CN110008581A - 一种面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统，包括调度管理模块，用于接收机场地面调度任务和仿真主体的状态信息，并监控机场地面调度任务的实时进度；阶段图生成模块；资源库生成模块；行为库生成模块；活动表生成模块；流程图生成模块。本发明在机场调度问题需要调配多种不同对象时，主要使用图形和自然语言描述仿真实体特征，来对调度对象的核心职能、工序造成的流程约束等进行快速建模，本发明适用于分析复杂协同任务并用于任务仿真。

Description

一种面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统

技术领域

本发明属于任务仿真技术领域，具体涉及一种面向任务仿真的机场地面调度任务中流程快速建模系统。

背景技术

民航机场地面调度主要是指对客机、乘客、保障资源的合理配置，调度的效率不仅直接影响着机场的有效使用率，是提高收益的基础，而且也能避免客机因位置或移动轨迹安排不合理导致擦碰事故的发生。调度问题涉及有限空间、有限资源的合理调配，受到一系列工序、时序等流程约束。

根据计算复杂度理论，调度问题已被反复证明为NP完全问题，即参与解算的调度因素越多，所需解算时间越长，且往往呈指数型增长。借助仿真手段和启发式算法求解机场地面调度问题，得到安全可行的调度方案，成为目前解决此类问题的主要手段之一。

现有的机场地面调度仿真大多以解决一种资源的调度为主，如解决客机的停机位或滑行道分配问题、摆渡车或加油车的调配问题，当同时对机场地面调度中的各个因素综合考虑时，如客机的停机位选择、滑行轨迹安排、地面车辆的调配等，现有算法的建模方式无法支持对多种不同仿真模型的详细建模。采用建立数学模型，使用启发式算法，如遗传算法、模拟退火算法等，虽然可以求解具体调度问题的可行解，但易导致变量过多，对应算法失效，问题复杂度增加，解算时间延长。同时地面调度的流程特点，即大量工序之间强制性的次序约束，数学模型也难以灵活表达。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统，当机场调度问题需要调配多种不同对象时，本发明可以对调度对象的核心职能、工序造成的流程约束等进行快速建模。

根据本发明的一方面，提供了一种面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统，包括：

调度管理模块，用于接收机场地面调度任务和仿真主体的状态信息，并监控机场地面调度任务的实时进度；

阶段图生成模块，用于定义仿真主体在任务中可能经历的所有阶段以及各阶段间的关系，以生成仿真主体的阶段图；

资源库生成模块，用于定义任务中的所有相关实体并编号、定义所有相关实体的属性并以此对所有相关实体分类、以及定义每一类相关实体的约束，以生成以仿真主体为中心的资源库；

行为库生成模块，用于定义仿真主体和所有相关实体在任务中的所有动作行为并编号，以生成仿真主体和所有相关实体的行为库；

活动表生成模块，用于定义任务中可能发生的所有事件以及各事件的开始时机、中间过程和结束条件，以生成仿真主体和所有相关实体的活动表；

流程图生成模块，用于生成仿真主体在各阶段的流程图，其中对各阶段内仿真主体经历过的活动和活动发生的逻辑顺序进行描述。

进一步，生成的行为库可以不与动作行为的主体对应；生成的资源库中的所有相关实体可以作为行为库中的动作行为的发出者和接受者。

在活动表生成模块中，根据仿真主体的属性确定各事件的开始时机和结束条件，使用生成的资源库和行为库的编号描述各事件的中间过程，所述中间过程通过引用生成的资源库和行为库的内容，描述各事件完成的资源条件和行为过程。

进一步，所述资源库生成模块和所述行为库生成模块分别可以基于生成的活动表补充完善资源库和行为库。

生成的资源库、行为库、活动表、流程图相对独立。

根据本发明的另一方面，提供了一种面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统，包括：

调度管理模块，用于接收机场地面调度任务和仿真主体的状态信息，并监控机场地面调度任务的实时进度，所述机场地面调度任务为确保安全的基础上保证飞机按时起降，所述仿真主体选择为飞机；

阶段图生成模块，用于定义飞机在任务中可能经历的所有阶段以及各阶段间的关系，以生成飞机的阶段图，各阶段间的关系包括循环、顺序、条件、分支等；

资源库生成模块，用于定义任务中的所有相关实体并编号、定义所有相关实体的属性并以此对所有相关实体分类，以及定义每一类相关实体的约束，以生成以飞机为中心的资源库，所有相关实体分类包括人员、设备、设施、环境等，每一类相关实体的约束包括数量、职能、工作地点等；

