一种智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法

1.本发明涉及机场冲突的消解算法领域，特别涉及一种智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法。


背景技术：

2.近年来，随着民航业的快速发展及居民生活水平的不断提高，越来越多的旅客在出行时选择乘坐飞机。根据民航局的发展统计公报，我国近些年来民航运输机场起降架次均逐年增长。机场繁忙程度的增加，将会使机场容易产生拥堵，造成航班延误，而且容易发生场面冲突，即运行的不同飞机之间的距离小于安全间隔。如果不能够及时有效地检测和消解冲突，飞机之间便有可能发生碰撞，造成人员伤亡与财产损失。虽然飞机之间发生碰撞的事故极少发生，但如果发生便会对机场运行效率产生重大影响，所以应尽力避免。
3.目前有许多关于机场场面冲突的研究，例如基于多agent的机场场面滑行冲突规避方法、a-smgcs系统、ads-b技术等。而现阶段大多数机场实际采用的解决冲突的方法主要是通过监视雷达来监视航空器的运行，通过管制员的观察和经验解除场面冲突。在一些冲突热点会设置强制报告点，机组达到冲突热点后，向管制员报告，管制员发出指令后才可以进入下一段区域。这样不但增加了管制员的工作负荷和强度，还需要多方面人员的协调合作，降低了机场运行效率。


技术实现要素：

4.发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法。
5.技术方案：本发明的一种智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，包括以下步骤：
6.步骤1，基于机载监测识别设备，实时采集预设范围内飞机的相关信息，在不进行外部干预情况下飞机之间会发生冲突前，建立飞机可行路径集合，根据飞机运动方向判断冲突区域和冲突类型，建立冲突集合；
7.步骤2，对冲突集合内的飞机进行优先级量1级计算，并判断冲突集合是否大于1，若大于1，将冲突分类为主要冲突和附属冲突，并进入步骤3；
8.步骤3，判断附属冲突是交叉冲突或者对头冲突，若是则根据优先级量大小依次调整附属飞机的路径、速度和加速度，再根据优先级量大小依次调整主要飞机的路径、速度和加速度；
9.步骤4，检验当前冲突集合内的飞机是否清零，如果没有清零则重新返回步骤1，更新可行路径集合，直到最后冲突集合内飞机清零为止。
10.进一步，在步骤2中，若冲突集合小于1，则按照优先级量大小调整冲突飞机路径、速度和加速度。
11.进一步，冲突类型包括追尾冲突、对头冲突和交叉冲突。
12.进一步，在步骤3中，若附属冲突为追尾冲突，则引入新指标进行优先级量2级计算，按照优先级量大小调整追尾冲突飞机路径、速度和加速度。
13.进一步，步骤2，对冲突集合内的飞机进行优先级量1级计算，具体包括：
14.分别计算飞机延误时间de参数、飞机载客量load、飞机减速度指标、飞机时间消耗指标以及飞机转弯速度指标，对各计算结果数据进行标准化，将标准化后结果与其他因素asci进行加权线性求和，得到每架飞机优先级量pro1，按照优先级量大小进行排序。
15.进一步，在步骤2中，将冲突分类为主要冲突和附属冲突，具体包括：
16.按照对头冲突、交叉冲突和追尾冲突从前到后的原则，选出优先解决冲突，并标注该冲突为主要冲突，冲突集合中其余冲突为附属冲突；
17.若冲突集合中同时出现多个相同类型冲突时，使用优先级量1级计算结果对飞机进行排序，确定主要冲突和附属冲突。
18.进一步，在步骤3中，若附属冲突为追尾冲突，则引入新指标进行优先级量2级计算，具体包括：
19.引入附属飞机减速度指标b
follow
和ttc指标，在优先级量1级的基础上联合附属飞机减速度指标b
follow
和ttc指标共同计算优先级量2级，表达式为：
20.pro2＝pro1+β1*b
