈F相對(duì)于預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口的變化程度，|ef'|表示航班f'∈F相對(duì)于預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口的變化程度。

結(jié)合第二方面至第二方面的第三種可能的實(shí)施方式中的任一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，所述裝置還包括：

求解優(yōu)化模塊，用于按照以下規(guī)則策略對(duì)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型中的所述目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)所述約束條件方程進(jìn)行求解；

其中，所述規(guī)則策略包括：第一規(guī)則策略、第二規(guī)則策略和第三規(guī)則策略，所述第一規(guī)則策略為通過公式

且約束兩兩航班的共享航線段上的航班順序由會(huì)聚航路點(diǎn)的航班順序設(shè)定，其中，S_f,f',r,r',p表示二進(jìn)制航路點(diǎn)到達(dá)變量，若第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p早于第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p，則S_f,f',r,r',p＝1；

所述第二規(guī)則策略為通過公式

S_f,f',r,r',p＝A_f,rA_f',r',其中，排除不存在沖突的第一航班f∈F對(duì)應(yīng)的第一航線r與第二航班f'∈F對(duì)應(yīng)的第二航線r'的共享航路點(diǎn)p，其中，A_f,r表示二進(jìn)制航線分配變量，若給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的航線為r，則A_f,r＝1；

所述第三規(guī)則策略為利用窗口技術(shù)將待規(guī)劃航班集合劃分為多個(gè)航班子集，在對(duì)多個(gè)所述航班子集進(jìn)行求解的過程中，將前一航班子集的解作為后一航班子集的附加約束條件，重復(fù)對(duì)各個(gè)所述航班子集進(jìn)行求解，直到確定出所述待規(guī)劃航班集合中所有航班對(duì)應(yīng)的航線。

在本發(fā)明實(shí)施例提供的終端管制區(qū)的航線規(guī)劃方法及裝置中，首先，獲取終端管制區(qū)內(nèi)待規(guī)劃航班集合和航班集合對(duì)應(yīng)的多個(gè)飛行計(jì)劃信息、以及獲取終端管制區(qū)內(nèi)的可用航線集合和可用航線集合對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合；然后，將獲取的到各個(gè)參數(shù)輸入至預(yù)先建立的終端區(qū)航線優(yōu)化模型，再根據(jù)終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線。本發(fā)明通過預(yù)先建立終端區(qū)航線優(yōu)化模型，將獲取到的參數(shù)輸入至該終端區(qū)航線優(yōu)化模型，使用目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)約束條件從時(shí)間和空間上綜合分析終端管制區(qū)各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的進(jìn)離場航線，從而實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地為各個(gè)航班規(guī)劃進(jìn)離場航線，提高終端管制區(qū)空域利用率，減少航班延誤。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃方法的流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的包含航線R1、R2和R3三條航線的終端區(qū)空域示意圖；

圖3a示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的測試用例所研究的航點(diǎn)隔離運(yùn)行的空域示意圖；

圖3b示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的測試用例所研究的航點(diǎn)共享運(yùn)行的空域示意圖；

圖4a示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的測試用例中航點(diǎn)隔離運(yùn)行的空域資源使用情況示意圖；

圖4b示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的測試用例中航點(diǎn)共享運(yùn)行的空域資源使用情況示意圖；

圖5a示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的對(duì)于相同機(jī)場4海里-其它機(jī)場6海里-600秒窗口的場景下，航點(diǎn)共享運(yùn)行的空域資源使用情況示意圖；

圖5b示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的對(duì)于相同機(jī)場4海里-其它機(jī)場6海里-無窗口的場景下，航點(diǎn)共享運(yùn)行的空域資源使用情況示意圖；

圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

考慮到采用相關(guān)技術(shù)中的終端管制區(qū)航線的分配方法無法實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地為各個(gè)航班規(guī)劃航線，且無法保證終端管制區(qū)的各個(gè)空域的有效利用率?；诖耍景l(fā)明實(shí)施例提供了一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃方法及裝置，下面通過實(shí)施例進(jìn)行描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃方法，該方法包括步驟S102-S108，具體如下：

步驟S102：獲取終端管制區(qū)內(nèi)待規(guī)劃航班集合和所述航班集合對(duì)應(yīng)的多個(gè)飛行計(jì)劃信息、以及獲取所述終端管制區(qū)內(nèi)的可用航線集合和所述可用航線集合對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合，其中，所述飛行計(jì)劃信息包括：出發(fā)地點(diǎn)、起飛時(shí)間、到達(dá)地點(diǎn)、降落時(shí)間、預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口；

步驟S104：將獲取的所述待規(guī)劃航班集合、多個(gè)所述飛行計(jì)劃信息、所述可用航線集合、以及所述航路點(diǎn)集合輸入至預(yù)先建立的終端區(qū)航線優(yōu)化模型，根據(jù)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線，其中，所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型包括：將航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間最小化的目標(biāo)函數(shù)、以及對(duì)航班的航線進(jìn)行約束的多個(gè)約束條件方程；

步驟S106：根據(jù)所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線分別調(diào)取各個(gè)所述航線上的多個(gè)航路點(diǎn)；

步驟S108：依次輸出確定出的多個(gè)所述航班對(duì)應(yīng)的航線，其中，所述待規(guī)劃航班集合為f_j表示待規(guī)劃航班集合中第j個(gè)航班，N_F表示待規(guī)劃航班集合的航班總數(shù)，j表示待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班的序號(hào)，所述可用航線集合為r_i表示可用航線集合中第i條航線，N_R表示可用航線集合的航線總數(shù)，i表示可用航線集合中各個(gè)航線的序號(hào)，所述航路點(diǎn)集合為p_g表示航路點(diǎn)集合中第g個(gè)航路點(diǎn)，N_P表示航路點(diǎn)集合的航路點(diǎn)總數(shù)，g表示航路點(diǎn)集合中各個(gè)航路點(diǎn)的序號(hào)。