行为库生成模块，用于定义飞机和所有相关实体在任务中的所有动作行为并编号，以生成飞机和所有相关实体的行为库；

活动表生成模块，用于定义任务中可能发生的所有事件以及各事件的开始时机、中间过程和结束条件，以生成飞机和所有相关实体的活动表；

流程图生成模块，用于生成飞机在各阶段的流程图，其中对飞机在各阶段内经历的活动以及活动发生的逻辑顺序，活动发生的逻辑顺序包括顺序、条件、循环、分支。

在活动表生成模块中，根据飞机的属性确定各事件的开始时机和结束条件，使用生成的资源库和行为库的编号描述各事件的中间过程，所述中间过程通过引用生成的资源库和行为库的内容，描述各事件完成的资源条件和行为过程。

进一步，飞机在任务中可能经历如下阶段：

-着陆：飞机进入机场空管区域后开始，到飞机安全着陆为止；

-着陆滑行：飞机着陆开始，到飞机滑行到指定停机位为止；

-地面作业：飞机到达停机位开始，到滑行离开停机位为止；

-待飞滑行：飞机离开停机位开始，到飞机到达起飞跑道准备加速为止；

-起飞：飞机到达起飞跑道并准备加速开始，到飞机起飞离开机场空管区域为止。

本发明的有益效果：

1)本发明基于离散事件系统理论，针对需要调配多种不同对象的机场地面调度问题，以可视化和模块化的方式对调度对象的核心职能、工序造成的流程约束等进行描述，使得机场地面调度流程易于理解从而可以对其进行快速建模；2)本发明的资源库、行为库、活动表、流程图相对独立，便于增删和修改单个细节，可维护性和可拓展性强；3)本发明适用面向对象的建模思想，便于采用多种仿真算法进行问题求解和快速编程。

附图说明

图1为本发明的阶段图、流程图、活动表、行动库、资源库之间的层次关系。

图2为本发明的机场地面调度任务的阶段图。

图3为本发明的机场地面调度任务的资源库。

图4为本发明的机场地面调度任务的行为库。

图5为本发明的机场地面调度任务的活动表。

图6为本发明的机场地面调度任务地面作业阶段的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。

本发明针对难以用数学方程描述的问题，基于离散事件系统理论，主要使用图形和自然语言描述仿真实体特征，来解决机场地面调度流程问题。以民航机场调度任务为例，本发明的面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统，包括接收模块、阶段图生成模块、资源库生成模块、行为库生成模块、活动表生成模块以及流程图生成模块。特别地，如图1所示，本发明所生成的资源库、行动库、活动表和流程图是相互独立的，便于增删和修改单个细节。

调度管理模块，用于接收机场地面调度任务和仿真主体的状态信息，并监控机场地面调度任务的实时进度。机场地面调度任务为确保安全的基础上保证飞机按时起降，仿真实体可为在民航机场起降的飞机、地面车辆、保障资源、乘客、机务人员等。基于调度目标，在本实施例中选择飞机作为仿真主体。

阶段图生成模块，用于定义飞机在任务中可能经历的所有阶段以及各阶段间的关系，以生成飞机的阶段图。在本实施中，阶段图生成模块定义飞机在任务中可能经历如下阶段：

着陆：飞机进入机场空管区域后开始，到飞机安全着陆为止。

着陆滑行：飞机着陆开始，到飞机滑行到指定停机位为止。

地面作业：飞机到达停机位开始，到滑行离开停机位为止。

待飞滑行：飞机离开停机位开始，到飞机到达起飞跑道准备加速为止。

起飞：飞机到达起飞跑道并准备加速开始，到飞机起飞离开机场空管区域为止。

之后，阶段图生成模块确定以上各阶段之间的关系，如循环、顺序、条件、分支等，最后基于此绘制阶段图。如图2所示，本实施例中飞机经历的各阶段之间的关系为顺序关系。

资源库生成模块，用于定义任务中的所有相关实体并编号、定义所有相关实体的属性并以此对所有相关实体分类、以及定义每一类相关实体的约束，以生成以飞机为中心的资源库。具体地，资源库生成模块按照如下步骤生成资源库：

a)以飞机为中心，确定任务的所有相关实体并编号，如图3所示，所有相关实体可以包括乘务人员、维修人员、塔台人员、勤务人员、牵引车、……、医疗急救车、跑道、停机位、风力、能见度、雷雨情况、跑道情况；

b)定义所有相关实体的属性并分类，在本实施例中，所有相关实体可以分类包括人员、设备、设施、环境；

c)定义每一类相关实体的约束，如数量、职能、工作地点等，其中职能可针对同类进行细分，如设备的具体职能包括行驶路线、行驶的速度范围等，

d)生成以飞机为中心的资源库。

行为库生成模块，用于定义飞机和所有相关实体在任务中的所有动作行为并编号，以生成飞机和所有相关实体的行为库。特别地，行为库包含了任务中所有的动作行为并对其编号，但此处不与动作的主体对应。资源库中的实体可以作为行为库中动作行为的发出者和接受者。