follow
+β2*ttc
21.式中，β1和β2为权重。
22.进一步，步骤1中的相关信息包括机场场面上所有受到影响的飞机的数据：驾驶员信息、乘客数量、飞机最大加减速度和延误时间，周期传送的数据：当前速度、位置和加速度，以及跑道、滑行道信息：道路宽度、转弯半径、转弯角度和飞机过弯最小速度。
23.有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
24.(1)本发明提出的冲突消解方法利用飞机间信息交互，提高通信稳定性，减少对管制员指令的依赖，使决策算法效率提高；
25.(2)本发明考虑了飞机延误时间、飞机载客量、飞机转弯加速度等飞机在机场场面上可能存在影响的多个方面，考虑范围较为全面，是更为全面、安全、有效的决策算法；
26.(3)本发明包括了飞机感知、冲突识别、冲突消解等机场场面冲突的全过程，且考虑到了冲突发生的各种可能性，提出了完善的冲突优先级判断方法，是一套完整的冲突消解体系；
27.(4)本发明在冲突识别与消解阶段，将对头冲突归纳为交叉冲突的一种，缩减了算法体量，提高了运算效率；
28.(5)本发明可以实现小尺度的冲突消解，以应对未来的机场场道更加繁忙的情况。
附图说明
29.图1为本发明实现机场场面冲突消解流程图；
30.图2为实施例实现机场控制优先级量1级划分流程图；
31.图3为实施例实现机场控制优先级量2级划分流程图；
32.图4为机场场面冲突场景实例；
33.图5为实施例的一种追尾冲突示意图；
34.图6为实施例的一种对头冲突示意图；
35.图7为实施例的一种交叉冲突示意图；
36.图8为实施例的一种对头冲突场景以及等待区的示意图；
37.图9为实施例的一种两架飞机同向交叉冲突时同向转弯的示意图；
38.图10为实施例的一种两架飞机同向交叉冲突时反向转弯的示意图；
39.图11为实施例的一种两架飞机同向交叉冲突时f1转弯、f2直行的示意图；
40.图12为实施例的一种两架飞机同向交叉冲突时均直行的示意图；
41.图13为实施例的一种两架飞机侧向交叉冲突时同向转弯的示意图；
42.图14为实施例的一种两架飞机侧向交叉冲突时反向转弯的示意图；
43.图15为实施例的一种两架飞机侧向交叉冲突时f1转到f2同方向且f2直行的示意图；
44.图16为实施例的一种两架飞机侧向交叉冲突时f1转到f2反方向且f2直行的示意图；
45.图17为实施例的一种两架飞机侧向交叉冲突时f1、f2均直行的示意图。
具体实施方式
46.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。
47.如图1所示为本实施例所述的一种智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法流程图，在智能网联技术营造的全息机场环境下，实现飞机与飞机之间、飞机与路径之间的通信，可以在多架飞机之间进行信息的交流，对机场冲突的消解执行如下步骤1-步骤4，实现小尺度的冲突消解，该机场场道交通冲突消解方法包括以下步骤：
48.步骤1，基于机载监测识别设备，实时采集预设范围内飞机的相关信息，在不进行外部干预情况下飞机之间会发生冲突前，建立飞机可行路径集合，根据飞机运动方向判断冲突区域和冲突类型，建立冲突集合。
49.具体地，上述机载监测设备可以通过在机场与飞机上尝试搭载摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波等传感器感知机场环境，检测收集机场当前各飞机运行情况的信息，还可以利用高精度地图与定位技术获取环境信息，进行实时监控，利用通信技术实现飞机之间信息的相互传递和共享。
50.具体地，上述步骤1中的相关信息包括机场场面上所有受到影响的飞机的数据：驾驶员信息、乘客数量、飞机最大加减速度和延误时间，周期传送的数据：当前速度、位置和加速度，以及跑道、滑行道信息：道路宽度、转弯半径、转弯角度和飞机过弯最小速度。