在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，通過預(yù)先建立終端區(qū)航線優(yōu)化模型，將獲取到的參數(shù)輸入至該終端區(qū)航線優(yōu)化模型，使用目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)約束條件從時(shí)間和空間上綜合分析終端管制區(qū)各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的進(jìn)離場航線，從而實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地為各個(gè)航班規(guī)劃進(jìn)離場航線，提高終端管制區(qū)空域利用率，減少航班延誤。

進(jìn)一步的，為了更詳細(xì)的給出終端區(qū)航線優(yōu)化模型包含的具體目標(biāo)函數(shù)和各個(gè)約束條件方程，根據(jù)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線包括：

根據(jù)目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間進(jìn)行約束，以使各個(gè)航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間最短；

將以下多個(gè)約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件作為確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的約束條件；

其中，多個(gè)所述約束條件方程包括：第一約束條件方程、第二約束條件方程、第三約束條件方程和第四約束條件方程，

所述第一約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足有且只有一個(gè)的第一約束條件；

所述第二約束條件方程and對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班在航線上的起飛時(shí)間晚于所述航線上初始航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間且航班在對(duì)應(yīng)的航線上的起飛時(shí)間早于所述航線上初始航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間的第二約束條件，表示航線r上初始航路點(diǎn)p₁的最早可用時(shí)間，表示航線r上初始航路點(diǎn)p₁的最晚可用時(shí)間；

所述第三約束條件方程and對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班在航線上的降落時(shí)間晚于所述航線上最終航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間且航班在對(duì)應(yīng)的航線上的降落時(shí)間早于所述航線上最終航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間的第三約束條件，表示航線r上最終航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間，表示航線r上最終航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間；

所述第四約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足對(duì)于第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p與第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p的先后順序具有唯一性的第四約束條件；

將同時(shí)滿足所述第一約束條件、第二約束條件、第三約束條件和第四約束條件、以及滿足所述目標(biāo)函數(shù)的航線作為所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線；

其中，A_f,r表示二進(jìn)制航線分配變量，若給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的航線為r，則A_f,r＝1，T_f,r，p表示給定航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的航線r上的航路點(diǎn)p的時(shí)間變量，r∈R^f及p∈P^r，R^f＝{r_k|航班f的所有可選擇的航線r，k∈{1，2，....，N_R(f)}}表示給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的可選擇的航線集合，N_R(f)表示給定航班f∈F可選擇的航線總數(shù)，k表示給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的可選擇的航線集合中各個(gè)航線的序號(hào)，P^r＝{p_h|航線r包含的所有航路點(diǎn)p，h∈{1，2，....，N_P(r)}}表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合，N_P(r)表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)總數(shù)，h表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合中各個(gè)航路點(diǎn)的序號(hào)，所述可用航線集合滿足公式所述航路點(diǎn)集合滿足公式表示二進(jìn)制航線分配變量與給定航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的航線r上的航路點(diǎn)p的時(shí)間變量的乘積的輔助變量，S_{f,f',r，r',p}表示二進(jìn)制航路點(diǎn)到達(dá)變量，若第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p早于第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p，則S_f,f',r,r',p＝1，r∈R^f、r'∈R^f′、p∈P^r∩P^r'≠Φ，表示二進(jìn)制航線分配變量A_f,r與A_f',r'的乘積，即

需要說明的是，航班按照預(yù)設(shè)的順序經(jīng)過給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合P^r中各個(gè)航路點(diǎn)，另外，為任一航線定義幾個(gè)特定的航路點(diǎn)：第一個(gè)調(diào)度航點(diǎn)p₁、最后一個(gè)調(diào)度航點(diǎn)以及在p之后立即經(jīng)過的某個(gè)調(diào)度航點(diǎn)p′。

另外，引入一個(gè)輔助變量令

因而，將上述目標(biāo)函數(shù)變換為具有線性形式的目標(biāo)函數(shù)：

以及輔助約束條件方程

且

其中，M表示任意大的常數(shù)，m表示任意小的常數(shù)，

具體的，在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，利用預(yù)先建立終端區(qū)航線優(yōu)化模型來規(guī)劃航線的主要方法是：將規(guī)劃各個(gè)航班的航線過程視為一個(gè)多約束最優(yōu)化問題，生成的航線使得目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)化；假定可能的進(jìn)出港航線集是一個(gè)已知參數(shù)，并假定在為待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班確定對(duì)應(yīng)的航線時(shí)該預(yù)設(shè)的航線集固定不變。每條航線的詳細(xì)計(jì)劃包含到達(dá)或離開終端管制區(qū)邊界及某條跑道的確定時(shí)刻，因此跑道分配是作為航線分配過程的一部分隱式進(jìn)行的。假設(shè)離港飛機(jī)在起飛跑道閥值進(jìn)入終端區(qū)航線優(yōu)化模型并在起飛時(shí)刻退出終端區(qū)航線優(yōu)化模型。到港飛機(jī)在該終端管制區(qū)的外部邊界進(jìn)入終端區(qū)航線優(yōu)化模型，在落地時(shí)退出終端區(qū)航線優(yōu)化模型。所生成的多個(gè)航線由對(duì)待規(guī)劃航班集合中每架飛機(jī)來說時(shí)間都受限的某條航線以及每條航線上不同航點(diǎn)的要求到達(dá)時(shí)間(RTA)計(jì)劃組成，此時(shí)為待規(guī)劃航班集合中所有飛機(jī)生成的飛行計(jì)劃在各個(gè)航路點(diǎn)是無沖突的。需要說明的，并非要為某條所分配航線上的所有航點(diǎn)都定義一個(gè)RTA，而只是選擇其中的部分航點(diǎn)(兩個(gè)航線或者兩個(gè)以上航線共享的航路點(diǎn))進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)度，這樣降低了確定航線過程中的計(jì)算復(fù)雜度，也提高了確定航線過程中的可操作性，進(jìn)而提高了航班在時(shí)間受限航路點(diǎn)之間的飛行的靈活性。

