Унифицированная методика планирования оптимальных четырёхмерных траекторий полёта на крейсерском этапе при организации воздушного движения

В данной работе предложена унифицированная методика для решения задач планирования и коррекции оптимальных четырёхмерных траекторий (4D-траекторий) полёта воздушного судна (ВС) по заданным всеми участниками сообщества организации воздушного движения (ОрВД) критериям оптимальности с учётом влияния ветровой обстановки, запретных для полётов зон, движущихся зон сложных метеоусловий и других воздушных судов. Чтобы решить поставленные задачи применяются модели многослойной нейронной сети для построения предпочитаемых пользователем траекторий на базе обучения данных реализованных полётов по соответствующему маршруту, A-star алгоритм для формирования оптимальных траекторий облета стационарных и перемещающихся зон опасного сближения ВС, а также кривая Безье для сглаживания сформулированных A-star алгоритмом кусочно-линейных траекторий по требованиям к безопасным допускам траекторий полётов ВС. Для того чтобы продемонстрировать эффективность применения предложенной методики, проведём серию экспериментов как при планировании оптимальных 4D-траекторий с нуля, так и при их коррекции в полёте, учитывая наличие опасных зон (ОЗ) в ВП и их отсутствие.

1. Арефьева Н. Г. (2019). Конструирование оптимальных траекторий полёта воздушных судов в поле точности ГЛОНАСС при гибкой маршрутизации: специальность 05.22.13 «Навигация и управление воздушным движением»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Арефьева Наталья Геннадьевна. Москва. 167 с. EDN HLLPNT.

2. Будков А. С. (2021). Разработка системы поддержки принятия решения для задачи четырёхмерной навигации в гражданской авиации: специальность 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Будков Александр Сергеевич. 168 с. EDN CCLIFY.

3. Глобальная эксплуатационная концепция ОрВД: документ 9854. 1-е издание. Монреаль, Канада: ИКАО, 2005. 93 с.

4. Глобальный аэронавигационный план на 2013–2028 гг.: документ 9750. 4-е издание. Монреаль, Канада: ИКАО, 2013. 147 с.

5. Глобальный аэронавигационный план на 2016–2030 гг.: документ 9750. 5-е издание. Монреаль, Канада: ИКАО, 2016. 142 с.

6. Нгуен Т. Л. Ф. (2024). Разработка методики идентификации и разрешения конфликтных ситуаций при оперативном планировании четырёхмерной траектории полёта. Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык. 2 (41): 77-95.

7. Правила аэронавигационного обслуживания. Организация воздушного движения. Документ 4444. 16-е издание. Монреаль, Канада: ИКАО, 2016. 508 с.

8. Правила государственного регулирования сборов за аэронавигационное обслуживание полётов воздушных судов пользователей воздушного пространства, Утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации от 28 ноября 2011 г. № 978.

9. Приказ Минтранса России от 25.11.2011 № 293 (ред. от 14.02.2017) «Об утверждении Федеральных авиационных правил «Организация воздушного движения в Российской Федерации» (Зарегистрировано в Минюсте России 30.12.2011 № 22874).

10. Руководство по применению минимума вертикального эшелонирования в 300 м (1000 фут) между ЭП 290 и ЭП 410 включительно: документ 9574. 3-е издание. Монреаль, Канада: ИКАО, 2012. 70 с.

11. Скрыпник О. Н. Оптимизация траектории мобильного псевдоспутника для повышения точности интегрированного навигационно-временного поля ГЛОНАСС / О. Н. Скрыпник, Р. О. Арефьев // Современные наукоемкие технологии. 2020. № 2. С. 51-58.

12. Fett G. D. Aircraft Route Optimization Using the A-Star Algorithm // Theses and Dissertations. 2014. 69 p.

13. Method for calculating aircraft flight trajectories in presence of winds / G. Ghazi, R. Botez, Ch. Bourrely, A.-A. Turculet // Journal of Aerospace Information Systems. 2021. vol. 18, № 7. pp. 442-463. DOI 10.2514/1.I010879.

14. Mondoloni S. Aircraft trajectory prediction and synchronization for air traffic management applications / S. Mondoloni, N. Rozen // Progress in Aerospace Sciences. 2020. № 119. p. 100640. DOI 10.1016/j.paerosci.2020.100640.

15. Neretin E. S. An Analysis of Human Interaction and Weather Effects on Aircraft Trajectory Prediction via Artificial Intelligence / E. S. Neretin, N. T. L. Phuong, N. N. H. Quan // 2022 XIX Technical Scientific Conference on Aviation Dedicated to the Memory of N.E. Zhukovsky (TSCZh). Moscow. 2022. pp. 85-89. DOI 10.1109/TSCZh55469.2022.9802458.

16. Neretin, E., Nguyen, M., Nguyen, P. (2023). Using Data-Driven Approach in 4D Trajectory Prediction: A Comparison of Common AI-Based Models. In: Gorbachev, O.A., Gao, X., Li, B. (eds). Proceedings of 10th International Conference on Recent Advances in Civil Aviation. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore. 2023. № 1. P. 125-133.

17. Roberson B. Fuel Conservation Strategies: Cost Index Explained // Aero magazine, Boeing. 2007. № 26(02). P. 26-28.