基于DES监控理论的滑行道对头冲突控制策略

为克服场面开环控制模式难以应对随机事件的缺陷,提出场面运行闭环控制框架.基于DES(离散事件系统)监控理论,研究A-SMGCS(先进机场场面引导与控制系统)滑行道对头冲突控制,建立了面向滑行道物理布局的扩展受控Petri网模型.利用航空器滑行路径序列得到精简滑行模型,并考虑环路和环路链,给出无对头冲突的充分必要条件,提出了滑行道对头冲突避免控制策略以及相应的控制律决策算法.算例仿真试验表明,本文提出的策略能根据场面状态实时识别对头冲突并实现冲突避免.     

基于Petri网与遗传算法的航空器滑行初始路径规划

为支持先进机场场面活动引导与控制系统(A-SMGCS,advanced surface movement guidance and control system)实施航空器滑行的精确引导,将场面分为滑行道交叉口和直线段等典型运行单元,利用改进的扩展赋时库所Petri网,建立了场面运行模块化模型;采用该模型进行染色体编码,并考虑场面运行管制规则,提出了染色体合法性检测与修复算法,以及染色体交叉和变异算法.基于首都国际机场01号跑道实际运行数据,用本文模型和算法进行了多个航班滑行初始路径规划,研究结果表明:与节点-路段类模型相比,本文模型能更充分地描述场面管制规则约束,可避免生成违反管制规则的路径;本文算法的每个航班初始路径规划耗时小于10 s,符合A-SMGCS的要求;由于考虑了航空器滑行速度调整特征,更符合场面运行的实际情况.      

A-SMGCS航空器动态最优滑行路径规划研究

机场场面航空器的动态最优滑行路径研究是A-SMGCS的前提和关键,包括动态路径规划和滑行时间调度两方面.针对A-SMGCS中动态路径规划的复杂性和实时性,依据跑道、滑行道和停机坪的拓扑结构及管制规定建立了基于Petri网的场面活动模型及相关约束规范.根据该模型及约束规范,并将静态预选路径作为可行解集,推导出场面各个时刻的机场状态,并从中选取最优路径.仿真实例表明动态路径规划可以最大限度避免滑行冲突,减少航空器的等待时间,显著提高场面运行效率.     

基于Petri网的城市主干道交通信号协调优化

为研究城市主干道交通信号协调优化问题,建立了包括交叉口交通信号显示模块与信号相位转换模块的时延Petri网模型与基于变速度连续Petri网的交通流模型,设计了由监控、判别和通行相位选择3个子系统构成的交通信号控制系统,并给出了具体的控制步骤.根据连续Petri网中各参数间的关系,以车辆排队长度、上游路段车流速度和下游路段畅通度为输入变量,以相位优先指数为输出变量,确定下一通行相位,采用模糊Petri网确定当前相位的最佳绿灯时间,并进行了仿真计算.仿真结果表明:采用Petri网与模糊控制相结合的方法后,由西向东与由东向西方向车流的行程时间分别缩短了7.1％、7.6％,交叉口排队长度的改进率分别为11.9％、11.2％,4个相位的交叉口平均延误分别由9.7、10.3、11.8、13.2s下降到8.2、9.1、11.4、11.4s.可见,主干道信号协调优化方法可以较好地实现干线信号协调控制.     

面向冲突避免的航空器场面滑行引导方法

为避免大型高密度机场航空器之间可能发生的冲突,提出了一种基于混杂系统结构的滑行引导方案.建立了航空器滑行连续动力学模型和航空器在滑行道直线段、交叉口运行的离散事件动态系统模型,通过场面运行观测器建立了连续状态到离散状态的映射.采用禁止状态线性不等式约束和禁止状态逻辑互斥约束,描述场面运行模型应遵循的控制规范,并给出满足控制规范的离散控制器设计方法.最后建立了运行模型中可控变迁的使能状态到场面冲突控制策略的映射.通过助航灯光沙盘控制系统的验证表明,该滑行引导方法能及时对可能冲突的航空器采取恰当的控制策略,并实时生成航空器滑行操纵指令,能有效避免航空器滑行冲突.     

基于Petri网的单点信号优化感应控制

基于连续Petri网,建立交通流混合控制模型,通过分析离散化的交通信号控制混合Petri网模型,研究单交叉口交通信号感应控制问题.基于混合Petri网模型参数的分析,建立了各相位车辆总停留时间的计算方法;从库所标识与变迁使能程度间的复杂关系出发,研究了库所标识的变化规律;以车辆总停留时间最短为目标优化感应控制模型,仿真计算各相位绿灯时间.结果表明:基于混合Petri网的优化感应控制方法,4个相位的车辆平均延误显著缩短,可以较好地实现单点信号控制.     

