[发明专利]一种民航飞行航路规划方法

权利要求书

1.一种民航飞行航路规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)加载水平面上的航路点、航路边数据，过滤不满足航行规则的节点与边；

2)根据优化目标，计算每一条航路边各高度层的边权值；

3)选择所有高度层中权值最小值作为该航路边的权值；

4)利用KSP算法生成K条水平最短路径；

5)计算这K条路径上每个航路边的飞行高度及飞机的初始带油量，最后再根据优化目标从K个结果中选择最优的结果作为最终结果；如果优化目标是最短距离，取K＝1；

步骤2)中，所述优化目标为最短距离、最省时间或最小油耗；步骤2)具体实现过程如下：

通过航路数据获取边的高度层信息，逐层计算边的权值：

(1)若优化目标为最短距离，边的对地长度即为其权值；若优化目标为最省时间或最小油耗，则转步骤(2)；

(2)根据航路边的信息，获取风温、风速及航向角；

(3)估计飞机当前重量，飞机重量估计值＝当前边距落地机场的距离*单位距离平均油耗+落地重；

(4)根据飞机估计重量和当前高度、风温，获取性能表中对应马赫数；

(5)然后再根据马赫数与风温，计算真空速；

(6)基于真空速、风速、航向角，合成地速；

(7)若优化目标是最省时间，航路边飞行时间权值＝航路边距离/地速；若优化目标是最小油耗，则转(8)；

(8)根据当前高度层、风温、飞机估计重量，计算单位时间油耗；

(9)计算航路边当前高度层燃油消耗，即航路边油耗权值＝飞行时间*单位时间油耗；

步骤5)中计算这K条路径上每个航路边的飞行高度及飞机的初始带油量，包括垂直方向飞行高度及油耗计算，具体步骤如下：

A1)估计起飞重，将起飞重初始化为已知的标准落地重；

A2)根据起飞重确定TOC，计算起飞、爬升阶段的飞行时间、水平距离、油耗；根据标准落地重确定TOD；

A3)以TOC点的下一个航路点A作为巡航优化的起点，以TOD的上一个航路点E作为巡航优化的终点，以巡航过程相邻的两个航路点组成一个优化阶段，从A点开始依次逐个阶段进行巡航优化，直到E点结束；

A4)根据TOD下降时的飞机重量、高度，计算下降、近进与着陆阶段的飞行时间、水平位移、油耗；

A5)计算航程油，即航程油＝起飞油耗+爬升油耗+巡航油耗+下降油耗+近进与着陆油耗；

A6)计算落地时的飞机重量，即落地重＝起飞重-航程油；比较计算的落地重与标准落地重，如果相差不超过20kg，则迭代停止；否则，以另一个初始起飞重进迭代，转步骤A1)。

2.根据权利要求1所述的民航飞行航路规划方法，其特征在于，步骤A3)的具体实现过程如下：

假设A点的下一个航路点为B，B点的下一个航路点为C，则：

(A31)构造A-B阶段的出边，计算各出边A-Bi的权值；

(A32)计算A-Bi阶段边权值最小路径；

(A33)构造B-C阶段出边，计算各出边Bi-Cj的权值；

(A34)计算A-Cj阶段边权值最小路径；

(A35)依次向前延伸，直到巡航优化的终点E；

Bi中i的不同取值表示水平坐标同为B而位于不同高度层的若干个点；

Cj中j的不同取值表示水平坐标同为C而位于不同高度层的若干个点。

3.根据权利要求2所述的民航飞行航路规划方法，其特征在于，所述Bi通过如下方式设定：

假设到达A点的飞机重量为m_A，根据飞行最大高度与飞机重量的数学关系：

h_max＝f(m_A)

则飞机从A点到B的可飞高度h满足如下关系：

h∈{h|h≤h_max}

结合航路的高度层划分，确定Bi的高度取值。

4.根据权利要求3所述的民航飞行航路规划方法，其特征在于，飞机的初始带油量＝航程油+应急油+备降油+等待油+额外油，应急油＝10％*航程油，等待油根据飞机重量与等待时间计算，额外油为常量，飞机的初始带油量按如下步骤迭代计算：

(B1)令航程油为0，则应急油＝10％*航程油＝0；

(B2)以备降机场落地重＝飞机无油重+额外油+应急油+等待油为准，基于所述垂直方向飞行高度及油耗计算步骤，计算备降航路的飞行高度及备降油，得到目标机场落地重＝备降机场落地重+备降油；

(B3)飞机无油重＝目标机场落地重-应急油-备降油-等待油-额外油，判断无油重与标准无油重相差是否在20kg以内，若是则返回结果，否则转(4)；

(B4)再次通过所述垂直方向飞行高度及油耗计算步骤，以目标机场落地重为准，计算航程油；

(B5)更新应急油＝10％*航程油，返回第(2)步迭代。