[發明專利]一種快速簡捷的雷暴危險天氣下改航方法

有效

• 申請號: 202110201196.0
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113012478B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 錢海生
• 申請（專利權）人: 中國民用航空華東地區空中交通管理局
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種快速簡捷的雷暴危險天氣下改航方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，利用圓形或橢圓形對雷暴受限區的輪廓進行逼近，得到近似圓形的雷暴受限區時，進入步驟2，得到近似橢圓形的雷暴受限區時，進入步驟3；

步驟2圓形雷暴受限區的改航子步驟如下：

步驟2.1圓心坐標確定；

通過選取圓形雷暴受限區邊界上的任意四點，確定各點的經緯度坐標，應用高斯投影正算得到這四點的平面直角坐標，分別記為(u₁,v₁)、(u₂,v₂)、(u₃,v₃)與(u₄,v₄)；四點兩兩結合得到圓的兩條弦，并分別做兩條弦的垂直平分線，兩線相交為一點，該點即為圓心(x₀,y₀)；計算得：

其中，(u₂-u₁)(v₄-v₃)-(u₄-u₃)(v₂-v₁)≠0，v₂-v₁≠0；

步驟2.2雷暴受限區的限制；

依據實際情況，確定航班改航起始點及改航結束點的經緯度坐標，應用高斯投影正算得到改航起始點、改航結束點的平面直角坐標，記為(x₁,y₁)，(x₂,y₂)；設改航點的坐標為(x₃,y₃)，當雷暴受限區近似為圓形時，需滿足圓與改航起始點及改航點確定的直線不相交，滿足圓與改航點及改航結束點確定的直線不相交；

改航起始點及改航點確定的直線方程為：改航點及改航結束點確定的直線方程為：即，需滿足：

或雖但時，

(x₀-x_i)²+(y₀-y_i)²+(x_j-x_i)²+(y_j-y_i)²≤(x₀-x_j)²+(y₀-y_j)²，時，

(x₀-x_j)²+(y₀-y_j)²+(x_j-x_i)²+(y_j-y_i)²≤(x₀-x_i)²+(y₀-y_i)²；

其中，(i,j)的值為(1,3)或(3,2)，

步驟2.3轉彎角度的限制；

轉彎角度需小于等于90度，若記改航起始點至改航結束點、改航起始點至改航點、改航點至改航結束點的距離分別為a、b、c，則需滿足：

b²+c²≤a²

其中，

步驟2.4改航路徑的確定；

求解最短改航路徑，即求解min(b+c)：

綜上可得：圓形雷暴受限區最優改航路徑的目標函數為：

約束條件為：

由此，得到改航點直角坐標(x₃,y₃)的值，通過高斯投影反算，得到改航點的經緯度坐標，繼而確定改航路徑：改航路徑為改航起始點至改航點至改航結束點，改航方法結束；

步驟3橢圓形雷暴受限區的改航子步驟如下：

步驟3.1橢圓方程的確定；

通過選取橢圓雷暴受限區邊界上的任意五點，確定各點的經緯度坐標，應用高斯投影正算得到這五點的平面直角坐標，分別記為(u₅,v₅)、(u₆,v₆)、(u₇,v₇)、(u₈,v₈)、(u₉,v₉)；設橢圓方程為：a'x²+b'y²+c'x+d'y+e'＝0(a'＞0,b'＞0,a'≠b')；式中，a'、b'、c'、d'、e'的值由(u₅,v₅)、(u₆,v₆)、(u₇,v₇)、(u₈,v₈)、(u₉,v₉)坐標值計算得到；

步驟3.2雷暴受限區的限制；

依據實際情況，確定航班改航起始點及改航結束點的經緯度坐標，應用高斯投影正算得到改航起始點、改航結束點的平面直角坐標，記為(x₄,y₄)，(x₅,y₅)；設改航點的坐標為(x₆,y₆)，當雷暴受限區近似為橢圓時，需滿足橢圓與改航起始點及改航點確定的直線不相交，滿足橢圓與改航點及改航結束點確定的直線不相交；

改航起始點及改航點確定的直線方程為：改航點及改航結束點確定的直線方程為：

將直線方程代入橢圓方程，得到x或y的一元二次方程，計算一元二次方程的判別式Δ，若要求橢圓與直線不相交，需滿足Δ≤0；

由此可得，若需滿足橢圓與改航起始點及改航點確定的直線不相交，滿足橢圓與改航點及改航結束點確定的直線不相交，需滿足下列條件：

步驟3.3轉彎角度的限制；

轉彎角度需小于等于90度，若記改航起始點至改航結束點、改航起始點至改航點、改航點至改航結束點的距離分別為a”、b”、c”，則需滿足：

b”²+c”²≤a”²

其中，

步驟3.4改航路徑的確定

為給出最優的改航路徑，可通過求解最短改航路徑，即求解min(b”+c”)實現：

綜上可得：橢圓形雷暴受限區最優改航路徑的目標函數為：

約束條件為：

由此，得到改航點直角坐標(x₃,y₃)的值，通過高斯投影反算，得到改航點的經緯度坐標，繼而確定改航路徑：改航路徑為改航起始點至改航點至改航結束點，改航方法結束。