基于多Agent的空中交通协同流量管理研究

摘 要：在全球化与一体化的环境下，航空运输业得到了快速的发展，为了适应航空运输业发展的需求，空中交通管理得到了广泛的关注，其管理的目标便是有效解决空中交通严重延误问题。通过各国的积极研究，提出了协同式空中交通流量管理，它不仅提高了流量管理的效率，还保证了航空公司的效益。本文主要研究了基于多agent的空中交通协同流量管理，具体体现在航班、航路与航空器三方面，旨在推动我国民航业的健康、稳定与高效发展。

关键词：多Agent；空中交通；协同流量管理；航班；航路；航空器

引言：目前，基于多Agent的空中交通协同流量管理研究时间较短，其研究体系缺少完善性与系统性，特别是欠缺关于航班、航路与航空器的相关研究。在此背景下，本文介绍了基于多Agent的空中交通协同流量管理的理论研究、航空协同规划、航路协同管理与航空器协同运行，旨在为我国的空中协同流量管理提供可靠的、科学的建议。

1、基于多Agent的空中交通协同流量管理的理论研究

1.1协同决策理论

协同决策管理（Cooperative decision management，CDM）是指借助协同技术和程序，改进空中交通流量管理，使空域运行具有高效性与安全性。协同决策程序是由政府部门、航空公司、学术机构与商业公司等共同开发的，在航空业中的应用日益广泛，并具有积极的意义

协同决策的目标为：其一，通过信息的实时交流，进一步改进航空系统运行的信息质量；其二，航空系统的运行信息及时、同步发送给管理人员与空域用户，以此形成二者对空域状态的共识；其三，辅助管理工具与程序的完善，根据空域流量，以此保证了流量管理方案的合理性与科学性。

1.2多Agent系统理论

多Agent系统（Multi-Agent System，MAS），可以称之为自组织系统，该系统是由独立交互的Agent与特定的外部环境构成的，实现了对非线性复杂问题的有效解决，它具有一定的先进性与现代化。

Agent作为一种实体，具有灵活性、社会性与自主性，通过感应器实现了对外部环境信息的获取，同时也实现了对执行器的控制，使其达到了运行的目的。通常情况下，以智能反应能力的强弱为标准划分Agent，其种类有简单反应式Agent、模型反应式Agent、目标式Agent、效能式Agent与智能学习式Agent。

多Agent系统有机结合了多个Agent，在信息共享与交互的作用下，通过合作或者竞争实现了共同目标的完成。基于多Agent的系统其运行较快、效率较高并且具有灵活性、可扩展性及经济性等特点。该系统具有一定的复杂性，以其属性为依据，其可以划分为组织结构类、学习能力类、协调能力类及通讯能力类等，其中，根据组织结构类，其类型有层级结构、团队结构、结合体结构与自律分散型结构。此系统的通信方式十分重要，主要是通信方式直接影响着系统的运行效率及其稳定性，具体的通信方式包括局部通信与广播通信[1]。

2、基于多Agent的空中交通协同流量管理的具体研究

在空中交通流量管理过程中面对着诸多的问题，主要体现在空中交通评估难、策略制定目标不一致、流量管理方式单一、管理工作量大、流量协同管理欠缺等，为了实现上述问题的有效处理，提出了基于多Agent的空中交通协同流量管理，具体研究体现在以下三方面。

2.1航班协同规划

它主要是根据航班规划阶段的参与对象，实现多Agent建模，以此促进了航空公司选择权的增加，通过对机场资源的协同规划，使航班时刻表的制定具有了公平性与高效性，进而避免了航空公司因航班延误而出现了经济损失。

基于多Agent的航班协同规划，为空中交通管理单位与航空公司提出了不同的Agent，具体的协同过程如下：前者要分析机场的容量与流量，保证二者的平衡，在先到先服务的原则下，根据按需求分配的方法对机场资源进行分配，并向空域用户发送航班时刻调整信息。后者根据获取的信息，结合航班成本信息，制定航班时刻调整方案，并将其反馈给前者。最后，在信息交流与沟通后，借助线性规划的方法寻求最优解，最终获取了系统延误成本最小的方案[2]。

2.2航路协同管理与航空器协同运行

航路协同管理主要是根据航路管理的参与对象，实现Agent建模，通过对航路资源的协同管理，保证了航路分配方案的公平性与高效性。通过研究，构建了航空公司Agent与流量管理部门Agent。

航空器协同运行主要是指根据航空器运行阶段的参与对象，实现Agent建模，通过空中交通系统运行水平的提升，使航路的利用率得到了提高，并且保证了空中交通流量管理方案的全面落实[3]。

总结：当前，各国的航空运输业均保持着快速的发展，在其发展过程中面临着安全水平、服务能力提升、准点率提高等诸多问题，为了有效解决此问题，协同式空中交通流量管理随之出现，同时在多Agent技术的作用下，空中交通流量管理的研究更加深入。本文重点阐述了基于多Agent的空中交通协同流量管理研究的三方面内容，相信，我国航空业的发展将更加有序，航空公司的经济效益将更加显著。

参考文献

[1]王飞，徐肖豪，张静.基于Multi-Agent的空中交通协同流量管理[N].广西师范大学学报（自然科学版），2012，01：125-128.

[2]黎新华，张兆宁.基于Agent的空中交通流量管理系统结构研究[N].交通运输工程与信息学报，2013，01：56-61.

[3]叶博嘉，胡明华，田勇.基于多Agent技术的飞机协同飞行建模与仿真[N].交通运输工程学报，2013，06：90-98.