[发明专利]一种近距平行跑道碰撞风险及安全间隔计算系统和方法

权利要求书

1.一种近距平行跑道碰撞风险及安全间隔计算系统，其特征在于，该系统设为软件界面、基础资料、功能计算、数据库四大部分，在系统程序运行操作基础上通过建立近距平行跑道碰撞风险模型，分别计算出两机之间在侧向，纵向和垂直方向上的碰撞风险概率及安全间隔，进而计算在不同运行模式下两机的碰撞风险概率，系统程序运行操作有如下步骤：

一、通过系统登录模块实现用户登录，并存储用户登录数据；

二、加载ADSB飞行数据后，查询机场资料、飞行数据，存储ADSB飞行数据，并在航班列表区选择显示的航班和时间；加载过程中，在图形显示区动态显示ADSB飞行数据的加载情况，以及显示地图、机场跑道、航班飞行航迹基础数据；数据加载完毕后，所有航迹显示在图形显示区；

三、对加载ADSB飞行数据是否按时间顺序进行判断，若按时间顺序加载ADSB飞行数据则进入下一步，否则程序返回重新加载ADSB飞行数据；

四、对航迹初步分析后，对航迹进行分类：a.该航迹与哪一条跑道关联；b.该航迹是飞机离场还是飞机进场，或是飞越机场和游弋于机场；

四、航迹分类后，分别在图形显示区显示；

五、地图距离测量，测出的距离为两点间的地表面距离，并存储；

六、在计算面板区域，根据航班飞行航迹基础数据进行风险计算；

(1)、加载方差参数：不同运行模式下的方差计算参数分别存储在不同的文件中，找到相应的计算文件，加载方差参数；

(2)、碰撞风险和安全间隔的计算：选择好计算模式后，根据需要调整匹配参数区的参数，或加载以前保存的参数，或全部使用初始值，参数调整好以后开始进行碰撞风险和安全间隔的计算；

(3)、计算完成后，存储或查看计算结果及计算过程；若不存储或查看计算结果及计算过程，则系统程序运行操作结束。

2.一种采用如权利要求1所述的近距平行跑道碰撞风险及安全间隔计算系统进行计算的方法，其特征在于，所述计算方法有如下步骤：

设近距平行跑道碰撞风险模型为：

P＝P_X×P_Y×P_Z(1)

其中，P为两架飞机之间的碰撞风险，P_X,P_Y,P_Z分别为两架飞机之间的纵向、侧向和垂直方向上的碰撞风险,所求碰撞风险为概率值：

$P_i=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}\left({\mathrm{\σ}}_{1i}^2+{\mathrm{\σ}}_{2i}^2\right)}}{\∫}_{-{\mathrm{\λ}}_i}^{{\mathrm{\λ}}_i}\exp \left(-\frac{{\left(x-\left(L_i\left(t\right)+{\mathrm{\μ}}_{1i}-{\mathrm{\μ}}_{2i}\right)\right)}^2}{2\left({\mathrm{\σ}}_{1i}^2+{\mathrm{\σ}}_{2i}^2\right)}\right)dx---\left(2\right)$

其中，i＝X,Y,Z,即分别代表纵向，侧向和垂直方向；λ_i分别代表飞机的长、宽、高，单位：m；μ_1i和μ_2i分别代表飞机1和飞机2在i方向上的位置误差的平均距离，单位：m；和分别代表飞机1和飞机2在i方向上的偏离实际位置的平均距离的方差；L_i(t)代表两机在t时刻i方向上的理论位置间隔，单位：m；