51.在一个示例中，在最佳路径的选择方面，默认飞机线路的选择遵循以下原则：
52.(1)飞机沿着计划运动方向运动不会随意更改(例如图4所示的机场场面冲突场景实例，其中飞机f4从左向右前进，飞机需要进行两个钝角转弯，而不会是一个钝角一个锐角转弯)；
53.(2)飞机不会选择转弯角度过大的路线(转弯角度为锐角优先选择，其次是直角，最后是钝角)；
54.(3)跑道上的飞机由于速度较快会优先选用斜向(与运动反向夹角为锐角)的路线快速脱离跑道；
55.(4)飞机会选择距离最近的路线(在确保游客舒适度，和飞机损耗适度的情况下，路线越短越好)；
56.(5)根据天气、飞机型号、飞机最大加减速度等因素，飞机的速度设有阈值，若飞机改变运行轨迹时所需要的加速度和速度指标，不符合阈值界限，那么飞机将判定无法改变；
57.(6)假设场面上只有目标飞机时，场面上一定有一条可以在确保乘客舒适，飞机损耗最小，花费时间最短的路径，定义为最佳路径，同时也一定存在可以满足乘客舒适度等指标要求的多条路径，定义为可行路径。
58.具体地，上述冲突类型包括追尾冲突、对头冲突和交叉冲突。追尾冲突主要是指在同一条滑道或者跑道上通向运行的飞机，因为领先飞机速度小于落后飞机等原因导致两架飞机在脱离跟随模式之前发生碰撞导致的冲突，如图5所示场景，下面详细说明。
59.设两架飞机位于同一条跑道或滑行道上，位于前进方向靠前的飞机称为领先飞机f
lead
，位于前进方向靠后的飞机称为跟随飞机f
follow
，两者对应速度分别为v
lead
和v
follow
，当v
lead
《v
follow
时，两者之间可能发生追尾冲突。使用判断飞机追尾冲突的风险的ttc指标来判断追尾冲突是否发生，ttc指标定义式如下：
[0060][0061]
其中k为某一瞬时时刻，x
follow
表示后方飞机在k瞬时所处位置，x
lead
表示带头飞机在k瞬时所处位置，l表示两架飞机平均长度，v
lead
表示带头飞机在k瞬时速度，v
follow
表示后方飞机在k瞬时速度，根据当天机场气候环境等多方面因素设置ttc阈值为ttc
*
，若飞机ttc指标大于阈值ttc
*
则认为安全，小于阈值ttc
*
认为会发生追尾冲突，需要消解。
[0062]
对头冲突主要是指在不同滑行道上的两架飞机，可能先后登上同一条跑道，如果先登上跑道的飞机在另一辆飞机登上跑道之前没有离开该跑道，飞机之间就会发生对头冲突，如图7所示场景，下面详细说明。
[0063]
设两架飞机的共用滑行道为x，定义与该滑行道相连的滑行道为等待区，场景如图8所示。
[0064]
设飞机从所在位置到达等待区的时间为t
part
，飞机从所在位置到离开共同跑道的总时间为t
all
。飞机从所在位置到达等待区的时间t
part
计算表达式为：
[0065][0066]
飞机转弯花费的时间为t
转
，表达式为：
[0067][0068]
飞机通过从所在位置通过共同跑道的时间t
all
为：
[0069][0070]
当存在两架不同滑行道的飞机即将登入同一跑道时，以飞机f2先登上滑行道为例，对头冲突发生的条件是：
[0071][0072]
其中，表示飞机fj到达等待区的时间，表示飞机f2通过共同滑行道所用的总时间。
[0073]
交叉冲突是指在不同滑行道上的两架飞机，可能先后进入同一交叉口，如果先进入交叉口的飞机在另一辆飞机进入交叉口之前没有离开该交叉口，飞机之间就会发生交叉冲突，如图6所示情景，将此交叉口十字中心所构成的类似矩形定义为冲突区，下面对交叉冲突进行详细说明。
[0074]
设飞机从所在位置到达等待区的时间为t
part
，飞机从所在位置到离开冲突区域的总时间为t
all
，机通过从所在位置通过共同交叉口的时间t
all
为：
[0075][0076]
飞机从所在位置到达等待区的时间t
park
为：
[0077][0078]
