عنوان

تعیین توالی رسیدن هواپیماها با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات

پ۲۷۵۷۲

per

تعیین توالی رسیدن هواپیماها با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات

خاطره پوردادا

مهندسی برق و کامپیوتر

۱۴۰۱

۶۳ص.

سی دی

کارشناسی‌ارشد

مهندسی کنترل

۱۴۰۱/۰۶/۳۰

چکیده:جریان ترافیک هوایی در منطقه ترمینال به دلیل سرعت رشد تقاضا برای حمل و نقل هوایی افزایش پیدا می¬کند که این امر سبب ترافیک سنگین در منطقه¬ ی ترمینال می¬شود. مدیریت ورود منطقه ترمنیال نقش کلیدی در بهبود ظرفیت فضای هوایی، راندمان پرواز وکارآیی کنترل¬کننده¬های ترافیک هوایی دارد. بهینه سازی توالی رسیدن هواپیماها به منطقه¬ی ترمینال یک مشکل پیچیده درعملیات منطقه ترمینال است که در آن تعیین سریع توالی بدون درگیری هواپیماها بسیار مهم است. این امر مورد توجه محققان گردیده است و سعی آنها برتولید الگوریتم¬ها و روش¬هایی برای حل مساله توالی ورود بدون درگیری هواپیماها به منطقه¬ی ترمینال است. در بسیاری از این تحقیقات فرض شده است که عمل حل درگیری بدون تاخیر انجام می¬شود و توالی بهینه بدون درگیری را با فرض این که خلبان عمل حل درگیری را بدون تاخیر انجام می¬دهد، ارائه می¬دهند که این امر سبب هزینه برخی از تاخیرهای هوایی ناشی از حل درگیری می¬شود اما در عمل و در شرایط واقعی پرواز روش¬های حل درگیری سبب تاخیر می¬شوند وکاهش زمان حل درگیری در توالی الزامی است. مرحله¬ی حل درگیری هواپیماها برای اپراتورهای خطوط هوایی برای اطمینان از مسیرهای بدون درگیری برای همه¬ی هواپیماها بسیار مهم است. در این پایان¬نامه توالی رسیدن هواپیماها در Final Approach Fix با حداقل زمان حل درگیری با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات ارائه شده است. در این پایان¬نامه فرض بر این است که تمام عملیات تحت شرایط جوی استاندارد، در زمان مشخص انجام می¬شود و سرعت و شتاب باد صفر در نظرگرفته شده و از روش الگوریتم بهینه¬سازی ازدحام ذرات برای تعیین توالی بهینه بدون درگیری هواپیماها استفاده شده است. برای ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی، شبیه سازی برای سه مساله¬ی ترافیکی مختلف با نرخ جریان ترافیک هوایی به ترتیب 20 ، 25 و 30 هواپیما در ساعت انجام گردیده است و توالی بهینه بدون درگیری ارائه و زمان حل درگیری, تاخیرها و زمان پرواز برای هر سه مساله محاسبه شده است. پیاده سازی روش پیشنهادی در نرم¬افزار متلب صورت گرفته است. نتایج شبیه¬سازی نشان می¬دهد که میانگین کل زمان حل درگیری برای تمام ترافیک¬ها صفر به دست می¬آید و الگوریتم تمام درگیری¬های اولیه را با استفاده از تخصیص سرعت هوایی, بدون تاخیر ناشی از روش¬های حل درگیری حل می¬کند(زمان حل درگیری = صفر). همچنین نتایج نشان داد که الگوریتم پیشنهادی تمام درگیری¬ها را در زمان محاسباتی کوتاه حل می¬کند و کنترل¬کننده¬های ترافیک هوایی را قادر می¬سازد تا از این الگوریتم برای یافتن توالی فرود بهینه در زمان کوتاه برای ترافیک¬های مختلف استفاده کنند بنابراین می¬توان از این الگوریتم برای تولید توالی ورود جدید در هر موقعیت غیر منتظره درمنطقه¬ی مانور ترمینال به دلیل زمان محاسباتی کوتاه استفاده کرد. همچنین الگوریتم توالی بدون درگیری را برای تمام هواپیماهایی که وارد حریم هوایی می¬شوند و در آن پرواز می¬کنند، تضمین می¬کندکه این امر زمان نظارت درگیری¬ها را برای کنترل¬کننده¬های ترافیک هوایی و خلبان¬ها به میزان قابل توجهی کاهش می¬دهد. بالاترین زمان پرواز و بالاترین میانگین تاخیر هوایی در ترافیک 30 هواپیما در ساعت به¬دست آمد که به این دلیل است که افزایش تفاوت کلاس هواپیماها در جریان ترافیک سنگین منجر به زمان جداسازی بیشتر بین هواپیماها می¬شود. مقایسه¬ی عملکرد الگوریتم PSO با الگوریتم ژنتیک برای حل مساله نشان داد که هر دو الگوریتم توالی بهینه بدون درگیری ارائه می¬دهند با این حال الگوریتم PSO در زمان کمتری به توالی بهینه¬ی بدون درگیری می¬رسد و کل تاخیرهای هوایی را برای هر سه مساله¬ نسبت به الگوریتم ژنتیک کاهش می¬دهد بنابراین این الگوریتم می¬تو¬اند فضای هوایی و ظرفیت فرودگاه را به دلیل کاهش تاخیر هوایی و ایجاد توالی بهینه بدون درگیری افزایش دهد.

