1、建立空地一體化的空中交通管理系統(tǒng)，實現(xiàn)無縫隙空管運行，是新一代民用航空運輸系統(tǒng)的戰(zhàn)略目標之一。先進場面活動引導(dǎo)和控制系統(tǒng)(Advanced Surface Movement Guidance andControl Systems，A-SMGCS)通過監(jiān)視場面活動目標（航空器和車輛）并展開管制決策，可支持實現(xiàn)機場范圍內(nèi)的無縫隙運行，將在未來空管系統(tǒng)中扮演重要角色。在A-SMGCS模塊化實施方案中，滑行路由模塊為活動目標提供無沖突滑行軌跡，

2、沖突監(jiān)控模塊防止活動目標違背場面運行管制規(guī)則，因而成為A-SMGCS的關(guān)鍵核心模塊。但目前A-SMGCS滑行路由和沖突監(jiān)控研究多針對特定機場展開，缺乏通用性理論。鑒于此，本文建立了人在環(huán)路的A-SMGCS場面運行遞階控制結(jié)構(gòu)，將滑行路由和沖突監(jiān)控集中到統(tǒng)一的層次化結(jié)構(gòu)中，并引入Petri網(wǎng)建模理論和分析方法對它們分別展開研究，形成了較為系統(tǒng)、完善的A-SMGCS滑行路由與沖突監(jiān)控理論，為A-SMGCS實施提供具有通用性的理論指導(dǎo)。本文主

3、要研究工作包括:
　　提出了包含“滑行路徑初始規(guī)劃”、“滑行路由動態(tài)指派”、“滑行路由實時更新”三個階段的滑行路由規(guī)劃機制，并對各個階段分別進行場面運行建模和相應(yīng)的路由規(guī)劃算法研究，建立了A-SMGCS滑行路由理論。其中，滑行路徑初始規(guī)劃階段，在劃分場面活動區(qū)典型運行單元的基礎(chǔ)上，提出了一種場面運行單元擴展賦時庫所Petri網(wǎng)(Extended Timed Place Petri Net，ETPPN)，建立了場面ETPPN模型，并

4、給出了基于該模型的滑行路徑初始規(guī)劃方法。場面ETPPN模型庫所定義了對應(yīng)場面單元的管制規(guī)則約束，避免了以往活動區(qū)節(jié)點-路段類模型對管制規(guī)則約束描述能力的不足，并引入重構(gòu)機制實現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)整，實時體現(xiàn)場面運行條什的變化，以支持基于該模型進行初始路徑規(guī)劃的可持續(xù)性。然后利用遺傳算法并采用ETPPN模型中的變遷激發(fā)序列編碼染色體，設(shè)計了染色體合法性檢測與修復(fù)算法，以保證所得初始滑行路徑的實用性，最終實現(xiàn)滑行路徑的初始規(guī)劃，為航班場面滑行

5、提供多條備選的初始路徑。
　　滑行路由動態(tài)指派階段，提出一種場面運行時間窗約束Petri網(wǎng)(Time Windows ConstraintPetri Net, TWCPN)并用于建立場面TWCPN模型，基于該模型給出了一種滑行路由動態(tài)指派方法，實現(xiàn)新加入場面運行航班的滑行路由指派，同時調(diào)整其它正在滑行航班的路由。場面TWCPN模型庫所定義了對應(yīng)的單元占用時間窗，可以準確描述航空器滑行對交叉口單元的階段性占用過程。在該模型基礎(chǔ)上，以

6、實現(xiàn)路由規(guī)劃階段的沖突避免為目標，設(shè)計了模型行為演變算法并求解得到可行滑行路由;然后采用單親遺傳算法，用可行滑行路由編碼染色體，以最小化航班滑行成本為目標，求解最優(yōu)或次優(yōu)滑行路由并完成滑行路由動態(tài)指派，避免了以往基于場面運行運籌學(xué)模型一味追求最優(yōu)解、參數(shù)多且求解復(fù)雜，難以滿足實時場面運行的缺陷。
　　滑行路由實時更新階段，分析了場面運行不確定性特征，并提山一種集成場面態(tài)勢監(jiān)測的滑行路由實時更新方法，然后依據(jù)該方法針對航班滑行軌跡相

7、對于指派路由推遲占用某一場面運行單元的情形，設(shè)計了對應(yīng)的路由更新算法。所給滑行路由實時更新方法，將優(yōu)化與反饋結(jié)合，采用實時獲取的場面態(tài)勢信息來驅(qū)動路由更新，并利用針對不同情形設(shè)計的路由更新算法完成滑行路由實時更新。在路由更新算法設(shè)計時，針對A-SMGCS監(jiān)測到航班結(jié)束對某一場面運行單元的占用，以及A-SMGCS監(jiān)測到場面運行的各種不確定情形，分別采用常態(tài)路由更新算法和非常態(tài)路由更新算法進行路由更新，克服了以往每隔一個固定時段才更新滑行路

8、由，難以實時應(yīng)對場面各種不確定事件的不足。
　　提出了基于虛擬單元劃分和分散協(xié)調(diào)的沖突監(jiān)控機制，給出了實現(xiàn)該機制的滑行沖突閉環(huán)控制框架，并對框架中的沖突預(yù)測與避免、沖突探測與解脫進行實施方案、場面運行建模和控制器設(shè)計研究，最終建立了A-SMGCS沖突監(jiān)控理論。其中，滑行沖突預(yù)測與避免方面，提出了一種基于離散事件監(jiān)控理論的沖突預(yù)測與避免實施方案，并給出了該方案中的場面運行過程離散建模方法，以及對頭沖突預(yù)測與避免控制器的設(shè)計方法。在建

9、模場面運行離散過程時，基于已劃分的活動區(qū)典型運行單元，采用受控Petri網(wǎng)對其建模得到活動區(qū)受控Petri網(wǎng)模型，其控制庫所可體現(xiàn)外界對場面運行的控制作用，然后采用航空器后續(xù)滑行路徑對模型中托肯著色，以描述航空器的滑行意圖，從而最終得到場面運行受控著色Petri網(wǎng)模型（Controlled Color Petri Net，CCPN）。進一步基于滑行道CCPN模型提出了航空器最小可控滑行路段的概念，并在與其相關(guān)的子模型中，依據(jù)面向沖突類型

10、、基于產(chǎn)生式規(guī)則的沖突預(yù)測與避免控制器設(shè)計方法，提出了對頭沖突預(yù)測與避免控制器設(shè)計算法，克服了以往基于路由規(guī)劃提前避免滑行沖突，難以直接控制場面事件的不足。
　　滑行沖突探測和解脫方面，提出了一種基于混雜模型的沖突探測與解脫實施方案，并給出了該方案中的場面運行過程混雜建模方法，以及交叉口沖突探測與解脫控制器的設(shè)計方法。定義一種擴展混雜Petri網(wǎng)(Extended Hybrid Petri Net, EHPN)，建立場面EHPN模