الگوریتم های ژنتیکی به کار برده شده در مدیریت ترافیک هوایی
افزایش ترافیک هوایی، از زمان شروع تجارت هوایی، باعث مشکل اشباع در فرودگاهها، یا مکانهای فضایی شده است. در حالی که هواپیماها ارتقاء می یابند و اتوماتیک تر می شوند. اما هنوز کنترل ترافیکی بر پایه تجربیات انسان است. مطالعه حاضر ، دو مشکل مدیریت ترافیک هوایی (ATM) را به جزء بیان می کند، که برای آنها راه حل های بر پایه الگوریتم ژنتیکی وجود دارد. اولین کاربرددر رابطه با مشکل enroute است و دومین کاربرد در مورد مشکلات مدیریت ترافیکی در سکوهای فرودگاهها است.
9.1) راه حل درگیریهای Enroute = کنترل ترافیک هوایی (ATC) می تواند توسط یک سرس از فیلترها نشان داده شود، جایی که هر فیلتر یک ؟ خاص دارد و افق های خاص محیطی و موقتی را اداره می کند. 5 سطح (لِوِل) قابل تشخیص است. در دوره طولانی (بشتر از 6 ماه) ترافیک در یک روش میکروسکوپی می تواند برنامه ریزی شود. برای مثال مردم با یک نمودار ترافیکی روبرو هستند که اندازه های کمیته ، که برنامه های ساعتی و موافقت با ارتش را مورد توجه قرار داده است، به کاربرده می شود برای فرهنگ هواپیمایی در زمانهای اوج یعنی بعد ظهر جمعه.
در دوره کوتاهتر ، معمولاً در مورد تنظیمات قبل ، صحت می شود. این مورد شامل برنامه ریزی کردن روز ترافیک ، یک یا دو روز قبل تر می شود. در این مرحله ، اشخاص ایده مشخصی درباره بیشتر برنامه ی پرواز و ظرفیت کنترل هر مرکز دارند. حداکثر جریان هواپیما که می تواند یک قطر را سوراخ کند. ظرفیت قطر نامیده می شود. این عمل توسط CFMU3 انجام می شود. ترافیک میان آتلانتیک برای مثال در این مرحله مورد توجه قرار می گیرد. راههای هوایی، تنظیم ساعت های پرواز و حالت هوا مورد توجه قرار می گیرد. به طور کل این شغل توسط FMP4 در هر مرکز صورت می گیرد. آخرین فیلتر ، فیلتر تاکتیکال است که با کنترل داخل یک قطر بستگی دارد. زمان متوسطی که یک هواپیما در یک بخش صرف می کند حدود 15 دقیقه است. اینجا میزان رویت کنترل کننده کمی بالاتر از میزان دریافت طرحهای پرواز است چند دقیقه قبل از ورود هواپیما به بخش. کنترل کننده وظیفه چک کردن، حل اختلافات و همپایه بودن با بخش های همسایه را تضمین می کند. در این حالت تعیین تعریف برخورد مطلوب است. دو هواپیما با هم برخورد دارندوقتی که فاصله جدایی افقی بین آنها کمتر 5 مایل باشد و تفاوت انها در ارتفاع کمتر از 1000 فیت باشد. روش هایی که توسط کنترل کننده برای حل این برخورد به کار می رود بر پایه مسائل زیر است.
بر روی تجارب قبلی و هر دانش خلاقی. وقتی که چند جفت از هواپیماها در اختلاف مشابهی با هم تماس دارند، آنها با ساده کردن مشکلات شروع می کنند که فقط اختلافات ابتدایی را داشته باشند.