在隔离运行模式下，两机的纵向，侧向和垂直理论位置间隔分别为：

其中对应的时间区间为：

参数定义

V_li：起飞飞机在地面开始加速时的初始速度，单位：km/h；

V_lg：起飞飞机完成起飞过程时的速度，单位：km/h；

V_ti：降落飞机在最后进近定位点外匀速进近的速度，单位：km/h；

V_tf：降落飞机跑道入口速度，单位：km/h；

a_l：起飞飞机在地面加速时的加速度，单位：m/s²；

a_t：降落飞机减速时所采取的加速度，单位：m/s²；

起飞飞机在离地后航线与跑道中心延长线之间的夹角；

θ：降落飞机在最后进近定位点外时航线与跑道中心延长线之间的夹角；

S₀：代表在起飞飞机开始减速时，起飞飞机与降落飞机之间的纵向距离，单位：m；

L₀：代表降落飞机所对应的最后进近定位点距离跑道入口的距离，单位：m；

D₀：代表两机的初始距离，单位：m；

H：代表两条跑道中心线距离，单位：m；

在配对进近模式下，两机的侧向，纵向和垂直理论位置间隔分别为：

$L_z\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{D}_{FAFz}-D_z+V_{li}t{\mathrm{tan\θ}}_{l1}-\left(V_{ti}t+\frac{1}{2}{a}_t{t}^2\right){\mathrm{tan\θ}}_{t2}& t\∈T_1\\ D_{FAFz}-D_z+V_{li}t{\mathrm{tan\θ}}_{l1}-\left(\frac{V_{tf}^2-V_{ti}^2}{2a_t}+V_{tf}\left(t-\frac{V_{tf}-V_{ti}}{a_t}\right)\right){\mathrm{tan\θ}}_{t2}& t\∈T_2\\ D_{FAFz}+\left(V_{li}\left(t-\frac{\mathrm{\Δ}L-D_0}{V_{li}}\right)+\frac{1}{2}{a}_l{\left(t-\frac{\mathrm{\Δ}L-D_0}{V_{li}}\right)}^2\right){\mathrm{tan\θ}}_{l2}-\left(\frac{V_{tf}^2-V_{ti}^2}{2a_t}+V_{tf}\left(t-\frac{V_{tf}-V_{ti}}{a_t}\right)\right){\mathrm{tan\θ}}_{t2}& t\∈T_3\\ D_{FAFz}+\frac{V_{lf}^2-V_{li}^2}{2a_l}+V_{lf}\left(t-\frac{\mathrm{\Δ}L-D_0}{V_{li}}-\frac{V_{lf}-V_{li}}{a_l}\right){\mathrm{tan\θ}}_{l2}-\left(\frac{V_{tf}^2-V_{ti}^2}{2a_t}+V_{tf}\left(t-\frac{V_{tf}-V_{ti}}{a_t}\right)\right){\mathrm{tan\θ}}_{t2}& t\∈T_4\\ D_{FAFz}+\left(\frac{V_{lf}^2-V_{li}^2}{2a_l}+V_{lf}\left(t-t^{,}-t^{,,}\right)\right){\mathrm{tan\θ}}_{l2}-\left(\frac{V_{tf}^2-V_{ti}^2}{2a_t}+V_{tf}\left(t-\frac{V_{tf}-V_{ti}}{a_t}\right)\right){\mathrm{tan\θ}}_{t2}& t\∈T_5\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，T₄＝[t’,t’+t^··]，

参数定义

V_li：配对进近前机在其最后进近定位点外初始水平速度，单位：km/h；

V_tf：配对进近前机跑道入口水平速度，单位：km/h；

V_ti：配对进近后机在其最后进近定位点外初始速度，单位：km/h；

V_tf：配对进近后机跑道入口速度，单位：km/h；

a_l：配对进近前机减速时所采取的加速度，单位：m/s²；

a_t：配对进近后机减速时所采取的加速度，单位：m/s²；

tanθ_l1代表前机在最后进近定位点外的下降梯度；

tanθ_l2代表前机在最后进近定位点内的下降梯度；

tanθ_t1代表后机在最后进近定位点外的下降梯度；

tanθ_t2代表后机在最后进近定位点内的下降梯度；

D_FAF1代表配对进近前机所对应的最后进近定位点距离跑道入口的距离，单位：m；

D_FAF2代表配对进近后机所对应的最后进近定位点距离跑道入口的距离，单位：m；

D₀代表两机的初始距离，单位：m；

H代表近距平行跑道间距，单位：m；

D_FAFz代表两机所对应的最后进近定位点之间的垂直距离，单位：m；

D_z代表两机之间的初始垂直距离，单位：m；

H₀代表两机之间的初始侧向距离，单位：m；

L代表前机进近的跑道最后进近定位点与跑道入口之间的距离，单位：m；

ΔL代表两机最后进近定位点之间的纵向距离，单位：m；

分别将(3),(4),(5)式分别带入(2)式，即得到隔离运行模式下，两机在侧向，纵向和垂直方向上的碰撞风险概率，然后将三个方向的碰撞风险概率带入(1)式，即算得隔离运行模式下两机的碰撞风险概率；分别将(6),(7),(8)式分别带入(2)式，即得到配对进近模式下，两机在侧向，纵向和垂直方向上的碰撞风险概率，然后将三个方向的碰撞风险概率带入(1)式，即算得配对进近模式下两机的碰撞风险概率。