低空救援空中交通調度指揮系統及其調度指揮方法
【專利摘要】本發明公開了一種低空救援空中交通調度指揮系統及其調度指揮方法，根據初始的航空器和物資分布信息，初始災情信息，對于空中交通救援飛行計劃和物資調度進行規劃，獲得航空器和物資的總調度方案確定救援總需求，在每個滾動的救援信息更新周期，通過信息熵對災情信息融合實現短期災情預測，采用模糊聚類算法建立災區災情的優先級劃分，以空中交通信息和物資供需信息為約束，建立基于空中交通和物資信息的物資和航空器的調度模型，獲取航空器和物資調度方案，本發明將空中交通信息和物資供需信息融入空中交通資源調度的決策中，提高航空救援資源調度的有效性和準確性。
【專利說明】低空救援空中交通調度指揮系統及其調度指揮方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種低空救援空中交通調度指揮系統及其調度指揮方法，屬于民航航 空救援領域。

【背景技術】
[0002] 在抗災救援及處置突發事件的各項措施中，航空救援具有快速、高效、受地理空間 限制少等優勢，是世界上許多國家普遍采用的最有效手段。在航空應急救援中，施救的航空 器在真高1〇〇〇米以下的低空運行環境由于受到地形環境、密集飛行等不確定因素的干擾， 以及對于航空運力資源和物資的優化調度缺乏統籌考慮，往往存在安全風險大、施救效率 低和實施不合理等問題。
[0003] 目前，對于基于空中交通和物資信息的低空救援空中交通調度指揮的研究主要存 在如下兩個問題：
[0004] 第一，在航空救援的航空器和物資的優化調度研究方面，目前的救援物資調度研 究，一方面盡管有不少文獻涉及物資調度模型，但并沒有涉及救援信息變化和多物資下的 航空應急救援調度，另一方面，目前較少將航空器調度和物資調度結合考慮，并且沒有劃分 災區災情的優先級，以空中交通信息和物資供需信息為約束，建立基于空中交通和物資信 息的物資和航空器的調度模型和方法。
[0005] 第二，在基于空中交通和物資信息的低空救援空中交通調度指揮系統研究方面， 目前沒有空中交通信息和物資信息的動態變化下，同時實現航空器救援飛行計劃優化以及 航空救援物資和航空器優化調度方案的空中交通調度指揮系統，以至于存在航空器調度的 利用率低，物資需求分析及投放的準確性低的問題。
[0006] 具體參考文獻如下：
[0007] 1、朱新平，基于工作流技術的機場應急救援系統研究，南京航空航天大學碩士論 文，2008年。
[0008] 2、堯豐，韓松臣，朱新平.低空空域綜合管理系統軟件架構研究，武漢理工大學學 報*信息與管理工程版，2010,32(2):257-260。
[0009] 3、堯豐，基于RUP的低空空域管理系統關鍵技術初步研究，南京航空航天大學碩 士論文，2010年。


【發明內容】

[0010] 本發明所要解決的技術問題是：提供一種低空救援空中交通調度指揮系統及其調 度指揮方法，首先根據初始災情信息及物資信息，設計總調度方案，然后，根據實時獲取的 災情及物資、航空器信息實時調整調度方案，解決了現有技術中航空器調度的利用率低，物 資需求分析及投放的準確性低的問題。
[0011] 本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案：
[0012] 低空救援空中交通調度指揮方法，包括如下步驟：
[0013] 步驟1、根據初始的航空器和物資分布信息，初始災情信息，對于空中交通救援航 空器飛行計劃和物資調度進行規劃，并確定航空器和物資調度信息的總調度方案，設定滾 動的救援信息更新周期；
[0014] 步驟2、首先，在每個滾動的救援信息更新周期內，實時采集各災區的災情信息，并 采用信息熵的方法預測下一個救援信息更新周期的災情信息，根據預測的災情信息，預測 物資的需求信息，然后，對災區進行分組，確定各災區對物資的需求信息，最后，根據當前的 物資供應信息、航空器運力信息及各災區對物資的需求信息，獲取物資和航空器調度規劃 方案；
[0015] 步驟3、將物資和航空器調度規劃方案通過ADS-B地空數據鏈發布到各個航空器 中；
[0016] 步驟4、修正步驟1中的總調度方案中的航空器和物資調度信息，并將該航空器和 物資調度信息通過網絡發布。
[0017] 所述步驟1包括：預先設定航空器的調度總架次冗1

