专利名称：飞机垂直占有率的获取方法
技术领域：
本发明涉及一种空域运行分析和安全评估数据的获取方法，特别是一种飞机垂直占有率的获取方法。
背景技术：
随着航空运输业的快速发展，空中飞行流量不断增长，已有空域容量日趋饱和，这极大制约了航空运输业的持续发展。为此，国际民航业积极研发并运用先进的航空通信、导航、监视技术，逐步缩小飞机之间水平方向和垂直方向的间隔标准，这极大地提高了空域利用率。然而，飞机之间间隔标准的缩小势必导致碰撞风险的增加，影响航空运输安全。国际民航组织要求，在空域缩小间隔标准实施前后需要对空域进行持久的安全监视和评估，确保飞机之间的碰撞风险满足国际民航组织所规定的安全目标水平。因而需要通过科学地量化空域的运行特征参数以反映空域的运行安全。
研究表明，飞机垂直占有率可以作为空域运行分析和安全评估的重要特征参数。垂直占有率表征的是空域中飞机间产生纵向交叠的概率，该参数在一定程度上反映了空中交通的繁忙程度。目前，现有技术获取垂直占有率的方法均需要先计算或统计临近时间，然后通过临近时间计算垂直占有率。对于计算临近时间方法，由于其中部分参数采用经验值，因此垂直占有率的计算结果准确度不高，不能反映实际情况。对于统计临近时间方法，由于统计过程十分复杂、使用繁琐、计算量大，因此该方法不利于工程应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种飞机垂直占有率的获取方法，具有准确度高、使用简便和便于工程实现等优点。
为了实现上述目的，本发明提供了一种飞机垂直占有率的获取方法， 步骤1、对采集的飞行流样本数据进行处理，获得所有航班的数据信息； 步骤2、从每个航班的数据信息中提取航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息； 步骤3、根据所述航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息依次比较两个航班，确定存在碰撞风险的航班对数； 步骤4、根据所述存在碰撞风险的航班对数确定垂直占有率。
所述步骤3包括 步骤131、接收并存储所有航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息；设定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT＝0； 步骤132、判断是否还有未比较的两个航班，是则执行步骤133，否则输出平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT，执行步骤4； 步骤133、依次提取两个航班； 步骤134、判断两个航班中是否有相同的航路点，是则执行步骤135，否则执行步骤132； 步骤135、根据两个航班的航路信息和经过所述相同的航路点处的方向信息判断两个航班是否是平行航路，是则执行步骤136，否则执行步骤132； 步骤136、根据两个航班经过所述相同的航路点处的高度信息计算两个航班经过所述相同的航路点的高度差； 步骤137、判断所述高度差是否小于预先设定的高度窗口，是则执行步骤138，否则执行步骤132； 步骤138、根据两个航班经过所述相同的航路点处的时间信息计算两个航班经过所述相同的航路点的时间差； 步骤139、判断所述时间差是否小于预先设定的时间窗口，是则执行步骤140，否则执行步骤132； 步骤140、根据两个航班经过所述相同的航路点处的进出信息判断两个航班是否是同向，是则执行步骤141，否则执行步骤132； 步骤141、设定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT＝FT+1，执行步骤132。
所述步骤4中的垂直占有率为平行航路同向垂直占有率，为 其中，E2(same)为平行航路同向垂直占有率，FT为平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数，FP为总航班航路点记录数。
所述步骤4中的垂直占有率为平行航路对向垂直占有率，为 其中，E2(opposite)为平行航路对向垂直占有率，FD为平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数，FP为总航班航路点记录数。
所述步骤4中的垂直占有率为交叉航路垂直占有率，为 其中，E2(θ)为夹角为θ的交叉航路垂直占有率，XN为夹角为θ的交叉航路中存在碰撞风险的航班对数，h为夹角为θ的交叉航路上存在碰撞风险的航班对的平均水平相对速度，T为总飞行时间，Sh为窗口水平间隔。
本发明提供了一种飞机垂直占有率的获取方法，包括平行航路同向垂直占有率的获取方法、平行航路对向垂直占有率的获取方法和交叉航路垂直占有率的获取方法，通过从每个航班的数据信息中提取航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，并根据上述信息依次比较两个航班经过同一个航路点的情况以确定存在碰撞风险的航班对数，最终根据存在碰撞风险的航班对数确定垂直占有率。与采用临近时间计算垂直占有率的现有技术方法相比，本发明确定存在碰撞风险的航班对数中既不依赖于个别经验参数值，也没有采用复杂参数的直接统计方法，因此本发明所计算的垂直占有率不仅准确度高，而且使用简便，便于工程实现，有利于实现对空中交通繁忙程度的量化描述，为进一步的空域运行分析和安全评估提供了准确的数据基础，具有广泛的应用前景。
