Gibt es allgemein anwendbare Modelle für plausibles Auto-Routing von Flugzeugen?

Flugzeuge bewegen sich in wohldefinierten Luftstraßen, je nach Richtung auf unterschiedlichen Flughöhen und haben auch spezifische Steig-, Sink- und Wenderaten (z. B. 2-Minuten-Wende).

Gibt es bekannte Modelle, die diese räumlichen Einschränkungen berücksichtigen und für ein bestimmtes Flugzeug eine plausible Route zwischen zwei Punkten im Weltraum erstellen?

Mein spezifischer Anwendungsfall ist unkompliziert: Ich habe die aktuelle Position eines Flugzeugs und eine Reihe alternativer Endpunkte auf dieser Route. Anstatt gerade Linien zwischen diesen Alternativen zu ziehen, möchte ich plausible Routen ziehen, die so viele reale Einschränkungen wie möglich berücksichtigen.

Ich habe noch nicht untersucht, wie dies in Computerspielen implementiert ist (z. B. Flightgear), und ich könnte einen ausreichend einfachen Autorouter schreiben, der die Ratenbeschränkungen berücksichtigt. Ich würde jedoch gerne wissen, ob es bereits allgemein akzeptierte oder empfohlene Auto-Routing-Modelle gibt.

zusätzliche Information

Angesichts der Kommentare zu dieser Frage möchte ich Folgendes klarstellen:

  1. Ich suche nicht nach Flugplanungsalgorithmen oder eingeschränkter Streckenführung im Sinne optimaler Pfade, die manchmal von Algorithmen wie den in diesem Artikel verwendeten gesucht werden .

  2. Ich suche nach Routing-Algorithmen, deren Ausgabe der tatsächliche Pfad ist, der das Flugzeug bei Einstellung auf einen Autopiloten mit einer bestimmten Peilung, Höhe und Geschwindigkeit durch einen Endpunkt bringt. Idealerweise suche ich nach "Namen" in dem Sinne, in dem das oben verlinkte Papier besagt, dass "... einige Autorouter für Militärflugzeuge existieren, darunter CLOAR, OPUS und JRAPS ...".

  3. Als zweite Frage: Haben ATC-Systeme eine Art automatisches Routing als Hilfe für Bediener in stark frequentierten Bereichen? Wenn ja, dann wäre es vielleicht wert zu prüfen, ob die Algorithmen veröffentlicht werden, weil ich davon ausgehe, dass sie standardisiert und validiert werden müssten.

  4. Betrachten Sie als Beispiel ein Flugzeug, das sich einem Flughafen nähert, um zu landen. Das Flugzeug befindet sich auf einem bestimmten Kurs, einer bestimmten Flughöhe und einer bestimmten Geschwindigkeit und soll an einem bestimmten Punkt in das Landemuster eintreten. Ein Ansatz wäre, die Peilung des Eintrittspunkts und die Peilung des Flugzeugs zu verlängern und einen Zyklus anzupassen, der der 2-Minuten-Kurve entspricht, um den Kurs des Flugzeugs auf die Peilung des Eintrittspunkts zu bringen (dh die Ecke der Kreuzung zu glätten). Wenn ein solcher Schnittpunkt undefiniert ist (z. B. die Peilungen parallel sind oder sich in einem sehr langen Abstand schneiden), muss ein neuer Abschnitt hinzugefügt werden, der a) den aktuellen Kurs des Flugzeugs schneidet, b) die Peilung des Eintrittspunkts schneidet und c ) erfüllt andere Einschränkungen (z. B. kürzeste Entfernung, keine scharfen Winkel usw.). Wenn das auf der Seite des Einstiegspunkts undefiniert ist, muss ein neues Bein hinzugefügt werden, dieses Bein sollte a) das gegebene Bein schneiden bei ... und so weiter. Dieser Ansatz wird zu einem Pfad führen (nicht DEM Pfad), der bestimmte Einschränkungen respektiert ... Aber offensichtlich ist die Frage hier, wie realistisch es sowohl für ein Flugzeug sein wird zu fliegen, als auch, ob ein menschlicher Bediener einen Pfad mit ähnlichen Eigenschaften produzieren oder ablehnen würde es überhaupt? Daher die Frage: Gibt es bereits Auto-Router-Algorithmen?