برای حل فیلتر اضطراری به نظر نمی رسد که مداخله کند به جز مواردی که سیستم کنترل دچار نقض شده یا اینکه ضعیف شده است. برای کنترل کننده ، آشیانه اطمینان مسیر هر هواپیما را با افق موقت چند دقیقه ایی پیش بینی می کنند. از موقعیت های رادار و الگوریتم های ادامه دار استفاده می کند و یک اخطار را در لحظه برخورد بوجود می آورد. این یک راه حلی را برای برخورد پیشنهاد نمی کند. به طور کل TCAS به نظر می رسد که از چنین تصادفی جلوگیری کند. پیش بینی موقت کمتر از یک دقیقه است (بین 25 تا 40 ثانیه) بنابر این بسیار دیر است برای کنترل کننده مانور هواپیما را، همانطور که تخمین زده شده که نیاز به حداقل زمان 1 تا 2 دقیقه برای آنالیز کردن موقعیت دارد راه حلی را پیدا کنند و آنرا به هواپیماها اطلاع دهند. به طور عمومی TCAS، هواپیمای اطاف را جستجو می کند و به خلبان برای حل برخورد پیشنهاداتی می کند. این فیلتر باید برخورد غیر قابل پیش بینی را حل می کند، برای مثال وقتی که یک هواپیما از سطح پرواز خود بالاتر رفته است یا یک مشکل تکنیکی که به طور قابل توجهی ارتفاع آنرا پایین آورده است. کاربردهای پیشنهاد شده در این بخش با فیلتر تاکتیکال ارتباط دارند: دانستن موقعیت هواپیما در لحظه حاضر و موقعیت بعدی آنها، را بوجود نمی آورد. راه حل برای پایه چندین تصور است. یک هواپیما نمی تواند سرعت خود را تغییر دهد (یا بسیار آرام باید این کار را بکند) مگر در مواقع فرود. نباید اینطور تصور شود که یک هواپیما با سرعت انی پرواز می کند، به غیر مواردی که سطح بندی می شود و هیچ بادی وجود ندارد. به علاوه در طول فرود و بلند شدن ، مسیر آن یک خط صاف نیست. هواپیماها در مسیر چرخش خود در فشار هستند. به طور عمومی خلبانها مانور افقی را به عمودی ترجیح می دهند مگر در هنگام بلند شدن یا نشستن. اگر چه امروزه خلبانهای اتوماتیک قرتمندتر از خلبانهای انسانی هستند (در موقعیت های نرمال پرواز) برای مواقعی که حقیقی به نظر می رسد توجه کردن به این مسیرها که توسط انسانها قابل دسترسی نیست.
خلبان. نامطمئنی بین سرعت فرود آمدن و بلند شدن بسیار زیاد است (بین 10% و 50% سرعت عمودی). در طول مسافرت ، نااطمینانی در سرعت کاهش می یابد. بعد از آن ، نا اطمینانی به همراه گذشت زمان بیشتر نمی شود، همانطور که یک هواپیما، ارتفاع خود را کاملاً خوب نگه داشته است. تقریباً غیر ممکن است که به دنبال راه حل های آنالیتکی برای حل مشکل برخورد باشیم . اما، اصلی ترین مشکل از پیچیدگی مشکل بوجود می آید. بخش اول این فصل ، به معرفی بعضی از توضیحات می پردازد که حل مشکل برخورد برای ما قابل فهم تر می کند و بخش دوم به تاریخچه ایی کوتاه از الگوریتمهای آزمایش شده برای این مشکل و محدودیتهای آن می پردازد. قسمت سوم مدلهای مشکل را به جزء بررسی می کند و پیشرفت الگوریتم ژنیتکی برای حل مشکل در بخش چهارم وجود دارد که با آمارهای ؟ بدست آمده دنبال می شود.
1.1.9) پیچیدگی حل مشکل برخورد= یک برخورد را می توان به صورت زیر توضیح داد:
یک برخورد یعنی برخوردی بین دو هواپیما در طول یک زمان داده شده از مسیر پیش بینی شده، گرفتن نااطمینانیها در مسیر.
کلاسهای معادل مربوطه به عنوان دسته و مجموعه برخورد هواپیما یا مجموعه ایی از اندازه n می تواند شامل شود به برخوردهای قوی n. توجه کردن به فقط هواپیمای افقی ، نشان می دهد که تمام راه حل های قابل قبول شامل 2n(n-1) اجزای مرتبط، تحت این تصور که یک متر مناسب به کاربرده شده که نیاز دارد به اجراهای زیادی از الگوریتم جستجو بنابر این برای مجموعه هواپیمای 6،32768 عضو متصل پیشنهاد می شود. در حقیقت اگر عملکرد هواپیما مورد توجه قرار گیرد، تمام اجزای مرتبط لازم نیست که مورد بررسی قرار گیرد. با آرام کردن محدودیت های جدا کننده، مشکل شبیه یک مشکل جهانی می شود که حداقل شامل بهینه های داخلی می شود مانند اجزای متصل. اضافه کردن بعد عمودی خصوصیت ترکیبی مشکل را کم نمی کند.