The flow of air traffic in the terminal area increases due to the rapid growth of demand for air transportation, which causes heavy traffic in the terminal area. Terminal area arrival management plays a key role in improving airspace capacity, flight efficiency and air traffic controller efficiency. Optimizing the sequence of aircrafts arriving at the terminal area is a complex problem in terminal area operations, where it is very important to quickly determine the sequence without conflicting aircrafts. This matter has attracted the attention of researchers and they are trying to produce algorithms and methods to solve the problem of the sequence of arrival of aircrafts without conflict in the terminal area. In many of these researches, it has been assumed that conflict resolution is done without delay, but in practice and in real flight conditions, conflict resolution methods cause delay and reducing conflict resolution time in the sequence is mandatory. The aircraft conflict resolution phase is very important for airline operators to ensure conflict-free routes for all aircraft. In this thesis, the arrival sequence of the aircrafts in the Final Approach Fix with the minimum conflict resolution time using the particle swarm optimization algorithm is presented. In this thesis, it is assumed that all operations are carried out under standard atmospheric conditions, at a specified time, and zero wind speed and acceleration are considered, and the method of particle swarm optimization algorithm is used to determine the optimal sequence without aircraft conflicts. Is. To evaluate the performance of the proposed algorithm, simulations have been performed for three different traffic problems with air traffic flow rates of 20, 25 and 30 aircrafts per hour, respectively, and the optimal sequence without conflict is presented and the conflict resolution time, delays and flight time for each Three problems have been calculated. The proposed method has been implemented in MATLAB software. The simulation results show that the average total conflict resolution time for all traffic is zero and the algorithm resolves all primary conflicts using airspeed allocation, without delay caused by conflict resolution methods. (conflict resolution time = zero) Also, the results showed that the proposed algorithm solves all conflicts in a short computing time and enables air traffic controllers to use this algorithm to find the optimal landing sequence in a short time for different traffics. Therefore, this algorithm can be used to generate a new entry sequence in any unexpected position in the terminal maneuvering area due to the short computing time. Also, the conflict-free sequencing algorithm ensures a conflict-free sequence for all aircraft entering and flying in the airspace, which reduces conflict monitoring time for air traffic controllers and pilots by It reduces significantly. The highest flight time and the highest average air delay were obtained in the traffic of 30 aircrafts per hour, which is because the increase in the difference in the class of aircrafts in the flow of heavy traffic leads to more separation time between the aircrafts.Comparing the performance of the pso algorithm with the genetic algorithm for solving the problem showed that both algorithms provide an optimal sequence without conflict, however, the pso algorithm reaches the optimal sequence without conflict in less time and reduces the total air delays for all three problems compared to the genetic algorithm. Therefore, this algorithm can increase the airspace and airport capacity due to reducing the air delay and creating an optimal sequence without conflicts

aircraft arrival sequencing using particle swarm optimization algorithm Degree: Masters Field : Aerospace Engineering Branch: Flight Dynamics and Control University: University of Tabriz Faculty: Electrical and Computer Engineering Graduation Date:

‏پوردادا،‏

خاطره‏

بادامچی زاده،

خراطی،

قائمی،

‏محمدعلی

حامد‏

‏سحرانه

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

‏تبریز