图1为本发明飞机垂直占有率的获取方法的流程图； 图2为本发明飞机垂直占有率的获取方法第一实施例的流程图； 图3为本发明第一实施例中提取每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息的流程图； 图4为本发明第一实施例中确定航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息的流程图； 图5为本发明第一实施例中拆分航路点并确定航班经过航路点处的进出信息和方向信息的流程图； 图6a、图6b为本发明第一实施例中航班经过航路点处的方向信息的示意图； 图7为本发明第一实施例中确定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数的流程图； 图8为本发明飞机垂直占有率的获取方法第二实施例的流程图； 图9为本发明第二实施例中确定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数的流程图； 图10为本发明飞机垂直占有率的获取方法第三实施例的流程图； 图11为本发明第三实施例中确定平行航路中同向、对向飞行存在碰撞风险的航班对数的流程图； 图12为本发明飞机垂直占有率的获取方法第四实施例的流程图； 图13为本发明第四实施例中提取每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息的流程图； 图14为本发明第四实施例中确定航班经过当前航路点处的进出信息、方向信息和速度信息的流程图； 图15为本发明第四实施例中确定航班经过航路点处的速度信息的流程图； 图16为本发明第四实施例中确定交叉航路中存在碰撞风险的航班对数的流程图。
具体实施例方式 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明飞机垂直占有率的获取方法的流程图，包括 步骤1、对采集的飞行流样本数据进行处理，获得所有航班的数据信息； 步骤2、从每个航班的数据信息中提取航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息； 步骤3、根据所述航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息依次比较两个航班，确定存在碰撞风险的航班对数； 步骤4、根据所述存在碰撞风险的航班对数确定垂直占有率。
下面通过具体实施例详细说明本发明的技术方案。
图2为本发明飞机垂直占有率的获取方法第一实施例的流程图，包括 步骤11、对采集的飞行流样本数据进行处理，获得所有航班的数据信息； 步骤12、从每个航班的数据信息中提取航班的航路信息、航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，所述航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息； 步骤13、根据所述航班的航路信息、航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息依次比较两个航班，确定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数； 步骤14、根据所述平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数确定平行航路同向垂直占有率。
本实施例步骤11首先从各区域管理中心采集所有区域的飞行流样本数据。通常，各区域管理中心的雷达自动化系统均记录有各自空域的运行数据，因此采用适当的采集手段即可获得所有区域的飞行流样本数据。之后通过对所有区域的飞行流样本数据进行处理，即可获得所有航班的数据信息。
本实施例步骤12中，通过对每个航班的数据信息进行处理，即可从每个航班的数据信息中提取计算平行航路垂直占有率所需的数据。该数据包括每个航班的航路信息、每个航班在其航线上每个航路点的信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，每个航路点的信息包括航路点的位置信息(经度和纬度)，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息。此外，每个航班的数据信息还包括当前日期、下一天日期、航班呼号、航班机型、起飞机场和落地机场等基本信息。
图3为本发明第一实施例中提取每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息的流程图，在图2所示技术方案中，步骤12包括 步骤120、判断是否还有未处理的航班，是则执行步骤121，否则执行步骤3； 步骤121、提取一个航班的数据信息； 步骤122、根据所述航班的航路信息判断所述航班是否处于RVSM空域高度，是则执行步骤123，否则丢弃所述航班的数据信息，执行步骤120； 步骤123、判断是否还有航班经过的航路点，是则执行步骤124，否则执行步骤120； 步骤124、提取一个航路点作为当前航路点，确定当前航路点的位置信息，获得航班经过当前航路点处的时间信息和高度信息；根据所述位置信息和时间信息确定航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息； 步骤125、累加总航班航路点记录数，执行步骤120。
由于航班不止一个，航班飞行经过的航路点不止一个，因此需要依次处理每个航班及其每个航路点，直到处理完全部的航班和航路点。处理每个航班时，首先根据航班的航路信息判断航班是否处于RVSM空域高度，如果航班在RVSM空域高度以外，则不属于确定垂直占有率的航班，丢弃该航班数据信息，重新提取另一个航班进行处理；如果航班处于RVSM空域高度，则进行后续航路点处理。RVSM(Reduced Vertical Separation Minimum，缩小垂直间隔)空域高度是指8900m到12500m。处理每个航路点时，先确定当前航路点的位置信息，之后根据当前航路点的位置信息从航班的数据信息中获得航班经过当前航路点处的时间信息和高度信息，然后根据已经获得的位置信息和时间信息确定航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息。
