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飞机管理模型分析
杜志荣张芸黄笑笑组号:4
摘要:本文讨论如何对新进入区域内的飞机是否会与区域内原有的飞机碰撞建立
适当的数学模型,如若碰撞,再次建立能够得出调整各架飞机方向角,使得飞机
均能安全飞出正方形区域的数学模型。根据题意可概括出两个问题:1.判断飞
行的飞机之间是否发生碰撞亦即可碰撞问题。2.检测到碰撞的存在并采取措施
进行规避,即碰撞规避问题。
(1)针对问题1,把各架飞机的运动轨迹端点坐标用时间表示后,就可以写
出第六架飞机与其它五架飞机的距离表达式,判断这个最小距离是否小于8km,
如果小于,则碰撞,否则不碰撞。这一过程的实现可通过MATLAB编程动态模拟
飞机在区域内的飞行过程。在时间轴上连续取样,最后得出第六架飞机和第五架
相碰,碰撞时事件飞机的坐标位f5(67.5875.61),f6(59.51,76.17),相碰时刻
为t=438s合7分钟13秒。
(2)针对问题2,需要对各架飞机的方向角进行调整,并且使得飞机方向角
调整幅度最小。建立如下模型:
目标函数为:
6
Minf2
i
i1
约束条件为:
222
dxvtcosxvtcosyvtsinyvtsin
ijiiijjjiiijjj
ij,i1,2,3,4,5,6
>64,,-30°<,<30°。
ij
这是一个求非线性规划最优解问题,可借助MATLAB的fimincon()函数求解。求
得第架飞机i(i1,2,3,4,5,6)调整的角度分别为:
0°,0°,2.0624°,-0.4954°,0°,1.5670°。
关键字:飞机碰撞方向角最优解非线性规划
1
一、问题重述
在约10,000米高空的某边长160公里的正方形区域内,经常有若干架飞机
作水平飞行。区域内每架飞机的位置和速度均由计算机记录其数据,以便进行飞
行管理。当一架欲进入该区域的飞机到达区域边缘,记录其数据后,要立即计算
并判断是否会与区域内的飞机发生碰撞。
如果会碰撞,则应计算如何调整各架(包括新进入的)飞机飞行方向角,以避免碰
撞。现假定条件如下:
1)不碰撞的标准为任意两架飞机的距离大于8公里;
2)飞机飞行方向角调整的幅度不应超过30度;
3)所有飞机飞行速度均为每小时800公里;
4)进入该区域的飞机在到达区域边缘时,与区域内飞机的距离应在60公里
以上;
5)最多需考虑6架飞机;
6)不必考虑飞机离开此区域后的状况。
请你对这个避免碰撞的飞行管理问题建立数学模型,列出计算步骤,对以下
数据进行计算(方向角误差不超过0.01度),要求飞机飞行方向角调整的幅度尽
量小。设该区域4个顶点的坐标为(0,0),(160,0),(160,160),(0,160)。记录
数据为:
飞机编号横坐标x纵坐标y方向角(度)
1150140243
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