[发明专利]一种基于空域分裂的时空关联航路碰撞解决方法

说明书

本发明公开了一种基于空域分裂的时空关联航路碰撞解决方法，旨在解决大型空管系统中的航路碰撞告警问题，为了减少全空域的超大计算量，采用了区域分裂的算法，把空间分成若干格子，计算相邻格子之间的航路碰撞可能性，然后分别计算基于航线相交的航路碰撞因子、基于最小时间的航路碰撞因子、基于最小距离的航路碰撞因子和基于高度的碰撞因子，最终建立基于时空关联的航路碰撞模型，并且计算航路碰撞指数。本发明有效的解决了全空域大量飞机航路碰撞的复杂计算，又引入了多重碰撞因子，快速有效的解决了空管系统中的航路碰撞问题。

技术领域

本发明涉及空中交通管制领域，更具体的，涉及一种基于空域分裂的时空关联航路碰撞解决方法。

背景技术

近年来，各个国家航空运输业快速发展,导致了空中交通的流量越来越大，飞行冲突的问题日益严重。为确保飞行安全，对碰撞风险进行研究就成为亟待解决的问题。

保证飞机在空中安全飞行、防止飞机碰撞是空中交通管制的主要任务。为了有效利用空域资源，在保证空中交通安全的情况下，最大限度地增加流量，提高经济效益，有必要对空域进行合理规划。碰撞风险研究工作是空域规划过程的重要组成部分。为提供空域规划过程中碰撞风险估计的依据，众多学者对空域的碰撞风险模型进行了研究。对含有交叉点的航路，尤其是在交叉点附近涉及到来自两条航路或多条航路上飞机流的情况，具有较高的碰撞风险。在实际航路结构中，交叉航路结构具有较高的出现频率。因此，国内外学者对交叉航路的碰撞风险模型进行了研究。早在1955年，本迪克斯航空电子公司的MorrelJ.S.博士发表了该领域开拓性论文。文章包含了飞机间接近速率的计算方法，成为后来防撞系统研究的基础。1972年Siddiquee提出关键扇区的概念来计算交叉航路单位时间平均冲突数/相撞数；1975年Dunlay推导出交叉航线时间间隔公式来计算交叉航路单位时间内两机的冲突次数；1981年D.A.Hsu等运用Reich模型分析了交叉航路侧向碰撞风险问题；1988年Rome,H.J.和Kalafus，R基于几何学、流量率、导航系统中的误差分布研究了交叉航路碰撞风险估算的数学模型。在国内1998年赵洪元在假设飞机不发生任何飞行偏差的情况下研究了交叉航线飞机相撞模型；2001年徐肖豪教授带领王欣用Lyle.D.Filkins的概率论方法在不考虑纵向和垂直方向的情况下分析了交叉航路侧向碰撞概率问题。大部分的碰撞模型都以两架飞机的冲突检测为事件，在二维空间，即水平方向上进行模拟研究。而在实际应用中，要求算法必须做到三维空间上的多机冲突检测。多机问题相比于两架飞机在计算量上要复杂的多，同时对计算复杂度也有了更高的要求，对于在飞行过程中因飞机速度差异、航路夹角引起飞机之间距离变化的相关研究还很欠缺。当相互交叉航段上飞机在交叉点周围飞行时，要求飞机到达交叉点时要保持一定的间隔，在必要的时候飞机需要改变高度来满足安全间隔，需要进一步研究在航路交叉点处飞机之间的距离因飞机速度差异和航路夹角变化导致的碰撞风险。本发明针对上述问题，通过引入时间间隔和飞机速度变量，同时考虑高度因素，研究航路交叉点处碰撞风险模型，旨在为空域规划中航路交叉点的设定提供理论支持。

发明内容

发明目的：为了解决空管系统中的航路碰撞问题，本发明提出一种基于空域分裂的时空关联航路碰撞模型，在航路交叉点附近计算到达的时间间隔，来确定航路碰撞的危险性，该模型在两个航路几何相交的前提下，根据距离和速度确定航路相交的时间，同时，利用高度信息，作为判断航路碰撞的重要指标之一。

技术方案：现有的航路碰撞模型中，主要考虑的是在概率统计模型下的航路碰撞模型，计算方式太过复杂，不利于大规模空管系统的航路碰撞告警。本发明主要利用航路的几何关系建立模型，简单实用成熟，适用于大规模系统的运用。本发明提供了一种基于空域分裂的时空关联航路碰撞解决方法，具体包括如下步骤：