進(jìn)一步的，考慮到可能存在一些不確定因素，如天氣原因等不確定性因素而影響航班的飛行計(jì)劃。為了保證在存在不確定性因素時(shí)仍使得確定處于的航線是無沖突的，設(shè)定了與航班預(yù)期行為有關(guān)的邊界參數(shù)，在利用利用預(yù)先建立終端區(qū)航線優(yōu)化模型來為終端管制區(qū)的各個(gè)航班規(guī)劃航線時(shí)，使用該邊界參數(shù)來約束航班對(duì)應(yīng)的航線，基于此，根據(jù)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線包括：

將以下多個(gè)約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件作為確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的約束條件；

其中，多個(gè)所述約束條件方程還包括：第五約束條件方程和第六約束條件方程，

所述第五約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足將連續(xù)到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間最小化的第五約束條件，其中，SEP_f,f',p表示將到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間，M表示任意大的常數(shù)，m表示任意小的常數(shù)；

所述第六約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔大于最小時(shí)間間隔閾值且小于最大時(shí)間間隔閾值的第六約束條件，其中，(ΔT_f,r,p,p')_min表示航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間間隔閾值，(ΔT_f,r,p,p')_max確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間間隔閾值；

將同時(shí)滿足所述第一約束條件、第二約束條件、第三約束條件、第四約束條件、第五約束條件和第六約束條件、以及滿足所述目標(biāo)函數(shù)的航線作為所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線。

具體的，對(duì)于第六約束條件方程而言，考慮到航線應(yīng)滿足航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔大于最小時(shí)間間隔閾值，即

A_f,r[T_f,r,p'-T_f,r,p-(ΔT_f,r,p,p')_min]≥0,其中，

另外，還考慮到航線應(yīng)滿足航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔小于最大時(shí)間間隔閾值，即

A_f,r[T_f,r,p'-T_f,r,p-(ΔT_f,r,p,p')_max]≤0,其中，

由此，可利用上述引入的輔助變量將公式(4)和公式(5)轉(zhuǎn)換為具有線性形式的第六約束條件方程：

其中，

進(jìn)一步的，為了確定第五約束條件方程(分離約束條件方程)和第六約束條件方程(切換時(shí)間約束條件方程)中的邊界參數(shù)，在本發(fā)明提供的實(shí)施例中還給出了各個(gè)邊界參數(shù)的具體計(jì)算公式，基于此，上述方法還包括：

根據(jù)公式確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間間隔閾值，其中，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最小路徑調(diào)整因子，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最大速度，d_r,p,p'表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的距離；

根據(jù)公式確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間間隔閾值，其中，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最大路徑調(diào)整因子，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最小速度；

根據(jù)公式確定將到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間，其中，表示可能存在沖突的航路點(diǎn)p的所需最小間隔時(shí)間，|ef|表示航班f∈F相對(duì)于預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口的變化程度，|ef'|表示航班f'∈F相對(duì)于預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口的變化程度。

具體的，假設(shè)給定的一對(duì)航路點(diǎn)p和p′之間的切換時(shí)間由以下公式來確定上邊界參數(shù)和下邊界參數(shù)：

其中，“V”表示名義直線路徑上僅通過控制飛機(jī)速度實(shí)現(xiàn)的航路點(diǎn)之間的切換時(shí)間變化，“V+P”表示通過控制空間速度和路徑實(shí)現(xiàn)的切換時(shí)間變化。該外邊界參數(shù)表明，通常存在通過簡化航線來縮短切換時(shí)間或通過路徑延伸來延長轉(zhuǎn)換時(shí)間的某種可能。

接下來，為了對(duì)只控制速度的策略和同時(shí)控制路徑及速度的策略進(jìn)行效果建模，將連續(xù)航路點(diǎn)p和p′之間的最小切換時(shí)間和最大切換時(shí)間邊界參數(shù)化為：

其中，某條給定航線上的路徑調(diào)整因子和可因航線段而異，類似地，每一段或每架航班的速度邊界也可以不同。引入公式(8)可以提高考慮速度控制或同時(shí)考慮路徑及速度控制所生成的解的靈活性。然而，對(duì)該公式(8)進(jìn)行訓(xùn)練的一個(gè)附加說明是最優(yōu)解趨向于綁定一個(gè)或多個(gè)約束條件。因此應(yīng)選擇用來定義這些邊界的最大(或最小)速度，這樣所生成的時(shí)間受限段是可行且實(shí)際能飛的。為了對(duì)這一點(diǎn)和當(dāng)前工作提供支持，一個(gè)包含飛機(jī)移動(dòng)方程和航班管理系統(tǒng)(FMS)行為的動(dòng)態(tài)閉環(huán)模擬系統(tǒng)被開發(fā)出來并被用來估計(jì)與特定航線上的特定飛機(jī)類型可控性有關(guān)的實(shí)際邊界。

另外，在確定可能存在沖突的兩個(gè)航班之間所需的最小時(shí)間間隔的下限邊界參數(shù)時(shí)，需要考慮每個(gè)航班到達(dá)時(shí)刻的不確定性，尤其需要考慮的情況，由此，通過以下公式來確定領(lǐng)航航班的延誤、以及末班航班比預(yù)計(jì)時(shí)刻早到達(dá)的下限邊界參數(shù)：