飞机从进入交叉口开始转弯到机尾离开交叉口的时间t
转
为：
[0079][0080]
以飞机f2先进入交叉口为例，交叉冲突发生的条件为：
[0081][0082]
其中表示飞机fj到达等待区的时间，表示飞机f2通过共同滑行道所用的总时间。
[0083]
如图4所示，在一个机场场面冲突示例中，参照上述方式，标定冲突区域和可能发生的冲突类型，并建立冲突集合，记为{对头冲突(f2，f4)，交叉冲突(f1，f2)，追尾冲突(f2，f3)}
[0084]
步骤2，对冲突集合内的飞机进行优先级量1级计算，并判断冲突集合是否大于1，若大于1，将冲突分类为主要冲突和附属冲突，并进入步骤3。
[0085]
上述步骤2，对冲突集合内的飞机进行优先级量1级计算，如图2所示，具体包括：
[0086]
分别计算飞机延误时间de参数、飞机载客量load、飞机减速度指标、飞机时间消耗指标以及飞机转弯速度指标，对各计算结果数据进行标准化，将标准化后结果与其他因素asci进行加权线性求和，得到每架飞机优先级量pro1，按照优先级量大小进行排序。
[0087]
具体地，计算飞机延误时间de参数，定义飞机延误指标，在考虑了当前飞机延误的同时，还考虑到了机场总体延误情况。机场总体延误等级可以分为五级(ⅰ级、ⅱ级、ⅲ级、ⅳ级、
ⅴ
级)，设d为机场总体延误率，n1为延误1小时以上航班数量，n2为延误4小时以上的航班数量，则机场总体延误等级可以按照以下四种规则对延误等级进行分类：
[0088]
规则1，d《40％为ⅰ级，40％≤d《60％为ⅱ级，60％≤d《80％为ⅲ级，80％≤d《100％为ⅳ级，d＝100％为
ⅴ
级。
[0089]
规则2，d《20％为ⅰ级，20％≤d《40％为ⅱ级，40％≤d《60％为ⅲ级，60％≤d《80％为ⅳ级，80％≤d《100％为
ⅴ
级。
[0090]
规则3，20％《n1≤30％为ⅰ级，30％《n1≤50％为ⅱ级，50％《n1≤90％为ⅲ级，n1》90为ⅳ级。
[0091]
规则4，15％《n1≤20％或20％《n2≤30％为ⅰ级，20％《n1≤30％或30％《n2≤50％为ⅱ级，30％《n1≤50％或50％《n2≤90％为ⅲ级，n1》50％或n2》90％为ⅳ级。
[0092]
根据不同机场不同延误等级，令db分别等于1，3，5，7，9。最后得到飞机延误指标de表达式为：
[0093][0094]
式中，de由飞机本身延误时间db和机场场面总体延误影响参数da组成，其中γ1为修正参数，表征机场对于总体延误消除的态度，根据机场一般运行规律，预先设置一个阈值认为延误时间低于阈值时，延误时间越长优先级越高，延误时间高于阈值时，延误时间越长优先级越低。
[0095]
具体地，计算飞机载客量load，在表征飞机当前乘客数量的同时，可以用于表征飞机的大小，一般认为载客数越多优先级越高。
[0096]
具体地，通过计算飞机所需减速度b与阈值b
*
差值δb来表征飞机减速度指标，其中阈值b
*
表征飞机减速让乘客感觉舒适并且不会对飞机造成太大损耗的最大减速度，δb表征如果决定让当前飞机进行避让，该飞机减速的可行性。
[0097]
具体地，计算飞机通过冲突区域需要消耗时间t
pr
，一般认为可以最快通过冲突区域即t
pr
越小则优先级越高，当两架飞机速度相同时，则可认为遵循fcfs(先到先得)原则。
[0098]
具体地，计算飞机转弯速度v
turn
指标，表达式为：
[0099][0100]
上式中v
turnα
表示飞机通过与前进方向夹角为α的弯道能够满足的最大转弯速度，v表示飞机当前速度，|v-v
turnα
|表征飞机当前速度与最佳转弯速度的差距，一般默认v≥v
turnα
，γ2为修正参数。
[0101]
一般来说机场场面会在主滑行道和跑道之间设置进出滑行道，用于飞机快速脱出跑道，这类滑行道与跑道夹角包括锐角(30
°
)，直角(90
°
)，钝角(150
°
