Методы теории компромиссных игр в задачах управления воздушным движением

• Автор: Золотухин, Вячеслав Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Оглавление
Обозначения
Введение
1 Концепция ОрВД
1.1 Введение
1.2 Требования к разрабатываемым ОрВД
1.2.1 Роль человеческого фактора
1.2.2 Понятие авиационной безопасности
1.2.3 Оценка и анализ авиационной безопасности
1.2.4 Глобальный аэронавигационный план
1.2.5 Особенности разработки современных систем ОрВД
1.3 Разрешение конфликтов и оптимизация трафика в распределенных системах как
задачи интеллектного управления
1.3.1 Концепция свободного полёта
1.3.2 Использование регулярной сетки
1.4 Комплексы имитационного моделирования
2 Модель организации воздушного движения на основе теории компромиссных игр
2.1 Обзор
2.2 SGT - вопросы теории
2.2.1 Социальная составляющая функции полезности
2.2.2 Теория компромиссных игр
2.3 Построение модели системы ОрВД на базе SGT
2.3.1 Существующие схемы разрешения конфликтов
2.4 Формирование функции преимуществ ВС
2.5 Формирование функции рисков ВС
2.5.1 Потенциальный конфликт типа столкновение
2.5.2 Потенциальный конфликт типа опасное сближение
2.5.3 Потенциальный конфликт типа пересечение вихревого следа
2.6 Модель системы ОрВД на основе SGT-подхода
3 Моделирование вихревых следов
3.1 Значимость вихрей для работы систем УВД
3.2 Воздействие вихревого следа на полет ВС
3.2.1 Стандарты разделения ВС для обеспечения вихревой безопасности
3.3 Классификация ВС по создаваемой турбулентности
3.3.1 Формирование единых стандартов обеспечения вихревой безопасности
3.4 Физика явления
3.4.1 Существующие вихревые модели
3.4.2 Эволюция вихрей
3.4.3 Затухание вихрей
3.4.4 Влияние атмосферных условий на образование и эволюцию вихрей
3.5 Существующие методы обнаружения вихревых возмущений
3.5.1 Windline
3.5.2 LIDAR
3.5.3 SODAR
3.6 Существующие методы прогнозирования вихревых возмущений
3.6.1 Вероятностная модель с двухфазным затуханием (Р2Р)
3.6.2 Система прогнозирования вихревых возмущений (VFS)
3.6.3 Выводы
3.7 Эллипсоидальная модель вихревого следа
3.7.1 Оценка формы и размеров вихревого эллипсоида
3.7.2 Оценка местоположения вихревого эллипсоида
3.7.3 Примеры расчета вихревых характеристик для различных типов ВС

4 Сведение общей (ЗП) задачи оптимального маневрирования ВС к плоским (2В) маневрам
4.1 Обзор основных исследований в области моделирования оптимальных
траекторий ВС
4.2 Типы конфликтных ситуаций
4.3 Численный метод расчета оптимальной траектории изменения высоты
4.4 Задача выбора оптимального управления ВС при условии избегания
конфликтов
4.4.1 Постановка задачи в горизонтальной плоскости для нескольких ВС
4.4.2 Допущения и ограничения
4.4.3 Алгоритм предотвращения конфликтов ВС
4.4.4 Оценка эффективности алгоритма
4.4.5 Апробация алгоритма
4.4.6 Возможные улучшения и модификации
5 Многоагентная среда интеллектуального управления воздушным движением
5.1 Допущения и ограничения
5.1.1 Определение множества допустимых направлений движения ВС
5.1.2 Условия достижения точки назначения
5.2 Возможности среды моделирования
5.3 Программный комплекс численного моделирования
5.3.1 Структура комплекса
5.3.2 Требования к автоматизированному рабочему месту
5.3.3 Настройки программного комплекса
5.3.4 Методика фиксирования конфликтов
5.4 Показатели оценки работы системы
5.5 Использование тестовых сценариев
5.6 Результаты моделирования
5.6.1 Сценарий встречного движения
5.6.2 Сценарий общей точки пересечения
5.6.3 Сценарий пересекающихся потоков
5.6.4 Сценарий случайного расположения
5.6.5 Выводы
Литература

