基于4d軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和空管自動(dòng)化管制領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于4D軌跡 估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀(jì)六十年代W來(lái)，民用航空事業(yè)取得了較大的進(jìn)步，在整個(gè)綜合交通運(yùn)輸體 系中所占的比重也越來(lái)越大。尤其是改革開放后，我國(guó)民航運(yùn)輸業(yè)一直處于高速發(fā)展的狀 態(tài)，年均增長(zhǎng)接近20%。中國(guó)定期航班完成的總周轉(zhuǎn)量在國(guó)際民航組織締約國(guó)中名列第S 位，我國(guó)已成為名副其實(shí)的航空大國(guó)。
[0003] 另一方面，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和國(guó)±防空能力的增強(qiáng)，軍民航執(zhí)行的 飛行任務(wù)量顯著增加，空中飛行流量迅速增長(zhǎng)。軍民航航空器數(shù)量的增加和飛行流量的增 長(zhǎng)，導(dǎo)致空域日益繁忙和擁擠，使得飛機(jī)之間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)大大增加，對(duì)飛行安全造成了嚴(yán)重 威脅。實(shí)時(shí)監(jiān)視告警將是空管自動(dòng)化管制中一項(xiàng)重要的決策支持工具，在軍民航管制中應(yīng) 用實(shí)時(shí)監(jiān)視告警有助于解決資源限制、提高空域使用率、緩解飛行矛盾。
[0004] 目前，我國(guó)軍民航現(xiàn)有的各級(jí)各型管制中屯、系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視告警不完善，比如尚不 具備中期沖突計(jì)算功能等等，原因主要為；1、現(xiàn)有方法計(jì)算復(fù)雜、W現(xiàn)有計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)所 需的時(shí)間和空間復(fù)雜度較高，不滿足空管監(jiān)視實(shí)時(shí)性需求；2、我國(guó)空管具有自己的特色，與 西方等發(fā)達(dá)國(guó)家有些區(qū)別，國(guó)外現(xiàn)有的系統(tǒng)或方法不適合直接使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法， 在滿足監(jiān)視精度的情況下，簡(jiǎn)化沖突計(jì)算過(guò)程，計(jì)算機(jī)易實(shí)現(xiàn)，時(shí)間和空間復(fù)雜度都很低。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法，包括W下步驟：
[0008] 對(duì)飛機(jī)建模，W飛機(jī)作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，在飛機(jī)爬升、巡航、下降階段都考慮為勻速飛 行；
[0009] 利用4D軌跡估算模型，預(yù)測(cè)飛機(jī)的飛行計(jì)劃4D軌跡；
[0010] 根據(jù)預(yù)測(cè)的4D軌跡，對(duì)未來(lái)一段時(shí)間的飛行計(jì)劃進(jìn)行沖突計(jì)算，并且允許修改基 于4D軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警參數(shù)；所述沖突計(jì)算過(guò)程為：
[0011] S1、給定任意兩條航線linel和line2,取航線linel上在管制區(qū)域內(nèi)任意航段AB 和line2上在管制區(qū)域內(nèi)的任意航段CD，判斷兩航段AB、CD時(shí)間有無(wú)交叉，若無(wú)交叉，則兩 航段無(wú)沖突，若有交叉，則用航段兩端點(diǎn)的4D信息表示出同一時(shí)刻第一航段間任意航點(diǎn)E 的坐標(biāo)和第二航段間任意航點(diǎn)F的坐標(biāo)；
[001引 S2、取E、F兩航點(diǎn)的高度zl，z2;
[001引 S3、通過(guò)高度限制|zl-z2| <vsp_h(高度限制閥值），計(jì)算出滿足高度限制的時(shí) 間范圍（tll，tl2)，若（tll，t。）無(wú)意義，即til>tl2,則兩航段無(wú)沖突，若（tll，t。）有 意義，即til《tl2,則通過(guò)距離限制IEFI<vsp_d(距離限制閥值），計(jì)算出滿足距離限制 的時(shí)間范圍（tl3,tl4);
[0014] S4、若（tl3，tl4)無(wú)意義，即tl3 >tl4,則兩航段無(wú)沖突，若（tl3，tl4)有意義， 即tl3《tl4,則?。╰ll，tl2)、（tl3,tl4)的交集，記作（tl5,tl6);
[0015] S5、若交集（tl5，tl6)為空，則兩航段無(wú)沖突，若交集（tl5，tl6)為非空，則通過(guò)時(shí) 間端點(diǎn)及航段AB、CD端點(diǎn)的4D信息，計(jì)算出向前看時(shí)間段內(nèi)的對(duì)應(yīng)沖突段的信息；
[0016] 根據(jù)沖突計(jì)算結(jié)果，得到告警信息。
[0017] 此外，利用BADA庫(kù)內(nèi)飛機(jī)的尾流、最大真空速、升限、巡航速度、巡航高度、上升 率、下降率、上升階段水平速度、下降階段水平速度、轉(zhuǎn)彎半徑W及進(jìn)離場(chǎng)程序等信息對(duì)所 述飛行計(jì)劃4D軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0018] 當(dāng)接收到飛行計(jì)劃信息、監(jiān)視數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)一次沖突計(jì)算。