)(以跑道上飞机前进方向为准)三种形式。设进出滑行道与飞机前进方向夹角为α，做出如下假设：当α小于90
°
时：
[0102]
假设1，当前速度越接近最大转弯速度阈值的飞机，越适合使用该进出滑行道(指标v
turn
随着当前速度v与阈值速度v
turnα
的差的增大而减小)；
[0103]
假设2，角度α越大，v
turnα
越小，转弯对转弯速度要求越明显，指标v
turn
越大；
[0104]
假设3，随着α增大，当前速度v与阈值速度v
turnα
差值对v
turn
影响越小；
[0105]
假设4，飞机本身速度越大，转弯速度指标对优先级影响越明显，其数值越大。
[0106]
在一个示例中，对上述各指标的数据进行标准化，设标准化函数为：
[0107][0108]
式中，x表示某时刻某待起飞飞机的某项指标值，表示机场场面上的所有待起飞飞机该指标的平均值，s{x}表示机场场面上的所有待起飞飞机该指标的方差；
[0109]
根据上述标注化函数得到各指标参数的权重，结果如表1所示。
[0110]
表1权重计算结果
[0111][0112]
将上述各指标进行线性组合求解，求得优先级量1级为：
[0113][0114]
上式中，asci表示其他因素，可根据飞机所执行不同任务进行赋值，飞机执行任务如：赈灾飞机、救灾飞机、军事飞机、接送特殊人物、飞机上载有病人或重要物品，其值一般取0或一个较大的数。计算每架飞机的pro1，根据优先级量pro1确定飞机优先级，优先级较低的飞机根据之前建立的可行路径集合，改变路径，看是否可以消解冲突，若不能则看修改优先级较高的飞机看是否可以消解冲突，不可以则报错。
[0115]
在步骤2中，将冲突分类为主要冲突和附属冲突，具体包括：
[0116]
按照对头冲突、交叉冲突和追尾冲突从前到后的原则，选出优先解决冲突，并标注该冲突为主要冲突，造成该冲突的飞机称为主要飞机，冲突集合中其余冲突为附属冲突，造成附属冲突的飞机称为附属飞机；若冲突集合中同时出现多个相同类型冲突时，使用优先级量1级计算结果对飞机进行排序，确定主要冲突和附属冲突。
[0117]
进一步，在步骤2中，若冲突集合小于1，则按照优先级量大小调整冲突飞机路径、速度和加速度。
[0118]
步骤3，判断附属冲突是交叉冲突或者对头冲突，若是交叉冲突或者对头冲突则根据优先级量大小依次调整附属飞机的路径、速度和加速度，再根据优先级量大小依次调整主要飞机的路径、速度和加速度，直到冲突消解。
[0119]
在一个示例中，获取两架飞机f1、f2的相关数据包括：两架飞机的型号，领先飞机
f1的速度加速度位置信息p1，落后飞机f2的速度加速度位置信息p2，以及是否空载，延误等级，进场或离场等信息。
[0120]
对交叉冲突可能遇到的情况划分为对向交叉冲突和侧向交叉冲突，并对每一大类进行细分，下面进行详细介绍。
[0121]
对于同向交叉冲突：当f1、f2均转弯时可分为：两架飞机同向转弯如图9所示场景，两架飞机反向转弯如图10所示场景；当f1转弯，f2直行时如图11所示场景，当f1、f2均直行时如图12所示场景。
[0122]
对于侧向交叉冲突：当f1、f2均转弯时可分为：同向转弯(都向左侧转弯或都向右侧转弯)如图13所示场景，反向转弯(仅考虑两架飞机分别采用左侧左转，右侧右转的情况)如图14所示场景；当f1转弯，f2直行时可分为f1转到与f2同向如图15所示场景，f1转到与f2反向两种情况如图16所示场景；当f1、f2均直行时如图17所示场景。
[0123]
首先需要根据两架飞机的位置信息判断它们属于哪一种类型，在上述诸多情况中大部分的消解方案是固定的,所以可以对这些情况快速生成消解方案，具体如下：
[0124]
对于同向交叉冲突f1转弯、f2直行的情况，要求必须采用直行飞机避让转弯飞机。
[0125]
对于同向交叉冲突f1、f2均直行的情况，类似对头冲突在这不做考虑。
[0126]