【權利要求】
1. 低空救援空中交通調度指揮方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟1、根據初始的航空器和物資分布信息，初始災情信息，對于空中交通救援航空器 飛行計劃和物資調度進行規劃，并確定航空器和物資調度信息的總調度方案，設定滾動的 救援信息更新周期； 步驟2、首先，在每個滾動的救援信息更新周期內，實時采集各災區的災情信息，并采 用信息熵的方法預測下一個救援信息更新周期的災情信息，根據預測的災情信息，預測物 資的需求信息，然后，對災區進行分組，確定各災區對物資的需求信息，最后，根據當前的物 資供應信息、航空器運力信息及各災區對物資的需求信息，獲取物資和航空器調度規劃方 案； 步驟3、將物資和航空器調度規劃方案通過ADS-B地空數據鏈發布到各個航空器中； 步驟4、修正步驟1中的總調度方案中的航空器和物資調度信息，并將該航空器和物資 調度信息通過網絡發布。
2. 根據權利要求1所述低空救援空中交通調度指揮方法，其特征在于：所述步驟1包 括：預先設定航空器的調度總架次4
，航空器參與救援總時 間Z2
*其中，xfdrth為第f架航空器是否在第t天進行第h次由出救點d滿載 運往受災點c的出程飛行，如果是Xfdrth為1，否則為0, C為受災點集合，F為航空器集合，D 為出救點集合，k為總調度周期，s為航空器調度次數，ta表示每天實際作業時間，k、s均為 正整數，航空器的調度總架次Zi、航空器參與救援總時間Z 2滿足如下約束條件：
，其中r。為受災點c調度周期內總的耐用品需求 架次，V。為受災點c快速消耗品每天的消耗架次，k'為耐用品的調度周期，k'為正整數；

為受災點c快速消耗品每天最大需求滿足 度；
其中，b為航空器每天允 許的標準作業時間，ta為航空器每天實際作業時間，\為航空器所需裝載時間，h為航空器 所需卸載時間，tf為航空器所需加油時間，
為q型航空器完成出程飛行所需時間，為 q型航空器完成出程飛行所需時間；

為第f架航空器是 否在第t天進行第h次由受災點c到出救點d的入程飛行，如果是yfc;dth為1，否則為0 ;

其中，efd為第f架航空器是否在制定 調度計劃前停靠在出救點d，如果是efd為1，否則為0, 為第f架航空器是否在第t-1 天的結束調度飛行任務后停靠在出救點d，如果是^^^為1，否則為0 ;;

