[發明專利]一種基于四維航跡運行的航班計劃安全性判斷預警方法

有效

• 申請號: 201810828534.1
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN108877298B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 程紹武;張亞平;郝斯琪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G08G5/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.一種基于四維航跡運行的航班計劃安全性判斷預警方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟一：在飛行前M個小時，提取航班A的航班計劃F_A中的航空器型號、航路點、途經各航路點的計劃時間、空域允許的航空器最大飛行速度限制信息；將每兩個航路點形成的航路段編號為航路段r，r＝1，2，3，……，k；

步驟二：提取航班計劃F_A涉及的空域配置信息，確定空域是否包含特殊空域；根據特殊空域的邊界、位置和開放時間，生成時空特殊空域集L；

提取航班計劃F_A涉及的空域氣象信息，確定是否存在影響航空器開展飛行活動的惡劣天氣區域；根據惡劣天氣類型、預計的波及范圍、發生時段、移動軌跡，生成時空惡劣天氣影響區域集W；

步驟三：生成執行航班A的航空器在航路段r上的時空可達域R_Ar，r＝1，2，3，……，k，所有航路段上的時空可達域R_Ar的集合定義為該航空器執行航班計劃F_A時的時空可達域，記作R_A；過程為：

根據航班計劃中航空器型號確定航空器巡航階段最大飛行速度V_m；

根據經過的第一個航路點s的坐標(x_s,y_s)和到達航路點s的時間t_s計算出在某時刻t航空器從第一個航路點s出發能夠到達的所有點對應的離散化單元的集合R_s(t)：

根據經過的第二個航路點e的坐標(x_e,y_e)計算出在某時刻t航空器能夠于計劃的時間t_e到達第二個航路點e的所有點對應的離散化單元的集合R_e(t)：

其中，(x,y)為離散化單元的坐標；根據R_s(t)與R_e(t)計算航空器在某時刻t的可達域R_es(t)：

R_es(t)＝{R_s(t)∩R_e(t)}. (3)

可達域R_es(t)表示航空器在起點為航路點s，終點為航路點e對應的航路段r上的時空可達域；當可達域R_es(t)針對于航班A的航空器在航路段r上時記為時空可達域R_Ar；

步驟四：為有飛行任務的每個航空器A、B、…、N確定時空可達域R_A、R_B、…、R_N；

步驟五：判斷航空器的時空可達域與各自對應的時空特殊空域集L、時空惡劣天氣影響區域集W、其他航空器的時空可達域是否存在交集；

若交集為空集，無需進一步對該航班計劃進行調整；

若存在交集，交集定義為潛在時空沖突區STPCS，識別潛在時空沖突區，確定出潛在沖突的位置和發生沖突的時間；計算出沖突概率；并根據沖突概率進行預警；

所述計算出沖突概率的過程為：

用布朗橋方法建立航空器的運動模型，得到某時刻t航空器的預期位置滿足如下分布：

其中，

用截斷分布描述航空器的位置分布：

其中，T(x(t))表示x方向的位置分布概率，T(y(t)|x(t))表示在x(t)的條件下y方向的位置分布概率，φ(·)表示正態分布的累積密度函數；

U_X(t)和L_X(t)代表時空可達域在t時刻位于x方向的上下界，U_Y(t)和L_Y(t)代表時空可達域在t時刻位于y方向的上下界；

可以得到航空器在t時刻位于(x,y)對應位置的概率：

航空器A與時空特殊空域集L、時空惡劣天氣影響范圍區域集W的沖突概率PCP_A通過計算為航空器的概率分布在潛在時空沖突區內的積分獲得：

其中，Prob_A(·)為航空器A對應的Prob(·)；STPCS_AL表示航空器A與時空特殊空域集L形成的潛在時空沖突區，STPCS_AW表示航空器A與時空惡劣天氣影響區域集W形成的潛在時空沖突區；

航空器A和航空器B對應航空器對之間的沖突概率ACP_AB通過計算為兩航空器同時進入潛在時空沖突區內間距小于安全間隔D的概率獲得：

其中，STPCS_AB表示航空器A的時空可達域與航空器B的時空可達域形成的潛在時空沖突區；i和j分別代表離散化后潛在時空沖突區內的任意兩個離散化單元；x_i,y_i,t_i代表離散化單元i的在x軸、y軸和z軸上的坐標。