对于侧向交叉冲突当f1、f2均同向转弯(都向左侧转弯或都向右侧转弯)，要求必须左侧左转飞机先行和右侧右转飞机先行。
[0127]
对于侧向交叉冲突当f1转弯、f2直行的情况，要求转弯飞机避让直行飞机。
[0128]
需要解决的问题为：对向交叉冲突f1、f2均转弯时的两种情况，侧向交叉冲突，f1、f2均转弯且方向相反的情况，以及侧向交叉冲突f1、f2均直行的情况。
[0129]
上述交叉冲突具体消解办法与对头冲突相同，通过计算pro1判断飞机优先级，通过调节飞机速度，改变飞机路径等方法，让优先级高的飞机先行通过，优先级低的飞机之后通过，完成冲突消解。
[0130]
具体消解方法如下：
[0131]
在一个示例中，假设飞机f1驶入匝道2以进入跑道，飞机f2在跑道上正常行驶，针对与f2有交叉冲突风险的飞机f1，建立交叉冲突模型，分析场面上可能发生交叉冲突的飞机。假设优先级判断结果为f2的优先级高于f1，则飞机f1的等待区域为匝道2与跑道的相交部分。计算飞机f1在交叉冲突消解的情况下可以保有的最大速度v
remain
：
[0132]
首先计算由现有速度以最大加速度减速到预计保留速度的时间t1和以预计保留速度滑行到等待区域的时间t2，表达式分别为：
[0133][0134][0135]
式中，v
now
表示飞机现速度；a
max
表示飞机可以达到的最大加速度；
[0136]
实现冲突消解的目标是
[0137][0138]
式中，t
min
表示f2驶过等待区域，即匝道2与跑道的相交部分所需要的时间；
[0139]
通过上式可以计算出来v
remain
的最大值(即取等号时)：
[0140][0141]
通过计算上述二元一次方程得到v
remain
最大值。
[0142]
然后计算在冲突消解的情况之下飞机可以选择得最小加速度：
[0143][0144]
由于飞机以最大减速度减速对于飞机内刹车片以及零件得磨损较大，所以一般不会采用最大加速度减速，但是在过弯过程中飞机保有得速度越大越节省时间，可以缓解机场拥堵情况，所以需要综合考虑这些因素最终决定飞机在过弯时采用。飞机上运算系统通过场面提供的信息交互，实时给出操作指令(加速减速的指令或者推荐速度)，由飞行员执行，并实时对场面状况给出反馈，当飞机f2驶离交叉部分时，即冲突消解。
[0145]
进一步，在上述步骤3中，若附属冲突中包含追尾冲突时，则引入新指标进行优先级量2级计算，按照优先级量大小调整追尾冲突飞机路径、速度和加速度，如图3所示流程图。
[0146]
具体地，在步骤3中，若附属冲突为追尾冲突，则引入新指标进行优先级量2级计算，包括：
[0147]
引入附属飞机减速度指标b
follow
和ttc指标，在优先级量1级的基础上联合附属飞机减速度指标b
follow
和ttc指标共同计算优先级量2级，表达式为：
[0148]
pro2＝pro1+β1*b
follow
+β2*ttc
[0149]
式中，β1和β2为权重。
[0150]
在一个示例中，针对后方有飞机处于跟驰状态的飞机f2，建立追尾冲突模型，分析场面上可能发生追尾冲突的飞机。本示例中以idm作为追尾冲突模型，idm是一种非线性的汽车跟驰模型，其加速度a是通过速度差和动态期望间隙距离计算的。在该模型中做出如下假设：
[0151]
(1)自车加速度是关于自车速度的严格递减函数；
[0152]
(2)自车加速度是关于与前车之间距离的严格递增函数；
[0153]
(3)自车加速度是关于前车速度的严格递增函数；
[0154]
(4)存在最小车距s0即使在静止状态下依然需要保持；
[0155]
(5)在行驶状态下车辆之间需要保持一个安全距离s0+vt，t为安全车头时距；
[0156]
(6)该模型引入到机场场面交通飞机之间的跟驰模型当中加速度a的确定值为：
[0157]
[0158][0159]
式中，ta表示驾驶司机感知反应时间，a
max
