俞鷗翔

【摘 要】空中流量管理系統(tǒng)是一個(gè)十分龐大的信息系統(tǒng)，通過(guò)多agent信息建模的方式能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高效化和職能化，最終達(dá)到建設(shè)智能管理系統(tǒng)的目的。本文在對(duì)當(dāng)前階段的空中交通流量管理進(jìn)行研究后，首先通過(guò)模型建立的方式形成了多agent系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組織形式，隨后依據(jù)該組織結(jié)構(gòu)對(duì)空中交通流量管理的工作方法進(jìn)行了深入探究，從而形成完善的空中管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】agent系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；空中交通流量管理；智能管理系統(tǒng)；體系結(jié)構(gòu)

一、前言

在當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境之中，空中流量管理系統(tǒng)的組織方式主要分為兩級(jí)流量管理和三級(jí)流量管理，這兩種管理形式應(yīng)用最為普及，但是問(wèn)題也十分明顯。二者在管理過(guò)程中都存在管理單位同層級(jí)缺少交流的問(wèn)題，在進(jìn)行管理時(shí)，由于流量管控問(wèn)題，往往需要提交到上一層的管理單位進(jìn)行解決。而提交過(guò)程中，管理單位協(xié)作量增大，就會(huì)導(dǎo)致傳遞線路延長(zhǎng)出現(xiàn)誤傳，造成決策失誤。因此在空中交通流量管理中應(yīng)當(dāng)建設(shè)新的管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

二、建立多agent模型組織結(jié)構(gòu)

（一）建立管理模型

空中流量管理部門所建立的多agent工作主要的管理內(nèi)容應(yīng)當(dāng)集中在區(qū)域內(nèi)部的飛行狀態(tài)以及飛行計(jì)劃之中。在處理問(wèn)題時(shí)則應(yīng)當(dāng)面對(duì)擁堵問(wèn)題進(jìn)行首先分析，并依據(jù)FCFS先到先服務(wù)原則，對(duì)擁堵航路進(jìn)行宏觀調(diào)配策略的制定。在完成制定后需要將方案發(fā)送至航空公司，航空公司再依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，并將空域動(dòng)態(tài)信息和更新方案發(fā)布到其他航空公司。因此這種多agent系統(tǒng)內(nèi)部需要具備監(jiān)視功能和宏觀策略分析功能。

本文依據(jù)以上要求，對(duì)空中流量管理agent系統(tǒng)進(jìn)行了建模。首先在模型當(dāng)中確定了運(yùn)行目標(biāo)模塊。多agent交互航路當(dāng)中，管理系統(tǒng)需要進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，因此在管理系統(tǒng)模型內(nèi)部應(yīng)當(dāng)具有實(shí)時(shí)采集區(qū)、宏觀調(diào)配策略區(qū)以及動(dòng)態(tài)信息區(qū)。其中實(shí)時(shí)采集區(qū)是指系統(tǒng)通過(guò)信息采集設(shè)備，對(duì)區(qū)域內(nèi)的飛行計(jì)劃、雷達(dá)、氣象情報(bào)等重要信息進(jìn)行采集，隨后將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入到宏觀調(diào)配策略區(qū)形成調(diào)配策略，最終及時(shí)更新空域動(dòng)態(tài)；隨后，根據(jù)空中交通流量管理的工作要求，設(shè)置具體的功能模塊。本文在進(jìn)行功能模塊設(shè)置時(shí)，將多agent協(xié)同作業(yè)進(jìn)行了詳細(xì)區(qū)分，最終形成了通信模塊、監(jiān)視模塊以及策略模塊三個(gè)部分。其中，通信模塊主要負(fù)責(zé)通信交互功能。在系統(tǒng)內(nèi)部，航空公司需要與agent進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息交流，并形成動(dòng)態(tài)信息共享。在該模塊內(nèi)，航空公司與agent所完成的交互信息應(yīng)當(dāng)分為運(yùn)行數(shù)據(jù)信息和協(xié)同數(shù)據(jù)信息兩個(gè)種類，前者主要是對(duì)飛行計(jì)劃、雷達(dá)數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)空域信息的采集獲取，而后者則是宏觀調(diào)配策略中提交的運(yùn)行方案數(shù)據(jù)。監(jiān)視模塊是系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)采模塊，在該模塊中，系統(tǒng)需要通過(guò)指令對(duì)實(shí)施數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并形成對(duì)當(dāng)前階段空域當(dāng)中的交通流情況、短期內(nèi)交通流變化情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)能力，最終達(dá)到航路容量、航路流量相互匹配的態(tài)勢(shì)，為宏觀調(diào)控策略提供支持。策略模塊主要是由航空公司運(yùn)控中心負(fù)責(zé)，通過(guò)agent系統(tǒng)所獲取到的擁堵航路狀態(tài)分析報(bào)告，了解當(dāng)前空域航路中容流匹配情況，進(jìn)行決策，選擇適宜的方案策略，進(jìn)行調(diào)控。