進(jìn)一步的，考慮到終端區(qū)航線優(yōu)化模型中包含大量的二進(jìn)制變量，從而大大增加了計(jì)算量，增加了確定待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線所需的時(shí)間，為了減少計(jì)算量，從而縮短確定航線的時(shí)間，基于此，上述方法還包括：

按照以下規(guī)則策略對(duì)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型中的所述目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)所述約束條件方程進(jìn)行求解；

其中，所述規(guī)則策略包括：第一規(guī)則策略、第二規(guī)則策略和第三規(guī)則策略，

所述第一規(guī)則策略為通過公式且約束兩兩航班的共享航線段上的航班順序由會(huì)聚航路點(diǎn)的航班順序設(shè)定，其中，S_f,f',r,r',p表示二進(jìn)制航路點(diǎn)到達(dá)變量，若第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p早于第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p，則S_f,f',r,r',p＝1；

所述第二規(guī)則策略為通過公式

S_f,f',r,r',p＝A_f,rA_f',r',其中，

排除不存在沖突的第一航班f∈F對(duì)應(yīng)的第一航線r與第二航班f'∈F對(duì)應(yīng)的第二航線r'的共享航路點(diǎn)p，其中，A_f,r表示二進(jìn)制航線分配變量，若給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的航線為r，則A_f,r＝1；

所述第三規(guī)則策略為利用窗口技術(shù)將待規(guī)劃航班集合劃分為多個(gè)航班子集，在對(duì)多個(gè)所述航班子集進(jìn)行求解的過程中，將前一航班子集的解作為后一航班子集的附加約束條件，重復(fù)對(duì)各個(gè)所述航班子集進(jìn)行求解，直到確定出所述待規(guī)劃航班集合中所有航班對(duì)應(yīng)的航線。

具體的，針對(duì)于上述第一規(guī)則策略，主要是利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)知識(shí)并強(qiáng)制實(shí)施航班不相互經(jīng)過某條特殊航線的限制，如圖2所示的終端區(qū)空域中展示了R1、R2和R3三條航線以及由和分別定義的給定航線R1、R2和R3對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合。其中，航線R1和R2共同具有的航路點(diǎn)為B,假設(shè)：在航線R1和R2上，航路點(diǎn)B的所有下游航路點(diǎn)的最優(yōu)航班順序與從航路點(diǎn)B進(jìn)入公共航線段的最優(yōu)航班順序一致。也就是說，在任何公共航線段上沒有通行限制。進(jìn)而使得可以在航路點(diǎn)B的每個(gè)下游航路點(diǎn)分別為每對(duì)擁有(R₁，R₂)航線選項(xiàng)的可能航班(f，f')設(shè)定兩個(gè)附加約束：

另外，上述附加約束公式(11)可通過在某個(gè)給定航線選項(xiàng)對(duì)上為某對(duì)可能存在沖突的給定航班首先識(shí)別所有公共調(diào)度航點(diǎn)來定義。定義有序共享航路點(diǎn)集為C^S(r，r')，將該有序共享航路點(diǎn)集的初始航路點(diǎn)定義為C⁰(r，r')，則可將約束公式(11)轉(zhuǎn)化為：

在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，通過采用第一規(guī)則策略對(duì)公共航線段上的航班順序與共享航路點(diǎn)的航班順序一致進(jìn)行約束的方式，可以大大減少二進(jìn)制排序變量S_f,f',r,r',p的計(jì)算量。

具體的，針對(duì)于上述第二規(guī)則策略，主要是考慮到“較早”進(jìn)入終端管制區(qū)的航班與“較晚”進(jìn)入終端管制區(qū)的航班存在沖突的概率極小，因而，對(duì)識(shí)別出“較早”進(jìn)入終端管制區(qū)的航班與“較晚”進(jìn)入終端管制區(qū)的航班的交換順序采用自然排序約束，如圖2所示，假設(shè)航班F1和航班F2分別對(duì)應(yīng)的航線為R1和R2的情況下，航班F1和航班F2到達(dá)航點(diǎn)B的最早時(shí)刻分別為t₁和t₂。假設(shè)t₂＝t₁+δ，δ＞δ_FCFS≥0，其中，δ_FCFS表示一個(gè)不可能通過可用控制行動(dòng)克服的時(shí)間差。由此得出如下二進(jìn)制排序變量的約束條件公式：

另外，若其中一架航班有一條以上的航線，則不可能將這些附加約束右邊的值記為固定值1或0。在某種程度上，所存在的任何航線選項(xiàng)必須表示為：

結(jié)合第四約束條件方程可知，與自然排序約束對(duì)應(yīng)的上述二進(jìn)制排序變量的約束條件公式(14)相當(dāng)于：將S_f',f,r',r,p強(qiáng)制取為0。

在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，通過采用第二規(guī)則策略在合并航路點(diǎn)上強(qiáng)制實(shí)施航班的自然排序進(jìn)行約束的方式，可以進(jìn)一步減少二進(jìn)制排序變量S_f,f',r,r',p的計(jì)算量。

綜上可知，在本發(fā)明實(shí)施例中，在對(duì)終端區(qū)航線優(yōu)化模型中的目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)約束條件方程進(jìn)行求解時(shí)引入三個(gè)規(guī)則策略，采用引入的規(guī)則策略可以快速獲得一個(gè)初始解，以縮小求解范圍，然后再進(jìn)一步確定增量解，這樣可以減少二進(jìn)制變量的計(jì)算量，從而縮短確定航線的時(shí)間。

