[发明专利]基于风场分布的空中交通航路设计方法

说明书

本发明提供一种基于风场分布的空中交通航路设计方法，该方法包括：根据风场属性数据建立各航路段的风场时空特性模型，根据各航路段的风场时空特性模型，建立飞行器空气动力学模型，根据飞行器空气动力学模型，计算得到起点至终点之间各航路段的油耗模型，根据各航路段的油耗模型计算得到各航路段的油耗评价函数，据各航路段的油耗评价函数，计算得到各航路段的油耗代价，基于各航路段的油耗代价，确定从起点至终点的油耗代价最小的航路路线，由于考虑了风场分布因素的影响，得到的起点至终点的油耗代价最小的航路路线即为油耗运输成本最低的航路。

技术领域

本发明涉及空中交通航路的设计技术，尤其涉及一种基于风场分布的空中交通航路设计方法。

背景技术

在空中交通管理(Air Traffic Management，简称ATM)系统中，空中交通航路扮演着非常重要的角色，而航路选择的优劣将直接影响空域中各飞行器的油耗运输成本。

目前，最优空中交通航路选择的依据是起点至终点之间所有航路段的空间距离之和最短的航路，但是由于受风场分布因素的影响，该空间距离最短的航路并不是油耗运输成本最低的航路。

发明内容

本发明提供一种基于风场分布的空中交通航路设计方法，使得在考虑风场分布因素的影响下，通过该方法选择的航路为油耗运输成本最低的航路。

本发明提供一种基于风场分布的空中交通航路设计方法，包括：

获取并统计风场属性数据，根据所述风场属性数据，建立起点至终点之间各航路段的风场时空特性模型；

根据所述各航路段的风场时空特性模型，建立飞行器空气动力学模型；

根据所述飞行器空气动力学模型，计算得到所述起点至终点之间各航路段的油耗模型；

根据所述各航路段上飞行器的数量，以及所述各航路段的油耗模型，计算得到各航路段的油耗评价函数；

根据所述各航路段的油耗评价函数，计算得到各航路段的油耗代价；

基于所述各航路段的油耗代价，确定从起点至终点的油耗代价最小的航路路线。

可选的，所述获取并统计风场属性数据，根据所述风场属性数据，建立起点至终点之间各航路段的风场时空特性模型之前，还包括：

获取航路的起点、终点，对所述起点、终点之间的航路点进行分级处理，得到各级航路点；

对所述各级航路点进行离散化处理，确定每个分级内的至少一个航路点；

所述各航路段为每个相邻分级间任意两个航路点之间的路线。

可选的，所述获取并统计风场属性数据，根据所述风场属性数据，建立起点至终点之间各航路段的风场时空特性模型，包括：

所述风场属性数据包括：南北风场观测数据；

对所述南北风场观测数据进行数值模拟，得到起点至终点之间各航路段的风场分布参数；

根据所述风场分布参数，建立所述风场时空特性模型。

可选的，所述根据所述各航路段的风场时空特性模型，建立飞行器空气动力学模型，包括：

基于所述各航路段的风场时空特性模型中的风场分布参数，以及飞行器的质量、飞行器在飞行过程的推力和阻力系数、垂向负载因子以及倾斜角，建立所述飞行器空气动力学模型，其中所述飞行器空气动力学模型包括：飞行器在飞行过程中的速度、航向角、飞行路径角、水平位置、高度。

可选的，所述根据所述飞行器空气动力学模型，计算得到所述起点至终点之间各航路段的油耗模型，包括：