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基于通信的列车控制系统是我国铁路信号技术发展的一个重要方向，本文在分析了基于通信的列车控制系统结构的基础上，采用有色Petri网方法对该系统进行建模仿真研究.有色Petri网是一种以图形形式描述系统结构、功能的建模分析方法，特别适合大型异步并发系统的建模与仿真.为了使模型简洁清楚，提出了分整体层、处理层和功能层三部分建立相应的系统有色Petri网图的分析方法，并用CPN /Tools工具软件来实现.通过建立一个墓于通信的列车控制系统的有色Petri网模型，为最终开发出该系统的软件仿真平台莫定了良好的基拙.     

A-SMGCS机场场面运行控制的Petri网建模

以基本网模型为基础,阐述典型运行单元精细化模块构建方法与替代规则,生成场面精细化模型.采用航空器后续滑行路径对托肯进行着色以完成航空器建模,并给出精细化模型与航空器模型集成的方法,实现场面资源的动态竞争建模.以首都机场部分场面运行控制过程建模为例,验证所提建模方法的有效性和适用性.     

基于时间富余度控制的滑行道调度优化模型

针对机场场面运行中部分航空器剩余滑行时间较短、准时性低的现状,研究滑行道调度优化问题。在构建基于时间富余度控制的滑行道调度优化模型中,优先考虑以剩余滑行时间为主的航空器动态优先级;以我国某大型机场的场面运行数据为基础,采用生物地理学算法进行仿真验证。结果显示：与经典的先到先服务策略相比,航空器到达滑行终点的误差由1499 s降至553 s,降低了63.1%,冲突航空器到达误差从371 s降至147 s,降低了60.3%;在冲突解脱方面,由剩余滑行时间较多的航空器承担更多的冲突等待,有效减少航空器滑行冲突次数,保障后续停机位指派与跑道调度的有效性,大大提高了滑行道的滑行效率。     

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城市道路交通系统是一个同时具有离散和连续动态,并包含大量随机不确定因素的动态系统,具有动态、并发及同步等特征.在目前交通状况日益复杂的情况下,其动态及随机不确定特性愈加明显.对城市道路交通系统进行建模分析,是深入了解交通状况、进行交通诱导及控制的关键.本文在基本Petri网的基础上,将广义随机Petri网(GSPN)与交通流概念相结合,建立了符合交通流概念的动态流随机Petri网(FSPN)模型.该模型可以很好地描述城市道路交通流的动态及随机特性,并能对城市道路交通系统中的某些随机现象作出很好的解析描述.文中针对四相位十字交叉口给出了动态流随机Petri网建模实例;活性分析表明,该模型能有效避免系统并发性带来的死锁现象.最后仿真运行分析和性能分析进一步证明了动态流随机Petri网的有效性.     

基于多Agent的机场场面最优滑行路径算法

为了保障机场安全,提高机场运行效率,建立了依据进出港航班滑行时间最短为决策的多Agent模型,模型以多Agent技术为基础,融合了Dijkstra算法的最优路径选择和合同网协议的思想,形成了基于多Agent的滑行路径优化算法,并依据该算法进行了仿真分析.仿真结果表明:与指定航班优先级相比,使用基于多Agent的优化算法处理同优先级航班,总运行时间可减少15 s;基于多Agent的场面运行调整算法可以有效地把航班和机场上分布的滑行道、跑道、停机位等资源组织起来,智能地发现冲突、躲避冲突,达到全局滑行时间最短,因此,该算法可行.     

场面航空器滑行时空协同优化模型

引入双层规划方法, 研究了场面航空器在滑行道系统中的滑行调度问题; 考虑了成本与冲突对场面航空器运行效率和安全的影响, 以航空器推出延迟时间与滑行路径作为决策变量, 以航空器在滑行道系统中滑行过程无冲突与场面航空器的总滑行距离最短为目标函数, 构建了场面航空器滑行时空协同优化模型; 针对航空器滑行道调度问题的特点, 设计了适用于航空器滑行时空协同优化模型的双层规划算法, 以降低场面航空器滑行距离和等待时间; 为了验证航空器滑行时空协同优化模型及算法的有效性, 对比了先到先服务调度方案的计算结果, 分析了滑行等待时间与滑行距离对场面航空器运行效率的影响。研究结果表明: 场面航空器滑行时空协同优化模型与先到先服务的航空器调度方案相比, 保证了航空器滑行过程无冲突, 将16架次航空器的总滑行距离从40 690 m降至37 700 m, 降低了8%;航空器平均运行时间为254 s, 提升了滑行道系统的整体运行效率; 在复制组数为100与变异概率为0.4的条件下, 采用场面航空器滑行时空协同优化模型能够在412 s内获得最优解, 求解效率与收敛性显著。可见, 采用场面航空器时空协同优化模型在保障航空器滑行安全的前提下, 能有效提高场面航空器滑行调度效率, 降低航空器运行成本, 能够为繁忙机场滑行道调度提供决策支持。      

基于Petri 网模型的铁路快捷货运产品可靠性评价

为准确评价及预测铁路快捷货运产品的可靠性,在全面分析铁路快捷货运产品可靠性影响因素的基础上,建立用于产品可靠性评价的故障树模型,并采用下行法求取故障树的最小割集;结合Petri 网建模方法与故障树基本理论,将产品故障树转化为 Petri 网仿真模型,并证明两者的等价性;利用Matlab 仿真软件进行基于关联矩阵的Petri 网模型求解,并以北京-上海间特快货物班列为例,得到该产品的可靠度及故障因素重要度排序.实证结果显示,应用Petri 网模型来求解产品可靠性评价问题,不仅能够有效提升求解过程的效率,而且准确易行.研究成果可以为提高铁路快捷货运产品可靠性和市场竞争力提供科学依据和必要支撑.     