表示飞机可以达到的最大加速度，v表示后方飞机f3的速度，v0表示飞机需要达到的速度(期望速度)，s表示两架飞机之间的间距，s0表示静止时两架飞机的最小间隔，t表示安全车头时距，δv表示两飞机之间的速度差，b表示所需要的减速度(令人感到舒适的最大减速度)。δ为加速度指数，表征了加速度下降的方式，δ越大，则车辆的加减速过程越激进。
[0160]
为了评估追尾冲突的风险，在以往的研究中提出了很多指标，选用的ttc指标就是其中之一，该指标可用于估计每秒甚至亚秒内两架飞机之间的安全性。
[0161]
上述idm模型的具体运转流程为：带头飞机f2和跟随飞机f3在某一时刻检测速度相同，此时ttc为+∞，没有追尾冲突风险，而在下一时刻，检测到带头飞机速度下降，在感知反应时间ta之后，跟随飞机采用上述公式中计算结果a(t+ta)进行减速，经过时间t2，跟随飞机减速到与带头飞机相同的速度，此时如果飞机之间距离没有低于静止状态下飞机之间最小距离，那么认为该追尾冲突消解。
[0162]
需要注意的是，并不是所有的减速度都是适用的，飞机减速度过大可能会导致乘客感到不适，飞机损耗增加等问题。
[0163]
ttc定义式中用来衡量当前飞机速度与期望速度的差距，促进飞机加速，则用来衡量当前机距与期望机距的差距，以促进飞机制动。下面叙述飞机在紧急制动时的过程：观察跟驰模型中加速度a定义式，发现其由两部分组成，分别是平衡项s0+vt，和动力项前者并不会随时改变，表征的是理想的运动状态下驾驶员需要反应时间进行制动，则令其等于零，同时因为处于紧急制动状态，所以令ttc定义式中的也等于零，可以得到：于零，可以得到：为了简化模型，视前面飞机为静止障碍物，则δv＝v。那么可以得到：
[0164][0165]
而根据牛顿第二定律在长为s的路段上减速为零需要的加速度为：
[0166][0167]
综上得有当b1》b时，飞机无法以最大舒适减速度b制动，在不碰撞前方飞机的情况下减速到与带头飞机速度一致，所以需要飞机的减速度是超过令人感到舒适的最大减速度b，无疑这会给乘客带来不适，还会为飞机带来较大负担，需要尽量避免这种情况的发生。当这种情况出现时，可以尝试让带头飞机在确保安全情况下适当加速，或者脱离当前滑行道，以此来消解冲突。
[0168]
步骤4，检验当前冲突集合内的飞机是否清零，如果没有清零则重新返回步骤1，更新可行路径集合，直到最后冲突集合内飞机清零为止。
[0169]
主要冲突消解之后会有一个到两架飞机退出冲突区域，但是由于冲突涉及到的飞机较多，依然可能有别的飞机发生冲突，因此需要检验冲突集合是否清零，如果清零则结束，如果没有清零则重新返回到最开始，更新可行路径集合，选定最佳路径，判断冲突类型，更新冲突集合，通过计算优先级量进行判断优先级进行冲突消解，直到最后冲突集合清零为止。

技术特征：
1.一种智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于机载监测识别设备，实时采集预设范围内飞机的相关信息，在不进行外部干预情况下飞机之间会发生冲突前，建立飞机可行路径集合，根据飞机运动方向判断冲突区域和冲突类型，建立冲突集合；步骤2，对冲突集合内的飞机进行优先级量1级计算，并判断冲突集合是否大于1，若大于1，将冲突分类为主要冲突和附属冲突，并进入步骤3；步骤3，判断附属冲突是交叉冲突或者对头冲突，若是则根据优先级量大小依次调整附属飞机的路径、速度和加速度，再根据优先级量大小依次调整主要飞机的路径、速度和加速度；步骤4，检验当前冲突集合内的飞机是否清零，如果没有清零则重新返回步骤1，更新可行路径集合，直到最后冲突集合内飞机清零为止。2.根据权利要求1所述的智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，其特征在于，在步骤2中，若冲突集合小于1，则按照优先级量大小调整冲突飞机路径、速度和加速度。3.