面向城市空中交通走廊合流控制的起飞管理与轨迹一体化优化

城市空中交通（UAM）具有彻底改变日常出行的潜力，能够提供快速高效的空中交通服务。起飞与合流阶段对空中走廊运行至关重要，需要协调起飞航空器与走廊交通，同时确保安全与无缝过渡。本文提出了一种面向UAM走廊合流控制的起飞管理与轨迹一体化优化方法。我们首先引入了一种新颖的起飞空域设计。据我们所知，本文是首批提出结构化起飞空域设计的研究之一。基于该起飞空域设计，我们设计了一种分层协同起飞与合流管理（HCTMM）策略。具体而言，起飞空域设计可以简化航空器动力学，从而降低轨迹优化问题的维度，同时减轻避障的复杂性。HCTMM策略严格确保安全，并提高起飞与合流操作的效率。在战术层面，调度算法协调航空器起飞时间并选择动态合流点，以减少冲突并确保起飞与合流过程顺畅。在操作层面，轨迹优化策略确保每架航空器在满足安全约束的同时，高效抵达动态合流点。仿真结果表明，与具有固定或动态合流点的代表性策略相比，HCTMM策略显著提高了运行效率并降低了计算负担，同时在各种走廊交通条件下确保了安全。进一步的结果证实了HCTMM策略的可扩展性以及所提出的起飞空域设计带来的计算效率。