在本發(fā)明提供的終端管制區(qū)的航線規(guī)劃方法中，通過預(yù)先建立終端區(qū)航線優(yōu)化模型，將獲取到的參數(shù)輸入至該終端區(qū)航線優(yōu)化模型，使用目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)約束條件從時(shí)間和空間上綜合分析終端管制區(qū)各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的進(jìn)離場航線，從而實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地為各個(gè)航班規(guī)劃進(jìn)離場航線，提高終端管制區(qū)空域利用率，減少航班延誤；進(jìn)一步的，設(shè)定了與航班預(yù)期行為有關(guān)的邊界參數(shù)，在利用利用預(yù)先建立終端區(qū)航線優(yōu)化模型來為終端管制區(qū)的各個(gè)航班規(guī)劃航線時(shí)，使用該邊界參數(shù)來約束航班對(duì)應(yīng)的航線，從而保證在存在不確定性因素時(shí)仍使得確定處于的航線是無沖突的；更進(jìn)一步的，在對(duì)終端區(qū)航線優(yōu)化模型中的目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)約束條件方程進(jìn)行求解時(shí)引入三個(gè)規(guī)則策略，采用引入的規(guī)則策略可以快速獲得一個(gè)初始解，以縮小求解范圍，然后再進(jìn)一步確定增量解，這樣可以減少二進(jìn)制變量的計(jì)算量，從而縮短確定航線的時(shí)間。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，還給出了結(jié)合具體的應(yīng)用場景根據(jù)終端區(qū)航線優(yōu)化模型確定給定的終端管制中待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的一個(gè)測試用例，具體包括：

在本發(fā)明實(shí)施例提供的測試用例中，比較了兩種不同終端管制區(qū)幾何形狀對(duì)處理某個(gè)特定終端管制區(qū)航班集合的影響。如圖3a所示的第一種幾何形狀由用于兩個(gè)離港機(jī)場的某個(gè)單一專門離港航點(diǎn)和從每條機(jī)場跑道到對(duì)應(yīng)航點(diǎn)所定義的某條單一航線所構(gòu)成，該航線包含了由P^r1＝{SJC 30L，W₃}和P^r2＝{OAK 29，W₂}定義的航點(diǎn)，該幾何形狀被認(rèn)為是航點(diǎn)隔離運(yùn)行的空域示意圖。相比之下，如圖3b所示的航點(diǎn)共享運(yùn)行的幾何形狀也由兩個(gè)離港航點(diǎn)組成，但這兩個(gè)可用離港航點(diǎn)在兩個(gè)機(jī)場之間是共享的，在該共享例子中，從每條離港跑道到每個(gè)離港航點(diǎn)均定義了一條包含調(diào)度航點(diǎn)P^r1＝{SJC 30L，W₃}、P^r2＝{OAK 29，W₂}、P^r3＝{SJC 30L，W₂}和P^r4＝{OAK 29，W₃}的航線。每條機(jī)場跑道的最小間隔被設(shè)置為3海里。離港航點(diǎn)所要求的最小間隔被設(shè)置為4海里。

1、空中交通需求

考慮了兩個(gè)需求集并為每個(gè)需求集中的每架航班指定了一條可用的最早離港跑道。其中，表1總結(jié)了該兩個(gè)需求集中每個(gè)機(jī)場的交互離港間隔。在被稱為“相同峰值”的需求集中，每個(gè)機(jī)場需求的相對(duì)峰值出現(xiàn)的時(shí)間相同，并且兩個(gè)機(jī)場應(yīng)用的交互離港間隔模式相同。在分階段需求例子中，當(dāng)OAK機(jī)場離港航班出現(xiàn)峰值時(shí)，SJC機(jī)場的離港航班被右移。

表1測試用例飛機(jī)間的間隔

2、飛機(jī)參數(shù)

整個(gè)測試用例所使用的飛機(jī)“類型”相同。假設(shè)這種類型飛機(jī)的最低速度和最高速度分別為140節(jié)和180節(jié)。為了建立所需的最低間隔邊界，假設(shè)所有航班的預(yù)期到港時(shí)間誤差為常量，取|ef|＝30秒。

3、隔離規(guī)則和控制范圍

每個(gè)離港航點(diǎn)所需最小間隔被設(shè)定為4海里。對(duì)所有飛機(jī)對(duì)而言，跑道間隔被設(shè)定為3海里。

假設(shè)將OAK機(jī)場和SJC機(jī)場與其離港航點(diǎn)的最大延時(shí)分別設(shè)定為140秒和120秒。本測試用例不考慮通過捷徑加快航班這種可能。

4、數(shù)值結(jié)果與分析

針對(duì)空域配置(隔離配置和共享配置)與需求集(相同峰值和分階段峰值)的不同組合，建立了隔離問題實(shí)例并對(duì)之進(jìn)行了求解。以下的啟發(fā)式配置被應(yīng)用在測試用例中：

(1)在公共航線段強(qiáng)制實(shí)施無通過約束；

(2)當(dāng)δ_FCFS≥10分鐘時(shí)，強(qiáng)制實(shí)施自然排序約束；

(3)需求集窗口的間隔為10分鐘。

其中，表2總結(jié)了測試用例的累積延誤時(shí)間統(tǒng)計(jì)，列出了綜合延誤時(shí)間以及終端管制區(qū)外圍(如到港航班在跨越邊界之前和跑道可用于離港航班之前)和終端管制區(qū)內(nèi)部(如在空中時(shí))的延誤時(shí)間分布。

表2測試用例航班延誤時(shí)間統(tǒng)計(jì)