活动表生成模块，用于定义任务中可能发生的所有事件以及各事件的开始时机、中间过程和结束条件，生成飞机和所有相关实体的活动表。活动表罗列了可能发生的所有事件，包含了事件的开始时机、中间过程和结束条件，包含上述三项的一个完整事件即为一个活动。活动表生成模块按照如下步骤生成资源库：

a)根据飞机的属性，确定任务中发生的事件的开始时机和结束条件，开始时机和结束条件均以飞机的属性变化为判断；

b)使用生成的资源库和行为库的编号描述活动的中间过程，即，进行条件。中间过程通过引用资源库和行为库的内容，描述了事件完成的资源条件和行为过程，见图5所示。

c)补充完善资源库和行为库。

流程图生成模块，用于生成飞机在各阶段的流程图，其中对飞机在各阶段内经历的活动以及活动发生的逻辑顺序进行描述，活动发生的逻辑顺序包括顺序、条件、循环、分支。换言之，流程图指在某一阶段中飞机的流程图，描述了该阶段内飞机经历过哪些活动和活动发生的逻辑顺序，其中引用活动表的编号表示流程中的环节。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统，其特征在于，包括：

调度管理模块，用于接收机场地面调度任务和仿真主体的状态信息，并监控机场地面调度任务的实时进度；

阶段图生成模块，用于定义仿真主体在任务中可能经历的所有阶段以及各阶段间的关系，以生成仿真主体的阶段图；

资源库生成模块，用于定义任务中的所有相关实体并编号、定义所有相关实体的属性并以此对所有相关实体分类、以及定义每一类相关实体的约束，以生成以仿真主体为中心的资源库；

行为库生成模块，用于定义仿真主体和所有相关实体在任务中的所有动作行为并编号，以生成仿真主体和所有相关实体的行为库；

活动表生成模块，用于定义任务中可能发生的所有事件以及各事件的开始时机、中间过程和结束条件，以生成仿真主体和所有相关实体的活动表；

流程图生成模块，用于生成仿真主体在各阶段的流程图，其中对各阶段内仿真主体经历过的活动和活动发生的逻辑顺序进行描述。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，生成的行为库不与动作行为的主体对应，生成的资源库中的所有相关实体可以作为行为库中的动作行为的发出者和接受者。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在活动表生成模块中，根据仿真主体的属性确定各事件的开始时机和结束条件，使用生成的资源库和行为库的编号描述各事件的中间过程，所述中间过程通过引用生成的资源库和行为库的内容，描述各事件完成的资源条件和行为过程。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述资源库生成模块和所述行为库生成模块分别基于生成的活动表补充完善资源库和行为库。

5.根据权利要求1-4之一所述的系统，其特征在于，生成的资源库、行为库、活动表、流程图相对独立。

6.一种面向任务仿真的机场地面调度流程建模系统，其特征在于，包括：

调度管理模块，用于接收机场地面调度任务和仿真主体的状态信息，并监控机场地面调度任务的实时进度，所述机场地面调度任务为确保安全的基础上保证飞机按时起降，所述仿真主体选择为飞机；

阶段图生成模块，用于定义飞机在任务中可能经历的所有阶段以及各阶段间的关系，以生成飞机的阶段图，各阶段间的关系包括循环、顺序、条件、分支等；

资源库生成模块，用于定义任务中的所有相关实体并编号、定义所有相关实体的属性并以此对所有相关实体分类、以及定义每一类相关实体的约束，以生成以飞机为中心的资源库，所有相关实体分类包括人员、设备、设施、环境等，每一类相关实体的约束包括数量、职能、工作地点等；

行为库生成模块，用于定义飞机和所有相关实体在任务中的所有动作行为并编号，以生成飞机和所有相关实体的行为库；

活动表生成模块，用于定义任务中可能发生的所有事件以及各事件的开始时机、中间过程和结束条件，以生成飞机和所有相关实体的活动表；

流程图生成模块，用于生成飞机在各阶段的流程图，其中对飞机在各阶段内经历的活动以及活动发生的逻辑顺序进行描述，活动发生的逻辑顺序包括顺序、条件、循环、分支。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在活动表生成模块中，根据飞机的属性确定各事件的开始时机和结束条件，使用生成的资源库和行为库的编号描述各事件的中间过程，所述中间过程通过引用生成的资源库和行为库的内容，描述各事件完成的资源条件和行为过程。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述资源库生成模块和所述行为库生成模块分别基于生成的活动表补充完善资源库和行为库。

9.根据权利要求6-8之一所述的系统，其特征在于，飞机在任务中可能经历如下阶段：

-着陆：飞机进入机场空管区域后开始，到飞机安全着陆为止；

-着陆滑行：飞机着陆开始，到飞机滑行到指定停机位为止；

-地面作业：飞机到达停机位开始，到滑行离开停机位为止；

-待飞滑行：飞机离开停机位开始，到飞机到达起飞跑道准备加速为止；

-起飞：飞机到达起飞跑道并准备加速开始，到飞机起飞离开机场空管区域为止。

10.根据权利要求6-9之一所述的系统，其特征在于，生成的资源库、行为库、活动表、流程图相对独立。