[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310166063.3
• 申請(qǐng)日: 2023-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN116524761A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王卓佳;李金恒;涂林艷;董浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心;中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G08G5/00
• 分類號(hào): G08G5/00;G06F30/20;G06F17/18
• 代理公司: 泰和泰律師事務(wù)所 51219
• 代理人: 范相玉

本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字孿生的航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視方法及系統(tǒng)，所述方法包括如下步驟：通過數(shù)字孿生模型，進(jìn)行航跡動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；通過自適應(yīng)時(shí)間序列模型結(jié)合計(jì)劃航跡對(duì)航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)航跡預(yù)測(cè)并通過遺忘因子修正預(yù)測(cè)的精度；通過統(tǒng)計(jì)學(xué)建立偏航判斷條件，結(jié)合預(yù)測(cè)航跡，輸出航跡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果。本發(fā)明可以修正補(bǔ)償航跡，降低飛機(jī)的偏航率，并利用地面端空管系統(tǒng)計(jì)算，節(jié)約了飛機(jī)管理系統(tǒng)上的計(jì)算資源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航電綜合監(jiān)視系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)字孿生的航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視不僅能夠監(jiān)測(cè)飛機(jī)是否按照計(jì)劃航線飛行，偏離航線時(shí)及時(shí)告警，還能在客觀條件發(fā)生變化時(shí)，輔助飛行管理系統(tǒng)決策，選擇更優(yōu)的航線。2022年中國民用航空局發(fā)布的《智慧民航建設(shè)路線圖》中提出要提升航空器飛行精細(xì)管理，要完成飛行態(tài)勢(shì)推演、信息共享的關(guān)鍵技術(shù)突破，升級(jí)偏航等預(yù)警告警功能，推進(jìn)飛行過程的精準(zhǔn)控制，搭建航班運(yùn)行數(shù)字孿生環(huán)境等。航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視是實(shí)現(xiàn)以上關(guān)鍵技術(shù)的前提保障，是確保飛機(jī)飛行安全、高效運(yùn)行的重要手段之一。

傳統(tǒng)的航跡監(jiān)視自動(dòng)化系統(tǒng)主要功能集中在監(jiān)視飛機(jī)是否按照指令飛行，并提供一定的偏航告警，以及后期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析偏航分布特點(diǎn)等，由于精度和實(shí)時(shí)處理能力的欠缺，現(xiàn)有系統(tǒng)難以滿足智慧民航的新需求，如何建立更有效的航跡監(jiān)視方法和系統(tǒng)近年來也受到行業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的關(guān)注。

文獻(xiàn)《空地協(xié)同的空域監(jiān)視新技術(shù)》利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來監(jiān)視航跡，請(qǐng)民航專家對(duì)某一條航線上的大量歷史航跡數(shù)據(jù)分類，篩選出最優(yōu)軌跡集合，讓計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)最優(yōu)軌跡數(shù)據(jù)，之后對(duì)新的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，監(jiān)視其航跡是否滿足要求。這種方法無法對(duì)新的航線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且針對(duì)不同機(jī)型需要反復(fù)試驗(yàn)將參數(shù)調(diào)整為最優(yōu)狀態(tài)，工作量龐大。

文獻(xiàn)《Time-of-Arrival?Taxi?Conformance?Monitoring?for?SurfaceOperations》利用航空動(dòng)力學(xué)的方法來預(yù)測(cè)短期的航跡，再通過蒙特卡洛仿真得到多條可能的航跡，通過判斷偏離的航跡比例，得到可能偏航的概率。但是此方法不僅參數(shù)太多，計(jì)算復(fù)雜度大，而且沒有考慮氣象數(shù)據(jù)等外界環(huán)境影響，所以單純的航跡預(yù)測(cè)算法在實(shí)際應(yīng)用中將受到很多制約。

文獻(xiàn)《Analyzing?Conformance?Monitoring?in?Air?Traffic?Control?UsingFault?Detection?ApproachesOperational?Data》是利用故障檢測(cè)的方法進(jìn)行航跡監(jiān)視，將飛機(jī)運(yùn)行的航跡信息與模型系統(tǒng)的先驗(yàn)信息相比較，得到系統(tǒng)殘差，再對(duì)殘差進(jìn)行分析以檢測(cè)故障。此方法計(jì)算速度快，能夠得到較為準(zhǔn)確的判斷，但是并沒有提供預(yù)測(cè)手段，尚不能為綜合監(jiān)視系統(tǒng)提供完整的輔助參考。

綜上所述，現(xiàn)有的航跡監(jiān)視研究主要存在兩個(gè)問題：一是沒有提前預(yù)測(cè)航跡的偏離，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視修正航跡的目的，二是將問題轉(zhuǎn)化為單純的航跡預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)模型不完善，計(jì)算復(fù)雜度大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于數(shù)字孿生的航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視方法及系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于數(shù)字孿生的航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視方法，所述方法包括如下步驟：

S1：通過數(shù)字孿生模型，進(jìn)行航跡動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；

S2：通過自適應(yīng)時(shí)間序列模型結(jié)合計(jì)劃航跡對(duì)航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)航跡預(yù)測(cè)并通過遺忘因子修正預(yù)測(cè)的精度；

S3：通過統(tǒng)計(jì)學(xué)建立偏航判斷條件，結(jié)合預(yù)測(cè)航跡，輸出航跡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果。

優(yōu)選地，所述S1中數(shù)字孿生模型是在虛擬空間建立的高仿真的數(shù)字化航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視模型，通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)航跡實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)時(shí)采集飛機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)，并有效整合，形成數(shù)據(jù)協(xié)同。