如表2所示，與用于共享峰值需求集和分階段峰值需求集的隔離航點(diǎn)幾何形狀相比，涉及共享航點(diǎn)配置的例子一致地產(chǎn)生了較低累積延誤時(shí)間。在總累積航班延誤時(shí)間、每架航班的平均延誤時(shí)間以及最大延誤時(shí)間方面的減少十分明顯。進(jìn)一步地，分階段峰值需求情況下的相對(duì)改進(jìn)更為明顯一些。在同一時(shí)刻到達(dá)空中交通峰值的情況下，共享航點(diǎn)配置產(chǎn)生的總延誤時(shí)間與隔離航點(diǎn)配置產(chǎn)生的總延誤時(shí)間差為(1360-1075)或者說減少了約26％。不過，當(dāng)需求的相對(duì)峰值是分階段產(chǎn)生時(shí)，共享航點(diǎn)配置產(chǎn)生的總延誤時(shí)間與隔離點(diǎn)配置產(chǎn)生的總延誤時(shí)間差為(1360-523)或837秒，減少了61％。在給定強(qiáng)制實(shí)施的最小間隔要求時(shí)，這些結(jié)果并非完全出乎意料；與隔離航點(diǎn)幾何形狀相比，共享航點(diǎn)幾何形狀應(yīng)該不相上下或甚至做得更好這一點(diǎn)似乎毋容置疑。

為了對(duì)上述延誤時(shí)間減少的具體原理進(jìn)行深入分析，如圖4a和圖4b所示兩張圖分別展示了航點(diǎn)隔離運(yùn)行的空域資源使用情況和航點(diǎn)共享運(yùn)行的空域資源使用情況，以及單個(gè)航班使用所分配資源的時(shí)間進(jìn)程。其中，圖4a和圖4b中X軸表示時(shí)間，Y軸表示跑道和定位航點(diǎn)資源。每個(gè)機(jī)場都包含了一種虛擬空域資源，該虛擬空域資源描述了原始需求或每架航班能在其所分配跑道上進(jìn)行調(diào)度的最早時(shí)刻。因此，從這種“最早”資源射向某個(gè)跑道資源的垂直線描述了能在其最早可用時(shí)刻被調(diào)度的航班，而圖4a和圖4b中斜線則表示在使用該跑道之前需要一定的延誤時(shí)間。在圖4a所示的隔離航點(diǎn)配置中，所產(chǎn)生的行為由交互離港間隔(與在每條跑道和每個(gè)定位航點(diǎn)定義的所需最小間隔有關(guān))唯一控制。在這種情況下，機(jī)場之間不存在干擾，每個(gè)機(jī)場獨(dú)立地為自己的需求提供服務(wù)。相比之下，圖4b描述的最優(yōu)解表明：在許多實(shí)例中，機(jī)場能利用可得的附加定位能力為航班提供比純隔離航點(diǎn)配置更有效的服務(wù)。在分階段峰值需求集上的共享航點(diǎn)配置最優(yōu)解中，每架航班產(chǎn)生的延誤時(shí)間小于或等于隔離航點(diǎn)配置所施加的延誤時(shí)間。

5、不確定性增加對(duì)穿越離港航點(diǎn)時(shí)刻的影響

在上述測試用例中，離港航點(diǎn)的間隔要求被設(shè)定為4海里這樣一個(gè)常量。然而，從同一機(jī)場相繼離港的飛機(jī)在離港航點(diǎn)可能有較小的間隔要求，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)在離港跑道上被隔開了。不過，從不同機(jī)場離港的飛機(jī)所需間隔較大，這取決于某個(gè)離港航班穿越可預(yù)見離港航點(diǎn)時(shí)刻的確定性?？紤]這樣一種情況：從不同機(jī)場離港的航班其離港航點(diǎn)間隔是從相同機(jī)場離港的航班所需間隔的1.5倍。為了與之前的結(jié)果進(jìn)行比較，我們?yōu)閺南嗤瑱C(jī)場離港的航班設(shè)定了4海里的離港航點(diǎn)最小間隔要求，從不同機(jī)場離港的航班對(duì)在離港航點(diǎn)的間隔要求被設(shè)定為6海里。

如表3總結(jié)了在這些間隔規(guī)則下所獲得的延誤時(shí)間統(tǒng)計(jì)。與之前在4海里間隔常量下獲得的那些結(jié)果相比，可以看到，分階段峰值需求集和相同峰值需求集上的總延誤時(shí)間分別從523秒增加到了771秒(約50％)、1075秒增加到了1421秒(約33％)。進(jìn)一步注意到：在終端管制區(qū)內(nèi)，盡管所有隔離場景中的共享航點(diǎn)/相同峰值實(shí)例產(chǎn)生的延誤時(shí)間百分比幾乎恒定為60％左右，但共享航點(diǎn)/分階段峰值實(shí)例的總延誤時(shí)間從24％增加到了37％。盡管基于機(jī)場的間隔規(guī)則與分階段峰值需求集及共享航點(diǎn)配置的執(zhí)行情況不如4海里常量間隔那樣好，但仍對(duì)純間隔值進(jìn)行了改進(jìn)；771秒的總延誤時(shí)間仍顯著低于在隔離航點(diǎn)幾何形狀中所觀測到的1360秒總延誤時(shí)間。比較表3和表2中的共享航點(diǎn)/相同峰值實(shí)例，似乎共享航點(diǎn)性能變差了，事實(shí)上，此時(shí)的共享航點(diǎn)總延誤時(shí)間超過了間隔策略的總延誤時(shí)間。詳見圖5a。

表3測試用例采用不同間隔策略時(shí)的離港航點(diǎn)累積延誤時(shí)間統(tǒng)計(jì)

為了嘗試解決上述問題，對(duì)多個(gè)不同啟發(fā)式配置進(jìn)行了包括消除需求集窗口使用在內(nèi)的優(yōu)化。如圖5b所示，在不使用窗口的情況下，所獲最優(yōu)解實(shí)際上生成了一種近似于隔離配置的策略，從每個(gè)機(jī)場離港的絕大部分航班其離港航點(diǎn)都被分隔開了。與隔離航點(diǎn)/分階段峰值配置下的結(jié)果相比，這個(gè)解的總延誤時(shí)間為1273秒(隔離配置下為1360秒)，平均延誤時(shí)間從68秒降到了63秒。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種終端管制區(qū)的航線規(guī)劃裝置，如圖6所示，該裝置包括：