[0019] 當(dāng)所述基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法部署在多臺(tái)服務(wù)器上時(shí)，有主從態(tài) 之分，其中只有一臺(tái)處于主態(tài)，只有在主態(tài)中才能夠進(jìn)行沖突計(jì)算。
[0020] 當(dāng)飛行計(jì)劃信息為飛行計(jì)劃更新時(shí)，所述基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法 啟動(dòng)沖突計(jì)算的過(guò)程為；接收飛行計(jì)劃，判斷其是否為主態(tài)，若為從態(tài)，更新本地飛行計(jì)劃， 若為主態(tài)，判斷飛行計(jì)劃是否刪除；若是刪除，則清除本飛行計(jì)劃與其他飛行計(jì)劃的沖突信 息，并刪除本地飛行計(jì)劃，若不是刪除，則判斷飛行計(jì)劃是否發(fā)生變化；若飛行計(jì)劃發(fā)生變 化，則更新本地飛行計(jì)劃，并且重新計(jì)算本飛行計(jì)劃與其他飛行計(jì)劃的沖突。
[0021] 當(dāng)飛行計(jì)劃信息為航跡更新時(shí)，所述基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法啟動(dòng) 沖突計(jì)算的過(guò)程為；接收雷達(dá)數(shù)據(jù)，進(jìn)而更新本地航跡，判斷其是否為主態(tài)，若是主態(tài)，則判 斷航跡是否與上次計(jì)算的航跡偏離，若是偏離，則重新計(jì)算本飛行計(jì)劃與其他飛行計(jì)劃的 沖突。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是；1、本發(fā)明方法模型簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)易實(shí)現(xiàn)， 時(shí)間和空間復(fù)雜度都很低；2、該方法是利用雷達(dá)航跡信息和氣象信息實(shí)時(shí)修正飛行計(jì)劃， 保證了計(jì)算效果實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性；3、該方法適用范圍廣，不僅適用于軍民航飛行計(jì)劃，而且 還適用于具有計(jì)劃航線的通航飛行計(jì)劃；4、該方法適用周期長(zhǎng)，不僅適用于對(duì)飛行計(jì)劃進(jìn) 行中期沖突識(shí)別，還是適用于長(zhǎng)期沖突識(shí)別。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法沖突計(jì)算過(guò)程示意圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法初始化流程示意圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法飛行計(jì)劃更新處理流程示意 圖。
[0026] 圖4是本發(fā)明基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法航跡更新處理流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028] 本發(fā)明基于4D軌跡估算的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警方法主要針對(duì)我國(guó)空管特色，依據(jù)現(xiàn)實(shí) 管制需求而提出的，是一種符合我國(guó)空中交通管制要求、適合地面導(dǎo)航特點(diǎn)、精確簡(jiǎn)易而又 實(shí)用的監(jiān)視方法。本發(fā)明中，基于4D軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)視告警簡(jiǎn)稱為B4DFPCD。
[0029] 本發(fā)明方法包括W下步驟：
[0030] 對(duì)飛機(jī)建模，W飛機(jī)作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，在飛機(jī)爬升、巡航、下降階段都考慮為勻速飛 行。在對(duì)未來(lái)航段的飛行計(jì)劃進(jìn)行估算預(yù)測(cè)時(shí)，可利用BADA炬aseofAircraftData)庫(kù)內(nèi) 飛機(jī)的尾流、最大真空速、升限、巡航速度、巡航高度、上升率、下降率、上升階段水平速度、 下降階段水平速度、轉(zhuǎn)彎半徑W及進(jìn)離場(chǎng)程序等信息對(duì)所述飛行計(jì)劃4D軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0031] 表1B4DFPCD區(qū)域定義表字段列表
[0032]
[0033] 利用4D軌跡估算模型，預(yù)測(cè)飛機(jī)的飛行計(jì)劃4D軌跡，包括初始化流程，如圖2所 示，B4DFPCD初始化時(shí)需要讀取適應(yīng)性數(shù)據(jù)和VSP參數(shù)（Vari油lesystemparameters),裝 載所有飛行計(jì)劃，如果啟動(dòng)時(shí)是主態(tài)，并且沖突計(jì)算開關(guān)開啟（默認(rèn)是關(guān)閉），還要進(jìn)行一 次所有計(jì)劃的沖突計(jì)算。
[0034] 在初始化時(shí)，B4DFPCD進(jìn)程用到的適應(yīng)性數(shù)據(jù)有B4DFPCD區(qū)域定義表，如表1所示， 和B4DFPCD參數(shù)表，如表2所示。
[00巧]表2B4DFPCD參數(shù)表字段列表
[0036]
[0037] B4DFPCD區(qū)域定義表用于配置空域信息W及每個(gè)空域內(nèi)的沖突限制條件。沖突計(jì) 算時(shí)，航跡在配置空域內(nèi)的航段才參與計(jì)算，如果不配置此表，即使航跡有沖突并且沖突探 測(cè)開關(guān)開啟，沖突計(jì)算的結(jié)果也是空的，得不到預(yù)想的結(jié)果。B4DFPCD參數(shù)表配置默認(rèn)向前 看時(shí)間。沖突計(jì)算時(shí)，每次只計(jì)算當(dāng)前到向前看時(shí)間內(nèi)的航段的沖突結(jié)果。
[0038] 根據(jù)預(yù)測(cè)的4D軌跡，