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  1. Wenn der allgemeine Konsens eher in Richtung einer Situation geht, in der es sehr schwierig ist, genaue Informationen zu Routing-Modellen für Zivilflugzeuge zu erhalten, gibt es eine Reihe von Mindestparametern, die beim Entwurf eines vereinfachten automatischen Routers berücksichtigt werden müssten? mit größerer Wahrscheinlichkeit plausible Pfade bei zwei Punkten im Raum erzeugen? „Plausibel“ ist definiert als „ähnlich dem, was ein menschlicher Fluglotse dem Flugzeug befehlen würde“ oder „ein Weg, der einem durchschnittlichen Piloten vernünftig erscheint“. Im Moment würde ich die Geschwindigkeiten des Steigens, Sinkens und Wendens berücksichtigen.
Wenn ich Ihre Frage lese, denke ich intuitiv, dass die Antwort irgendwo im Bereich der dynamischen Programmieralgorithmen liegen sollte. Vielleicht hilft das bei deiner Suche.
Vielen Dank für den Hinweis, dynamische Programmierung hat definitiv einen Platz in den Lösungen für dieses Problem, aber ich suche zunächst nach etablierten Modellen (oder Algorithmen). Nicht sicher, ob ATC-Ausrüstung über eine Auto-Routing-Funktionalität (?) verfügt, die bisher standardisiert und validiert worden sein muss.
Fluggesellschaften führen das Routing durch, also suchen Sie nach ihren Modellen.
Vielen Dank. Nur um klarzustellen, dass mich der breite Flugplan nicht interessiert. Mich interessiert zum Beispiel, was passiert, wenn ein Flugzeug kurz vor der Landung steht und aufgrund des hohen Verkehrsaufkommens auf eine Warteschleife umgeleitet wird. Lösen Sie also bei gegebenem aktuellem Flugzeug, Route und Geschwindigkeit und Endpunktdaten (Eintrittspeilung, Eintrittshöhe, Eintrittsgeschwindigkeit) nach einer plausiblen Route auf.
Ich für meinen Teil bin mir sicher, dass Routing-Probleme wie dieses eigentlich NP-schwer sind und zweifellos sehr unangenehme mehrdimensionale nichtlineare Optimierungsprobleme sind. Es könnte interessant sein, ein "2D-ähnliches" Spielzeugmodell als Illustration zu betrachten - sagen wir, das Verlegen elektrischer Leiterbahnen auf einer Leiterplatte, was, wie Wikipedia liebevoll sagt, alles andere als einfach ist!
Beachten Sie, dass Flugzeuge nicht immer gut definierte Luftwege befahren. Ad-hoc-Routing ist möglich. Wie häufig es vorkommt, hängt von den Betriebsbeschränkungen der ATC in einem bestimmten Gebiet ab.
Vielen Dank für Ihre Kommentare. In Anbetracht dessen habe ich die Frage in der Hoffnung geändert, dass sie jetzt genauer ist. Ich habe tatsächlich einen Autorouter für Blockdiagramme geschrieben, der auf einem iterativen Ansatz basiert, und ich möchte Implementierungsdetails für später aufbewahren, wenn ich weiß, womit ich es zu tun habe. Im Moment suche ich nach etablierten Modellen (falls vorhanden), aber ich habe das Gefühl, dass mir die richtige Terminologie fehlt, um aussagekräftige Ergebnisse aus einfachen Websuchen zu erhalten.

Antworten (3)

Ich suche nach Routing-Algorithmen, deren Ausgabe der tatsächliche Pfad ist, der das Flugzeug bei Einstellung auf einen Autopiloten mit einer bestimmten Peilung, Höhe und Geschwindigkeit durch einen Endpunkt bringt

Es gibt tatsächlich Modelle, um sich zwischen Wegpunkten zu bewegen: Ich erinnere mich, dass ich auf dem Flugdeck einer A320 saß und bemerkte, wie die Fluggeschwindigkeit zunahm, als wir zum Flughafen abstiegen. Ich fragte den Piloten und er antwortete, dass dies in Vorbereitung auf eine bevorstehende Kurve sei, um die Fluggeschwindigkeit nicht zu verlieren. Vielleicht keine großen Unterschiede, aber über ein Jahr mit vielen Flugzeugen wird es einen Unterschied machen.