Обозначения
АП - авиационное происшествие
ВД - воздушное движение
ВП - воздушное пространство
ВПП - взлетно-посадочная полоса
ВС - воздушное судно
ВЭ - вихревой эллипсоид
ИМ - имитационное моделирование
ИКАО (ICAO) - Международная организация гражданской авиации (International Civil Aviation Organization)
КИМ - комплекс имитационного моделирования ЛДЗ - линейные двумерные задачи ОВБ — обеспечение вихревой безопасности ОрВД - организация воздушного движения СППР - система поддержки принятия решений УВД - управление воздушным движением ФП - Функция преимуществ ФР - Функция риска
COIN - Collective Intelligence (Коллективный интеллект)
СРМ - Conservative Probabilistic Model (консервативная вероятностная модель вихревого следа)
DLR - Deutsches Zentrum fur Luft-und Raumfahrt (Немецкий Аэрокосмический Центр)
FAA (ФАА) - Federal Aviation Agency (Федеральное авиационное агентство, США)
IFALPA - International Federation of Airline Pilots (Международная федерация ассоциации линейных пилотов (ИФАЛПА))
JAA - Joint Aviation Authorities (Объединённые Администрации Авиации) LIDAR - Light Detection And Ranging (Лидар)
NASA - National Aeronautical and Space Agency (Национальное аэрокосмическое агентство США)
NLR - National Aerospace Laboratory (Голландия)
SOD AR - Sonic Detection And Ranging (Содар)

на исчерпывающем перечне возможных воздушных сценариев, весьма затруднительна.
Первый шаг применения SGT - описание взаимозависимостей между ВС. Число окружающих ВС, с которыми возможно взаимодействие, ограничивается заданным радиусом. Так как число окружающих ВС меняется со временем, необходимо строить картину отношений между ВС динамически. Для этой цели применяется ранжирование всей группы ВС по некоторому критерию.
Алгоритм предотвращения конфликтов (см. главу 4) на каждом шаге упорядочивает набор соседних ВС по критериям накопившейся задержки и общего времени полета и другим параметрам (пассажировместимость и пр.). ВС с большей задержкой имеют более высокий приоритет. Если ВС обладают одинаковой задержкой, то рассматривается время полета - чем оно больше, тем выше приоритет ВС. Когда список ВС упорядочен по приоритету, становится возможным построение графа, который характеризует взаимозависимости окружающих ВС.
В список приоритета Pt включаются только те ВС, с которыми необходимо разрешить конфликтную ситуацию. Направление движения рассматриваемого ВС, которое должно быть определено к окончанию очередной итерации алгоритма, зависит от предпочтений всех ВС указанной группы.
На основании полученной лётной информации каждый борт рассчитывает ФР рк и ФП ps для каждого альтернативного направления движения и) [6],
затем выбирает направление u',*<=U , на котором разница между значениями функций преимущества и недостатка максимальна:
и * = arg тахи№ (р% {и)) - pR {и))) (2.1)
Другими словами, каждый агент всегда находится в поиске максимальных преимуществ, которые можно получить с наименьшим риском.
После того как ФП и ФР для данного агента определены, выбирается наиболее предпочтительное направление движения. При этом, если агент допускает существование риска, то он максимизирует свою ФП. Нерасположенный к риску агент, напротив, минимизирует свою ФР, хотя это и не гарантирует прогресса в продвижении к цели. Такой подход гарантирует наиболее быстрое продвижение к цели вместе с минимальным риском, который при этом возникает. Таким образом, при использовании SGT выбирается решение, преимущества которого «перевешивают» его недостатки.
При помощи технологий обмена информацией кооперацию между агентами можно реализовать даже в полностью распределенных системах. Важным преимуществом подхода SGT является сочетание жесткого ранжирования всех ВС в области видимости, которое устанавливает для каждого ВС приоритет, и «альтруистического» поведения ВС, которое дает возможность находить компромиссные решения при достижении собственных целей каждым ВС.
2,3.1 Существующие схемы разрешения конфликтов
Рост интереса к концепции свободного полета привел к тому, что в последнее время появилось большое количество подходов к разрешению конфликтов в