2.1.9) وجود مترهای حل کننده:
اولین پروژه اتوماتیک کنترل ترافیک ، آمریکایی بود و در شروع دهه 80 بوجود امد، اما قادر به حل مجموعه سایز 3 یا بیشتر نبود. پروژه اروپایی ARC2000 یک متر از نارساییهای ممتر لوله چهار بعدی را پیشنهاد کرد که مسیر n+1+h هواپیما در محیط n که قبلاً مسیرش محاسبه شده بود. ارتقاء دهد.
این مدلها شکیات را مورد توجه قرار ندادند و قادر نبودند با حجم عظیم ترافیک مواجه شوند. در نهایت پروژه تجربی اروپایی FREER در سال 1995 کامل شد. و پیشنهاد کرد که می تواند برخورد هواپیماها را حل کند. مشکل همپایه بودن بین هواپیماها با به کار بردن قوانین قبلی هدایت می شد ، که مانند استفاده کردن از ؟ تکراری مانند ARC2000 بود، که قادر به مواجه شدن با مجموعه های بزرگتر نبود.
روش های تئوری : در میان تئوریهای به کار برده شده برای حل مشکل ، ما ابتدا می توانیم به تکنیک های Zeghal اشاره کنیم. با توجه به این روش، هواپیما توسط اهدافش جذب می شود و توسط هواپیمای نزدیک برگردانده می شود. متد وقتی که تراکم کم است، خوب عمل می کند، اما وقتی ترافیک زیاد است بهم ریخته عمل می کند. به علاوه ، مدل تصور می کند که پروازها کاملاً اتوماتیک هستند، همانطور که مسیرها می توانند دائماً تغییر یابند. روش های مشابه که از زمینه های قوی استفاده می کردند توسط عدم هوانوردی سازمان Berkeley آزمایش شد، اما در آن زمان آنها قادر به حل بیشتر از سه مجموعه هواپیما نبودند. این روش بسیار شبیه بود به عملکرد نشان داده شده توسط شبکه هایی که مترهای آزمایش بر پایه LOG (CENA-ENAC) بودند که نمی توانستند به مجموعه های پیچیده افزایش یابند. بلاخره ، میان روش های جهانی برای مجموعه های پیچیده، اولین کار اصلی توسط (فردن)Feron انجام شد. او از برنامه های معین برای تعیین کردن مسیر راه حل برای هر جفت از هواپیماهای برخوردشده استفاده کرد: پس یک متد ارتقاء دهنده محدب که شامل محدودیت های محدب می شد به کار برده شد برای محاسبه کردن مانور. به هر حال این روش در تمام موارد راه حل قابل قبولی را ارائه نمی داد. اضافه کردن صدای رَندُم به پیشرفت سرعت موفقیت کمک کرد. محدوده ساده مدل انتخاب شده، محدوده کوچکی را برای کاربرد موفق آن در موقعیت های پیچیده فراهم کرد. در نهایت LOG محدودیت ها و شاخه های فاصله را آزمایش کرد، که می توانست مشکل را در دسته های کوچک حل کند. اما قادر در نبود آن را برای دسته های بیشتر گسترش دهد. تا این تاریخ فقط الگوریتم ژنتیکی توانست مجموعه های بزرگ را در زمان قابل قبول حل کند .
3.1.9) مدل کردن مشکلات با توجه به شبهات:
اول از همه یک زمان جستجو TW توضیح داده می شود و یک تقلید کننده موقعیت آینده هواپیما را در قالب زمان ارزیابی می کند. این تقلید کننده شبهات در سرعت افقی و عمودی هواپیما را مورد توجه قرار می دهد همانطور که در شکل 1-9 نشان داده شده است. در هواپیمای افقی ، هواپیما توسط یک نقطه در لحظه شروع ارائه می شود. در مدت زمانع این نقطه ، بخشی می شود که در طول آن به طور افزایش ادامه می یابد. وقتی مسیر عوض می شود (t=4 در) بخش ناقض می شود در حالی که مسیر (بردار) جدید سرعت را دنبال می کند. هواپیما پس توسط یک شکل چهار گوش هواپیمانشان داده می شود. به کار بردن یک تغییر جدید (t=7 در) شکل چهار گوش هواپیما را به شش گوش تغییر می دهد و به تعبیر عامتر به بردار (مسیر). در هواپیمای عمودی یک سیلندر می تواند توضیح داده شود که ارتفاع آن با زمان افزایش می یابد. وقتی که هواپیما به سطح مطلوب پرواز می رسد (t=8 در) بالای سیلندر ، ارتفاع آنرا دیگر تغییر نمی دهد و انتهای سیلندر شروع به بالا رفتن می کند، تا زمانی که سطح پرواز می رسد.