[發明專利]基于大數據和AI的4D軌跡預測方法、裝置及電子設備

有效

• 申請號: 202010873580.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111968414B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 歐昕;劉華章;惠文曉;彭國埕;張軍;曾元軍;郝育松;范麗娟
• 申請（專利權）人: 成都民航空管科技發展有限公司;中國民用航空總局第二研究所
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G06Q10/04;G06K9/62;G06F16/25
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司 11514
• 代理人: 向霞

本發明實施例公開了一種基于大數據和AI的4D軌跡預測方法、裝置及電子設備。方法包括：獲取歷史航跡數據，并根據歷史航跡數據構建空域三維網格；在各個所述空域三維網格內，獲取當前航班數據，并根據所述當前航班數據和歷史航跡數據得到當前航班的網格預測軌跡；根據所述網格預測軌跡以及與所述網格預測軌跡中前后網格相同的軌跡的相似度概率，計算各個網格間的飛行時間；根據所述網格預測軌跡和飛行時間完成4D軌跡預測。實施本發明實施例，將空域網格化，無需機型性能數據，基于歷史航跡數據進行4D軌跡預測，提高了預測準確性。

技術領域

本發明涉及空中交通管制技術領域，具體涉及一種基于大數據和AI的4D軌跡預測方法、裝置及電子設備。

背景技術

空中交通管制自動化系統(Air Traffic Control System以下簡稱ATC系統)是供空中交通管制員實時掌握空中飛行態勢、實施空中交通管制的最重要技術工具。基于航跡運行(Trajectory Based Operation，TBO)是下一代ATC系統的核心運行概念之一，它是以航空器的4D軌跡為基礎，在空管部門、航空公司和航空器之間共享航跡動態信息，實現飛行和管制之間的協同決策。

4D軌跡是由包含經度、緯度、高度，時間信息的航跡點連成的航空器航跡軌跡。4D軌跡預測則是通過現有的信息如空域狀態、航空器電報信息、雷達數據、天氣信息以及歷史航跡信息等對航空器進行航跡預測，預測航空器未來一段時間的4D飛行軌跡。在空域流量管理過程中，通過精確的預測航空器的4D軌跡來預測關鍵航路點的過點時間和過點高度，來達到對扇區、航路點、航路段等空域的流量進行預測統計的目的，進而在此基礎上進行航空器的飛行沖突檢測，保障后續系統對空域流量管理操作的有效實施。

傳統技術：

現有ATC系統中的4D軌跡預測方法將航跡預測與飛行計劃緊密結合，并通過歐控實驗中心提供常見飛機的飛行性能數據(Base of Aircraft Data，BADA)獲取航空器的典型飛行速度，在此基礎上對航空器的4D軌跡進行預測。傳統4D軌跡預測技術方案如下：

(1)水平方向上航空器的位置變化嚴格按照航空器航路的飛行路線飛行，并根據航空器的機型，由BADA數據獲取對應機型的典型速度，通過典型速度計算航空器未來經過航路點的過點時間。

(2)垂直方向上航空器的高度變化由爬升、巡航平飛和下降三個階段構成，首先從起飛機場爬升至巡航高度；后在巡航高度平飛，保持高度不變；最后由目的機場逆推航空器下降點，由下降點開始下降至目的機場。其中，航空器的爬升、下降速率同樣根據航空器的機型由BADA數據獲取對應典型上升下降速度，算法建立飛行過程的模型高度剖面如圖1所示。

傳統技術具備以下缺點：

(1)傳統4D軌跡預測技術對于偏離航路飛行的航空器，航跡預測不準確。

(2)傳統4D軌跡預測技術在高度預測方面存在誤差，航空器的爬升和下降階段的4D軌跡預測過于理想化，并且對于航空器巡航階段的高度變化不能夠預測。

(3)傳統4D軌跡預測技術在航空器轉彎過程中的航跡預測存在一定誤差，不能準確地反映航空器轉彎時的飛行線路。

(4)傳統4D軌跡預測技術在預測未來航路點過點時間存在一定的偏差，特別是預測時間較長時，誤差較大。

導致上述缺點的原因是：

(1)傳統4D軌跡預測技術不能考慮航空器偏離航路的飛行情形，嚴格按照飛行計劃預測，而實際航空器飛行時并不一定嚴格按照航路飛行，管制根據空域情況指揮調整航空器飛行路線，也會導致航空器并不嚴格按照計劃航路飛行。