，其中，vfdt為第f架航空器是否在第t 天結束調度飛行任務后停靠在出救點d，如果是vfdt為1，否則為0 ;
3.根據權利要求1所述低空救援空中交通調度指揮方法，其特征在于：所述步驟2包 括如下步驟： 步驟2-1、在每個滾動的救援信息更新周期內，實時采集各災區的災情信息，并采用信 息熵的方法預測下一個救援信息更新周期的災情信息，預測模型為：
其中，Ζ>/(?)表示在給定時間間隔t災區i對物資1的時變需求量；a1和每分別表示災 區i對于物資1每人次平均小時需求量以及對應的緩沖需求，其中1分別對應快速消耗品 和耐用品；.+4; (?-表不在給定的時間間隔t- ε內災區i對物資1的時變需求量；L表不 任意災區連續兩次物資分配預設的上限值；Rfnrcg和Rdura分別表示快速消耗品和耐用品兩類 物資；Zh表示選定統計值，其對應的時變物資需求短缺率被設定為α ; δ Jt)表示在給定 的時間間隔t災區i受困人數的估值；表示災區i對物資1的時變需求量標準差； 步驟2-2、通過多準則模糊聚類方法對災區進行分組； 步驟2-3、基于當前的物資供應信息、航空器運力信息及各災區對物資的需求信息，建 立物資調度和航空器飛行計劃的規劃模型，獲取物資和航空器調度規劃方案，其中，物資調 度規劃模型為：
航空器飛行計劃的規劃模型為：
其中，為各受災點時變物資需求滿足率，為物資配送的飛行總里程，Μ表示 分配中心的數量，索引為m ;Km表示分配中心m航空器架次，k為索引；ig為各個分組的受災 點數目，的為決策變量，表示在時間間隔t由物資分配中心m運往受災點i g物資1的 數量，(/)為受災點ig物資1的需求量；nmk表示分配中心m處第k架航空器服務受災點 個數，i為索引；Rmj表示分配中心m區域內第j條路徑；rmji表示受災點ig e g在分配中心 m中的路徑j中的順序為1，令1*_為配送中心，dig，ig，表示受災點之間的距離，ig，ig' e g， dm，ig表示受災點與分配中心之間的距離，m、k、1、i、i均為正整數。
4. 根據權利要求3所述低空救援空中交通調度指揮方法，其特征在于：所述步驟2-2 中通過多準則模糊聚類方法對災區進行分組的具體過程如下： (1) 初始數據處理，根據災區受災程度設定五種緊急屬性，分別為：很高、高、中等、低、 很低； (2) 模糊聚類分組， 首先，將五種緊急屬性判別向量轉化為二元數據，對于受災點i，4Xl的緊急屬性判別 向量為\⑴
其中為在時間間隔t內受災點i該地 區的震級與烈度；W ￠#)為在時間間隔t內受災點i受災人數中傷亡人數的比例；vfp)為受 災點i當前時間t與上一次救援時間的差值； 為在時間間隔t內受災點i內的建筑物 的損毀程度； 其次，生成IX I維的模糊關聯矩陣
，其 中I為受災點個數，模糊關聯矩陣中任意一個元素 wM(t)表示受災點p和受災點q之間的 相互關系的緊密程度，P、q為正整數， 最后，通過聚類將具有相似緊急程度的受災點劃分到同一緊急屬性組中，確定分組結 果。
5. 根據權利要求3所述低空救援空中交通調度指揮方法，其特征在于：所述步驟2-3 中物資調度規劃模型、航空器飛行計劃的規劃模型均滿足如下約束條件： 總的物資配送量
其中， 每架航空器的最大載重量
每架航空器正常運輸飛行狀態下所能飛行的最大航程
，其中，
每條路徑的受災點的組成

航空器參與救援狀況
對于任意受災點，其任何時刻的配送量
其中仏表示物資1的 單位體積，Qmk、fmk、Cmk、vmk分別表示分配中心m處第k架航空器的最大載荷量、最大裝載油 量，平均耗油率和平均飛行速度；Lm為分配中心m的援助受災點數目，N為所有受災點總數 目。
6.低空救援空中交通調度指揮系統，其特征在于：包括系統管理指揮終端、服務器、主 控模塊、ADS-B工作站、飛行狀態數據庫、航空器機載終端，以及救援物資信息源；飛行狀態 數據庫通過ADS-B工作站接收航空器機載終端的空中交通信息，所述空中交通信息包括航 空器性能數據和位置數據，所述服務器包括飛行計劃優化服務器、救援調度管理服務器，其 中，飛行計劃優化服務器根據災情信息、運力信息和物資信息，完成各個航空器初始路徑集 的優化，并將優化的路徑集提供給救援調度管理服務器，救援調度管理服務器包括救援物 資信息處理模塊、航空器性能數據庫、救援地理信息處理模塊、應急預案規則庫、救援調度 模塊和救援仿真顯示模塊；救援調度管理服務器根據空中交通信息及救援物資信息處理各 模塊的數據獲取救援航空器和物資分布信息，并通過網絡將救援航空器和物資分布信息傳 輸至遠程救援客戶端顯示，低空救援空中交通調度指揮系統管理指揮終端根據權限修改救 援方案。
【文檔編號】G06Q50/26GK104143170SQ201410361394
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】張明, 周毅, 王磊, 王碩, 李翔宇 申請人:南京航空航天大學