基于虚拟现实的港口集装箱码头装卸系统仿真建模技术

以港口集装箱码头装卸系统为对象,对基于虚拟现实下的该系统仿真建模有关关键技术进行研究。针对港口集装箱码头装卸系统的离散性、随机性,采用面向对象和Petri网相结合的方法对系统进行复合建模,同时对系统进行了三维场景建模,并经系统复合模型实时驱动三维场景的动态显示,最终实现基于离散随机事件的港口集装箱码头装卸系统实时可视化、参数化仿真。将Petri网和面向对象两种建模方法结合起来用于现代港口物流系统的建模,即保持了面向对象建模中的优势,又很好地表达了系统事件之间的逻辑关系,同时又能利用Petri网模型中的数学分析方法对系统模型进行验证,与单纯使用其中一种建模方法相比有了很大改进,文中选用的可在微机上运行的虚拟现实仿真建模软件MultiGen较好地解决了复杂场景的实时生成问题。     

基于分层TCPN的集装箱码头作业建模仿真研究

利用CPN TOOLs软件，对基本着色Petri进行赋时和分层的扩展，采用自上而下的方法，建立了集装箱码头作业系统的分层Petri网模型，其子网为赋时着色Petri网．基于实例，在集装箱码头作业系统的分层Petri网模型上进行仿真，根据前沿和堆场设备以及水平输送车辆的利用情况，分析了码头作业系统的瓶颈。     

现代有轨电车交叉口信号控制仿真研究

为了确保有轨电车在平面交叉安全稳定地运行,对通过交叉口有轨电车的信号控制研究显得十分的重要。本文基于VISSIM仿真系统的VAP感应模块,通过在交叉口不同位置设置车辆感应器,建立了三种不同方式的有轨电车相位模型。通过仿真计算出三种模型下交叉口社会车辆的延误时间和排队长度,并对比分析出三种模型下有轨电车的停车延误时间,评价了有轨电车对交叉口的影响。     

多跑道机场停机位分配仿真模型及算法

基于传统滑行路径和停机位等待的理念,建立了多跑道机场停机位分配仿真模型,在满足场面运行安全约束的条件下,寻求滑行时间最小的分配方案。通过多跑道机场的地面网络数据、运行模式以及航班计划等信息,利用计算机仿真对模型进行了算法设计,并对场面的实时运行状况进行了停机位分配的仿真模拟。仿真结果表明:该算法与随机分配算法相比,多跑道机场的地面容量提高了4.6%,冲突探测与解脱的次数降低了10.7%,最大延误减小了34.8%,因此,机场场面的运行效率得到提高,所提算法有效。     

基于Petri网的仓储物流系统建模与仿真

Petri网作为一种离散事件动态系统的建模和分析方法，提供了在逻辑时序下研究系统特性和性能的有效手段，并有图形方法的直观性和逻辑方法的概括性．运用Petri网对一个简化了的仓库物流系统进行建模，运用基于Petri网的仿真软件对其仓储系统进行了仿真，并简单地分析了仿真的运行结果，由此提出了一种物流系统实际运作的仿真方法．     

基于V3DM技术的道路交叉口仿真及参数分析

应用VISSIM交通仿真软件中的V3DM模块,对城市道路交叉口进行实际场景构建,建立车流、道路交通标志、道路周边设施及其他交通参与者3D模型,并对各种3D模型的各种交通属性进行设定。通过V3DM仿真模块,将建立好的3D实景模型应用于交通流的运行仿真过程中,获取道路交叉口交通流运行的相关参数及仿真动画。通过对相关指标和仿真动画的分析,可对交叉口的运行状态和效率做出评价,并结合相应的参数值,提出交通信号配时及交通设施改进的方案。     

航空器推出决策的优化研究

航空器推出决策一直是机场场面管理的重要研究方向和研究难点．目前,航空器推出决策一般是基于航班飞行计划和地面管制员而给出的,基于航班飞行计划是一种被动型不灵活的手段,地面管制员是根据人工估计滑行道的航空器架次和起飞跑道容量,从而发出推出许可指令,这种做法造成了跑道和滑行道利用率的降低．文中提出一种基于场面监视系统的航空器推出决策优化方法;然后建立了航空器推出决策优化模型,并使用最有可能状态（MLS）启发式算法进行求解;最后对武汉天河国际机场的航空器推出决策优化进行仿真验证,结果表明,优化的航空器推出决策与传统方法相比跑道利用率最大可提高4．8％．