（二）組織形式設(shè)計(jì)

在組織形式方面，本文首先進(jìn)行了中央管理中心結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。中央管理中心agent的功能集中在對(duì)飛行流量監(jiān)測(cè)以及空域結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)方面，在系統(tǒng)構(gòu)成中，本文以決策模塊為主要依托進(jìn)行了人機(jī)交互設(shè)計(jì)[1]。人機(jī)交互與決策模塊相互連接，并能夠?qū)鉀Q方案知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接調(diào)用，在完成調(diào)用后，依據(jù)通信模塊將所完成的決策方案進(jìn)行指令輸送，送達(dá)至航空公司。

隨后，本文還依據(jù)區(qū)域流量管理的要求和特征，建立了agent管理控制中心，這一管控中心主要在中央交通管理中心的指令下進(jìn)行工作，需要面對(duì)的工作內(nèi)容為監(jiān)視當(dāng)前空域之中的流量和容量，并對(duì)下一層級(jí)的單位進(jìn)行指揮和協(xié)調(diào)。在功能行使方面，區(qū)域流量管控中心與監(jiān)視模塊進(jìn)行配合，并完成多agent之間的相互協(xié)調(diào)，最終達(dá)到流量平穩(wěn)的目的。

對(duì)于上述管控中心的管理方向，本文又設(shè)置了區(qū)域劃分方案，將空域流量管理所在的區(qū)域進(jìn)行了agent子區(qū)域的設(shè)置，子區(qū)域管控的目的在于對(duì)當(dāng)前區(qū)域的流量執(zhí)行情況進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)獲取。在工作過(guò)程中，機(jī)場(chǎng)agent、塔臺(tái)agent以及航空公司agent對(duì)空域內(nèi)的信息資源進(jìn)行獲取，并進(jìn)行分析，隨后將分析結(jié)果傳輸至結(jié)果集成器當(dāng)中，并由集成器進(jìn)行發(fā)送。子區(qū)域管控系統(tǒng)中的系統(tǒng)檢測(cè)器會(huì)優(yōu)先對(duì)結(jié)果分析進(jìn)行檢測(cè)再由學(xué)習(xí)器將其因?qū)е聟f(xié)作模塊，與通信模塊保持交流，最終形成子區(qū)域的控制決策方案。

三、工作方法探究

（一）仿真實(shí)驗(yàn)