Die meisten Fluggesellschaften haben Firmenrouten , die detailliert beschreiben, welche Wegpunkte zu einem Ziel verwendet werden sollen. Nach meinem besten Wissen sind diese ziemlich Standard (Sie haben vielleicht wenige) und nicht zu wetterabhängig, es sei denn, es gibt zum Beispiel einen großen Sturm. Eine Ausnahme bilden transatlantische Strecken, die je nach Wetterlage täglich geändert werden. Zumindest bei den meisten Flügen gibt es nur wenige mögliche Abweichungen und in stark frequentierten Luftwegen. Das Wechseln der Atemwege ist normalerweise eine größere Abweichung, also ist es gut, sich damit abzufinden, und das Wetter ist wahrscheinlich nicht wesentlich besser für nur einen kleinen Umweg.

Als zweite Frage: Haben ATC-Systeme eine Art automatisches Routing als Hilfe für Bediener in stark frequentierten Bereichen?

ATC hat normalerweise keinen wirklichen Anreiz, Routen zu kürzen, zumindest im Reiseflug. Sie können Ihnen helfen, einige Wegpunkte zu überspringen und das Flugzeug etwas schneller abzusetzen, wenn der Luftraum während der Ankunft ruhig ist. Um die Dinge auch ins rechte Licht zu rücken, ich war auf dem Flugdeck eines mittelgroßen europäischen Flughafens, wo wir wegen schlechter Planung zuerst in den Wartebereich gesetzt wurden und dann aufgefordert wurden, schneller zu werden, nachdem wir ihn verlassen hatten, um wieder aufzuholen. Der Flughafen Arlanda hatte jedoch etwas mit grünen Anflügen zu tun .

Ich suche nach Routing-Algorithmen, deren Ausgabe der tatsächliche Pfad ist, der das Flugzeug bei Einstellung auf einen Autopiloten mit einer bestimmten Peilung, Höhe und Geschwindigkeit durch einen Endpunkt bringt.

Das Problem hier ist, dass es keinen Anreiz für Flugzeughersteller gibt, solche Algorithmen für die Öffentlichkeit freizugeben. Wenn Airbus Algorithmus A und Boeing-Algorithmus B mit jeweils unterschiedlichen Eingaben verwendet, möchten Sie nicht, dass der andere Algorithmus C erstellt, der mit beiden Eingaben funktioniert und effizienter ist. Das Fazit ist jedoch, dass alle durch die bereits vorhandene Infrastruktur eingeschränkt bleiben, die ziemlich starr ist.

Vielen Dank für Ihre Antwort, die in gewissem Maße nützlich ist, und ich denke, dass sie am Ende akzeptiert werden soll, da keine genauere Antwort vorliegt. Ich habe die Frage geändert, ohne die Absicht zu haben, ein Schwein zu sein, aber wenn es da draußen nichts Relevantes zu geben scheint, könnte ich genauso gut etwas Einfaches, aber Plausibles zusammenstellen.
Beachten Sie, dass der größte Teil des Routings tatsächlich in einem Computer auf dem Schreibtisch des Dispatchers stattfindet. Es verfügt über automatisches Routing und ist wirklich ausgeklügelt, da es nicht nur den Treibstoffverbrauch berücksichtigt, sondern auch Überfluggebühren und alle Einschränkungen, die an dem jeweiligen Tag für das Flugzeug gelten – es ist die ETOPS-Basisbewertung, aber auch alle MEL-Elemente, die das sind haben zusätzliche Einschränkungen – und sagen natürlich Winde in der Höhe voraus. Das Bordsystem berechnet im Grunde nur den Top-of-Descent neu.

Sowohl ForeFlight als auch DUATS bieten automatisches Routing der Atemwege.

Aus den Kommentaren in Ihrer Frage geht hervor, dass dies nicht das ist, was Sie wollen, aber ich biete es nur für den Fall als Antwort an.

In der Tat nicht genau das, wonach ich suche, aber +1 für das, was scheinbar Routing-Webdienste von Lockheed Martin sind.

Ich bin bei ForeFlight und wollte Sie wissen lassen, dass wir eine kommerzielle API haben , die genau diesen Service anbietet. Wie @thunderstrike sagte, werden Sie leider feststellen, dass die meisten Dienste wie dieser kommerzieller Natur sind, da die Formeln proprietär sind und die potenziellen Kosteneinsparungen sehr hoch sein können.

Gibt es allgemein anwendbare Modelle für plausibles Auto-Routing von Flugzeugen?
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