根据权利要求1所述的智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，其特征在于，冲突类型包括追尾冲突、对头冲突和交叉冲突。4.根据权利要求3所述的智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，其特征在于，在步骤3中，若附属冲突为追尾冲突，则引入新指标进行优先级量2级计算，按照优先级量大小调整追尾冲突飞机路径、速度和加速度。5.根据权利要求1所述的智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，其特征在于，步骤2，对冲突集合内的飞机进行优先级量1级计算，具体包括：分别计算飞机延误时间d
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参数、飞机载客量load、飞机减速度指标、飞机时间消耗指标以及飞机转弯速度指标，对各计算结果数据进行标准化，将标准化后结果与其他因素asc
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进行加权线性求和，得到每架飞机优先级量pro1，按照优先级量大小进行排序。6.根据权利要求5所述的智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，其特征在于，在步骤2中，将冲突分类为主要冲突和附属冲突，具体包括：按照对头冲突、交叉冲突和追尾冲突从前到后的原则，选出优先解决冲突，并标注该冲突为主要冲突，冲突集合中其余冲突为附属冲突；若冲突集合中同时出现多个相同类型冲突时，使用优先级量1级计算结果对飞机进行排序，确定主要冲突和附属冲突。7.根据权利要求4所述的智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，其特征在于，在步骤3中，若附属冲突为追尾冲突，则引入新指标进行优先级量2级计算，具体包括：引入附属飞机减速度指标b
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和ttc指标，在优先级量1级的基础上联合附属飞机减速度指标b
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和ttc指标共同计算优先级量2级，表达式为：pro2＝pro1+β1*b
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+β2*ttc式中，β1和β2为权重。8.根据权利要求1所述的智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，其特征在于，步骤1中的相关信息包括机场场面上所有受到影响的飞机的数据：驾驶员信息、乘客数量、飞机最大加减速度和延误时间，周期传送的数据：当前速度、位置和加速度，以及跑道、滑行道信息：道路宽度、转弯半径、转弯角度和飞机过弯最小速度。

技术总结
本发明公开了一种智能网联环境下机场场道交通冲突消解方法，包括以下步骤：步骤1，实时采集预设范围内飞机的相关信息，根据飞机运动方向判断冲突区域和冲突类型，建立冲突集合；步骤2，对冲突集合内的飞机进行优先级量1级计算，并判断冲突集合是否大于1，若大于1，进入步骤3；步骤3，判断附属冲突是交叉冲突或者对头冲突，若是则根据优先级量大小依次调整附属飞机的路径、速度和加速度；步骤4，检验当前冲突集合内的飞机是否清零，如果没有清零则重新返回步骤1。本发明提出的冲突消解方法利用飞机间信息交互，提高通信稳定性，减少对管制员指令的依赖，使决策算法效率提高。使决策算法效率提高。使决策算法效率提高。


技术研发人员：张健 季承志 张可 谢宸易 关天昱 钱品政
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/28