多agent協(xié)同空中交通流量管理體系的仿真實(shí)驗(yàn)需要通過(guò)設(shè)定的參數(shù)環(huán)境來(lái)開展，仿真流程主要由幾個(gè)步驟來(lái)完成。首先，對(duì)真實(shí)情況下的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行初始化，其中重點(diǎn)參數(shù)如仿真時(shí)間、航空器類型及數(shù)量、扇區(qū)長(zhǎng)度、閾值間隔等，都是重點(diǎn)參數(shù)對(duì)象；隨后，系統(tǒng)需要對(duì)空域內(nèi)的航空器隊(duì)列一和隊(duì)列二進(jìn)行參數(shù)初始化，兩組航空器隊(duì)列參數(shù)包含有航路進(jìn)入時(shí)間、航空器初始速度及位置、航空器高度和初始間隔等。這部分內(nèi)容為動(dòng)態(tài)參數(shù)；之后，由系統(tǒng)開展仿真航空器的檢查，檢查內(nèi)容集中在航空器在航路中當(dāng)前時(shí)態(tài)的飛出狀態(tài)，已經(jīng)飛出則可以結(jié)束仿真，表明完成管控，未能飛出則需要繼續(xù)進(jìn)行仿真；在確認(rèn)未能飛出后，agent系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對(duì)航空器基本信息進(jìn)行快速的實(shí)時(shí)更新，更新對(duì)象集中在航空器狀態(tài)信息之上，包含有速度、高度、位置以及發(fā)動(dòng)機(jī)推力等；此后，再進(jìn)行航空器平均速度、速度差的計(jì)算，保證航路狀態(tài)能夠維持實(shí)時(shí)更新；最后，仿真agent系統(tǒng)還需要對(duì)兩組隊(duì)列的轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行獲取，并完成仿真時(shí)間的系統(tǒng)更新，再對(duì)是否飛出航路進(jìn)行檢測(cè)，構(gòu)成系統(tǒng)循環(huán)[2]。

（二）實(shí)際工作方式

中央流量管理中心agent的主要工作對(duì)象是全國(guó)航空區(qū)域，在管理過(guò)程中，中央流量管理中心需要與區(qū)域流量管控agent保持聯(lián)系，并進(jìn)行實(shí)時(shí)接收區(qū)域流量管控agent的信息數(shù)據(jù)。中央agent再根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)信息對(duì)其控制策略進(jìn)行權(quán)衡，最后依據(jù)具體的衡量指標(biāo)和生成的優(yōu)化方案對(duì)其進(jìn)行控制指令的發(fā)送。區(qū)域流量管控agent在接收到中央agent的指令后需要無(wú)條件執(zhí)行，在完成執(zhí)行后，將方案執(zhí)行效果回饋至中央agent中心當(dāng)中。流量管理人員則通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)管控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面控制。這種區(qū)域劃分和層級(jí)之間的交互方式是對(duì)于傳統(tǒng)空中交通流量管理體系的一種繼承，在當(dāng)前的空中交通流量管理當(dāng)中，各個(gè)層級(jí)系統(tǒng)之間通過(guò)合理運(yùn)用agent系統(tǒng)的多層級(jí)協(xié)調(diào)，能夠使空中交通流量管理方案與具體的空域航空器交通問(wèn)題保持一致性，從而從根本上避免了因數(shù)據(jù)量巨大、傳輸手段落后所帶來(lái)的各種誤傳問(wèn)題，最終達(dá)到提升空中交通流量管控能力和管控效率的目的。

四、結(jié)論

綜上所述，在目前的空中交通流量管理體系當(dāng)中，通過(guò)建設(shè)多agent系統(tǒng)的方式，能夠?qū)嵭卸鄬蛹?jí)的管控能力覆蓋，不同層級(jí)之間通過(guò)信息交流和數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容調(diào)用的方式，形成空中流量的管控方案，最終達(dá)到對(duì)空域內(nèi)部擁堵航空器的調(diào)配和疏導(dǎo)的目的，提升空域內(nèi)的流通能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]茆美琴，金鵬，奚媛媛等.基于多因子和合同網(wǎng)協(xié)調(diào)機(jī)制的微網(wǎng)多Agent混和能量管理方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（31）：5542-5552.

[2]王亮.空中交通流量管理系統(tǒng)效果評(píng)估指標(biāo)分析[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，2（09）：69-71+75.