图4为本发明第一实施例中确定航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息的流程图，在图3所示技术方案中，步骤124中根据所述位置信息和时间信息确定航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息包括 步骤1241、提取当前航路点的位置信息和航班经过当前航路点处的时间信息； 步骤1242、判断所述当前航路点是否为航班经过的第一个航路点，是则执行步骤1243，否则执行步骤1244； 步骤1243、将航班经过当前航路点处的进出信息设定为“X”，方向信息设为99，其中“X”表示航班飞出的航路点，执行步骤1247； 步骤1244、判断所述当前航路点是否为航班经过的最后一个航路点，是则执行步骤1245，否则执行步骤1246； 步骤1245、将航班经过当前航路点处的进出信息设定为“E”，方向信息设为99，其中“E”表示航班进入的航路点，执行步骤1247； 步骤1246、将所述当前航路点拆分为“航班进入的航路点”和“航班飞出的航路点”，分别确定航班经过两个航路点处的进出信息和方向信息； 步骤1247、执行步骤122。
上述技术方案中，航班经过每个航路点处的进出信息存在两种情况航班进入航路点E和航班飞出航路点X。首先提取所处理的当前航路点的位置信息和航班经过当前航路点处的时间信息，然后根据航班的数据信息判断当前航路点的类型。若当前航路点为航班经过的第一个航路点，说明该当前航路点只有航班飞出，没有航班进入，则将航班经过当前航路点处的进出信息设定为“X”，并将航班经过当前航路点处的方向信息设为99。同理，若当前航路点为航班经过的最后一个航路点，说明该当前航路点只有航班进入，没有航班飞出，则将航班经过当前航路点处的进出信息设定为“E”，并将航班经过当前航路点处的方向信息设为99。若当前航路点不属于上述两种情况时，此时需要拆分当前航路点，将当前航路点拆分为“航班进入的航路点”和“航班飞出的航路点”两个航路点来处理，然后分别确定航班经过两个航路点处的进出信息和方向信息。
图5为本发明第一实施例中拆分航路点并确定航班经过航路点处的进出信息和方向信息的流程图，在图4所示技术方案中，步骤1246包括 步骤12461、将所述当前航路点拆分为“航班进入的航路点”和“航班飞出的航路点”，将航班经过“航班进入的航路点”处的进出信息设定为“E”，将航班经过“航班飞出的航路点”处的进出信息设定为“X”； 步骤12462、提取“航班进入的航路点”的上一个航路点，提取“航班飞出的航路点”的下一个航路点； 步骤12463、根据“航班进入的航路点”和其上一个航路点确定航班经过“航班进入的航路点”处的方向信息，根据“航班飞出的航路点”和其下一个航路点确定航班经过“航班飞出的航路点”处的方向信息。
图5所示技术方案中，为了便于设定航班经过航路点处的进出信息和方向信息，首先将既有航班进入、又有航班飞出的航路点拆分为“航班进入的航路点”和“航班飞出的航路点”，将航班经过“航班进入的航路点”处的进出信息设定为“E”，将航班经过“航班飞出的航路点”处的进出信息设定为“X”，完成航班经过航路点处进出信息的设定。然后，根据“航班进入的航路点”和其上一个航路点确定航班经过“航班进入的航路点”处的方向信息，根据“航班飞出的航路点”和其下一个航路点确定航班经过“航班飞出的航路点”处的方向信息，完成航班经过航路点处方向信息的设定。本发明中，为了进一步简化方向信息，将两个航路点确定的角度归类为具有一定角度范围的方向信息。例如，将全向360°划分成n个方向(n可以为6～10)，第一方向的角度范围为[0，360°/n)，用数字1表示；第二方向的角度范围为[360°/n，2×360°/n)，用数字2表示；......，第n方向的角度范围为[(n-1)×360°/n，360°)，用数字n表示。因此本发明确定的航班经过航路点处的方向信息代表一定的角度范围，由相应方向的数字编码表示。图6a、图6b为本发明第一实施例中航班经过航路点处的方向信息的示意图。如图6a、图6b所示，方向信息由数字1～8表示，每个数字表示一个方向信息，既可以是航班进入航路点，也可以是航班飞出的航路点。相应地，航班经过第一个航路点和最后一个航路点处的方向信息设为99是显示其与其它航路点处方向信息的区别，当然也可以设定成其它可以反映出区别的数值或字符。
图7为本发明第一实施例中确定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数的流程图，在图2所示技术方案中，步骤13包括 步骤131、接收并存储所有航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息；设定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT＝0； 步骤132、判断是否还有未比较的两个航班，是则执行步骤133，否则输出平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT，执行步骤4； 步骤133、依次提取两个航班； 步骤134、判断两个航班中是否还有相同的航路点，是则执行步骤135，否则执行步骤132； 步骤135、根据两个航班的航路信息和经过所述相同的航路点处的方向信息判断两个航班是否是平行航路，是则执行步骤136，否则执行步骤132； 步骤136、根据两个航班经过所述相同的航路点处的高度信息计算两个航班经过所述相同的航路点的高度差； 步骤137、判断所述高度差是否小于预先设定的高度窗口，是则执行步骤138，否则执行步骤132； 步骤138、根据两个航班经过所述相同的航路点处的时间信息计算两个航班经过所述相同的航路点的时间差； 步骤139、判断所述时间差是否小于预先设定的时间窗口，是则执行步骤140，否则执行步骤132； 步骤140、根据两个航班经过所述相同的航路点处的进出信息判断两个航班是否是同向，是则执行步骤141，否则执行步骤133； 步骤141、设定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT＝FT+1，执行步骤132。