信息獲取模塊602，用于獲取終端管制區(qū)內(nèi)待規(guī)劃航班集合和所述航班集合對(duì)應(yīng)的多個(gè)飛行計(jì)劃信息、以及獲取所述終端管制區(qū)內(nèi)的可用航線集合和所述可用航線集合對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合，其中，所述飛行計(jì)劃信息包括：出發(fā)地點(diǎn)、起飛時(shí)間、到達(dá)地點(diǎn)、降落時(shí)間、預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口；

航線確定模塊604，用于將獲取的所述待規(guī)劃航班集合、多個(gè)所述飛行計(jì)劃信息、所述可用航線集合、以及所述航路點(diǎn)集合輸入至預(yù)先建立的終端區(qū)航線優(yōu)化模型，根據(jù)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型分別確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線，其中，所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型包括：將航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間最小化的目標(biāo)函數(shù)、以及對(duì)航班的航線進(jìn)行約束的多個(gè)約束條件方程；

航路點(diǎn)調(diào)取模塊606，用于根據(jù)所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線分別調(diào)取各個(gè)所述航線上的多個(gè)航路點(diǎn)；

航線輸出模塊608，用于依次輸出確定出的多個(gè)所述航班對(duì)應(yīng)的航線，其中，所述待規(guī)劃航班集合為f_j表示待規(guī)劃航班集合中第j個(gè)航班，N_F表示待規(guī)劃航班集合的航班總數(shù)，j表示待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班的序號(hào)，所述可用航線集合為r_i表示可用航線集合中第i條航線，N_R表示可用航線集合的航線總數(shù)，i表示可用航線集合中各個(gè)航線的序號(hào)，所述航路點(diǎn)集合為p_g表示航路點(diǎn)集合中第g個(gè)航路點(diǎn)，N_P表示航路點(diǎn)集合的航路點(diǎn)總數(shù)，g表示航路點(diǎn)集合中各個(gè)航路點(diǎn)的序號(hào)。

進(jìn)一步的，上述航線確定模塊604包括：停留時(shí)間約束單元，用于根據(jù)目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間進(jìn)行約束，以使各個(gè)航班離開所述終端管制區(qū)所需的總時(shí)間最短；

第一約束條件確定單元，用于將以下多個(gè)約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件作為確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的約束條件；其中，多個(gè)所述約束條件方程包括：第一約束條件方程、第二約束條件方程、第三約束條件方程和第四約束條件方程，

所述第一約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足有且只有一個(gè)的第一約束條件；

所述第二約束條件方程and對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班在航線上的起飛時(shí)間晚于所述航線上初始航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間且航班在對(duì)應(yīng)的航線上的起飛時(shí)間早于所述航線上初始航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間的第二約束條件，表示航線r上初始航路點(diǎn)p₁的最早可用時(shí)間，表示航線r上初始航路點(diǎn)p₁的最晚可用時(shí)間；

所述第三約束條件方程and對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班在航線上的降落時(shí)間晚于所述航線上最終航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間且航班在對(duì)應(yīng)的航線上的降落時(shí)間早于所述航線上最終航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間的第三約束條件，表示航線r上最終航路點(diǎn)的最早可用時(shí)間，表示航線r上最終航路點(diǎn)的最晚可用時(shí)間；

所述第四約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足對(duì)于第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p與第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p的先后順序具有唯一性的第四約束條件；

第一航線生成單元，用于將同時(shí)滿足所述第一約束條件、第二約束條件、第三約束條件和第四約束條件、以及滿足所述目標(biāo)函數(shù)的航線作為所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線；

其中，A_f,r表示二進(jìn)制航線分配變量，若給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的航線為r，則A_f,r＝1，T_f,r，p表示給定航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的航線r上的航路點(diǎn)p的時(shí)間變量，r∈R^f及p∈P^r，R^f＝{r_k|航班f的所有可選擇的航線r，k∈{1，2，....，N_R(f)}}表示給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的可選擇的航線集合，N_R(f)表示給定航班f∈F可選擇的航線總數(shù)，k表示給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的可選擇的航線集合中各個(gè)航線的序號(hào)，P^r＝{p_h|航線r包含的所有航路點(diǎn)p，h∈{1，2，....，N_P(r)}}表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合，N_P(r)表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)總數(shù)，h表示給定航線r∈R對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)集合中各個(gè)航路點(diǎn)的序號(hào)，所述可用航線集合滿足公式所述航路點(diǎn)集合滿足公式表示二進(jìn)制航線分配變量與給定航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的航線r上的航路點(diǎn)p的時(shí)間變量的乘積的輔助變量，S_f,f',r,r',p表示二進(jìn)制航路點(diǎn)到達(dá)變量，若第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p早于第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p，則S_f,f',r,r',p＝1，r∈R^f、r'∈R^f′、p∈P^r∩P^r'≠Φ，表示二進(jìn)制航線分配變量A_f,r與A_f',r'的乘積。

進(jìn)一步的，上述航線確定模塊604包括：第二約束條件確定單元，用于將以下多個(gè)約束條件方程對(duì)應(yīng)的約束條件作為確定所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線的約束條件；其中，多個(gè)所述約束條件方程還包括：第五約束條件方程和第六約束條件方程，

所述第五約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足將連續(xù)到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間最小化的第五約束條件，其中，SEP_f,f',p表示將到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間，M表示任意大的常數(shù)，m表示任意小的常數(shù)；

所述第六約束條件方程

對(duì)應(yīng)的約束條件為使航線滿足航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔大于最小時(shí)間間隔閾值且小于最大時(shí)間間隔閾值的第六約束條件，其中，(ΔT_f,r,p,p')_min表示航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間間隔閾值，(ΔT_f,r,p,p')_max確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間間隔閾值；

第二航線生成單元，用于將同時(shí)滿足所述第一約束條件、第二約束條件、第三約束條件、第四約束條件、第五約束條件和第六約束條件、以及滿足所述目標(biāo)函數(shù)的航線作為所述待規(guī)劃航班集合中各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的航線。

進(jìn)一步的，上述裝置還包括：最小時(shí)間間隔閾值確定模塊，用于根據(jù)公式確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最小時(shí)間間隔閾值，其中，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最小路徑調(diào)整因子，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最大速度，d_{r,p，p'}表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p航線段的距離；

最大時(shí)間間隔閾值確定模塊，用于根據(jù)公式確定航班到達(dá)航路點(diǎn)p、以及達(dá)到與所述航路點(diǎn)p的相鄰航路點(diǎn)p′的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的最大時(shí)間間隔閾值，其中，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最大路徑調(diào)整因子，表示給定航線r上從航路點(diǎn)p至航路點(diǎn)p′航線段的最小速度；

分離時(shí)間確定模塊，用于根據(jù)公式確定將到達(dá)第一航線r上的航路點(diǎn)p的第一航班f∈F與到達(dá)第二航線r'上的航路點(diǎn)p的第二航班f'∈F分離開來的分離時(shí)間，其中，表示可能存在沖突的航路點(diǎn)p的所需最小間隔時(shí)間，|ef|表示航班f∈F相對(duì)于預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口的變化程度，|ef'|表示航班f'∈F相對(duì)于預(yù)計(jì)飛行時(shí)間窗口的變化程度。

進(jìn)一步的，上述裝置還包括：求解優(yōu)化模塊，用于按照以下規(guī)則策略對(duì)所述終端區(qū)航線優(yōu)化模型中的所述目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)所述約束條件方程進(jìn)行求解；

其中，所述規(guī)則策略包括：第一規(guī)則策略、第二規(guī)則策略和第三規(guī)則策略，所述第一規(guī)則策略為通過公式且約束兩兩航班的共享航線段上的航班順序由會(huì)聚航路點(diǎn)的航班順序設(shè)定，其中，S_f,f',r,r',p表示二進(jìn)制航路點(diǎn)到達(dá)變量，若第一航班f∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第一航線r上的航路點(diǎn)p早于第二航班f'∈F經(jīng)過對(duì)應(yīng)的第二航線r'上的航路點(diǎn)p，則S_f,f',r,r',p＝1；

所述第二規(guī)則策略為通過公式

S_f,f',r,r',p＝A_f,rA_f',r',其中，

排除不存在沖突的第一航班f∈F對(duì)應(yīng)的第一航線r與第二航班f'∈F對(duì)應(yīng)的第二航線r'的共享航路點(diǎn)p，其中，A_f,r表示二進(jìn)制航線分配變量，若給定航班f∈F對(duì)應(yīng)的航線為r，則A_f,r＝1；

所述第三規(guī)則策略為利用窗口技術(shù)將待規(guī)劃航班集合劃分為多個(gè)航班子集，在對(duì)多個(gè)所述航班子集進(jìn)行求解的過程中，將前一航班子集的解作為后一航班子集的附加約束條件，重復(fù)對(duì)各個(gè)所述航班子集進(jìn)行求解，直到確定出所述待規(guī)劃航班集合中所有航班對(duì)應(yīng)的航線。

在本發(fā)明實(shí)施例提供的終端管制區(qū)的航線規(guī)劃裝置中，通過預(yù)先建立終端區(qū)航線優(yōu)化模型，將獲取到的參數(shù)輸入至該終端區(qū)航線優(yōu)化模型，使用目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)約束條件從時(shí)間和空間上綜合分析終端管制區(qū)各個(gè)航班對(duì)應(yīng)的進(jìn)離場航線，從而實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地為各個(gè)航班規(guī)劃進(jìn)離場航線，提高終端管制區(qū)空域利用率，減少航班延誤；進(jìn)一步的，設(shè)定了與航班預(yù)期行為有關(guān)的邊界參數(shù)，在利用利用預(yù)先建立終端區(qū)航線優(yōu)化模型來為終端管制區(qū)的各個(gè)航班規(guī)劃航線時(shí)，使用該邊界參數(shù)來約束航班對(duì)應(yīng)的航線，從而保證在存在不確定性因素時(shí)仍使得確定處于的航線是無沖突的；更進(jìn)一步的，在對(duì)終端區(qū)航線優(yōu)化模型中的目標(biāo)函數(shù)和多個(gè)約束條件方程進(jìn)行求解時(shí)引入三個(gè)規(guī)則策略，采用引入的規(guī)則策略可以快速獲得一個(gè)初始解，以縮小求解范圍，然后再進(jìn)一步確定增量解，這樣可以減少二進(jìn)制變量的計(jì)算量，從而縮短確定航線的時(shí)間。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的終端管制區(qū)的航線規(guī)劃裝置可以為設(shè)備上的特定硬件或者安裝于設(shè)備上的軟件或固件等。本發(fā)明實(shí)施例所提供的裝置，其實(shí)現(xiàn)原理及產(chǎn)生的技術(shù)效果和前述方法實(shí)施例相同，為簡要描述，裝置實(shí)施例部分未提及之處，可參考前述方法實(shí)施例中相應(yīng)內(nèi)容。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，前述描述的系統(tǒng)、裝置和單元的具體工作過程，均可以參考上述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露裝置和方法，可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，又例如，多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點(diǎn)，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。另外，在本發(fā)明提供的實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理單元中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中。所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋，此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕易想到變化，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。