在本实施例确定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数过程中，首先依次提取两个航班的数据，之后根据两个航班的航路信息和经过同一个航路点处的方向信息判断两个航班是否是平行航路。如果两个航班不是平行航路，说明两条航班不属于计算平行航路同向垂直占有率的数据，则重新提取两个航班进行比较；如果两个航班是平行航路，则根据两个航班经过同一个航路点处的高度信息计算两个航班经过所述航路点的高度差。如果高度差大于预先设定的高度窗口，说明两条航班不存在碰撞风险，则重新提取两个航班进行比较；如果高度差小于预先设定的高度窗口，说明两条航班可能存在碰撞风险，属于高度层接近且是平行航路的航班对，对平行航路中的总航班对数FP进行累计。之后，根据两个航班经过同一个航路点处的时间信息计算两个航班经过该航路点的时间差，如果时间差大于预先设定的时间窗口，说明两条航班不存在碰撞风险，则重新提取两个航班进行比较；如果时间差小于预先设定的，说明两条航班存在碰撞风险，则根据两个航班经过同一个航路点处的进出信息判断两个航班是否是同向。如果两个航班不是同向，说明两条航班不属于计算平行航路同向垂直占有率的数据，则重新提取两个航班进行比较；如果两个航班是同向，则将平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数加1，即FT＝FT+1，然后重新提取两个航班进行比较。以此类推，直到所有航班均进行了两两比较，最终获得平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT。
上述比较、判断流程中，时间窗口是预先设定的一个时间段，作为判断两条航班是否存在碰撞风险的判据之一。时间窗口的设定反映了航班之间的纵向间隔标准，具体取值与飞机性能、管制规则有关，例如，飞行管制规则规定同航迹、同高度、同速度飞行的飞机之间的纵向间隔为10分钟，同航迹、同高度、不同速度飞行的飞机之间，前行飞机比后行飞机快40公里/小时以上时，飞越同一位置报告点应当有5分钟间隔；前行飞机比后行飞机快80公里/小时以上时，则应有3分钟间隔。本实施例中，时间窗口取为10分钟。高度窗口是预先设定的一个高度层，作为判断两条航班是否存在碰撞风险的判据之一。高度窗口的设定反映了航班之间的垂向间隔标准，具体取值与飞机性能、管制规则有关。本实施例中，高度窗口取300米(1000英尺)。
在获得平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数F后，结合平行航路中的总航班对数，即可计算平行航路同向垂直占有率。其中，平行航路同向垂直占有率E2(same)为 其中，FT为平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数，FP为总航班航路点记录数。
图8为本发明飞机垂直占有率的获取方法第二实施例的流程图，包括 步骤21、对采集的飞行流样本数据进行处理，获得所有航班的数据信息； 步骤22、从每个航班的数据信息中提取航班的航路信息、航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，所述航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息； 步骤23、根据所述航班的航路信息、航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息依次比较两个航班，确定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数； 步骤24、根据所述平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数确定平行航路对向垂直占有率。
本实施例的基本流程与前述第一实施例基本相同，其中，提取每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息的流程如图3所示，确定航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息的流程如图4所示，拆分航路点并确定航班经过航路点处的进出信息和方向信息的流程如图5所示，不再赘述。
图9为本发明第二实施例中确定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数的流程图，在图8所示技术方案中，步骤23包括 步骤231、接收并存储所有航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息；设定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD＝0； 步骤232、判断是否还有未比较的两个航班，是则执行步骤233，否则输出平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD，执行步骤4； 步骤233、依次提取两个航班； 步骤234、判断两个航班中是否有相同的航路点，是则执行步骤235，否则执行步骤232； 步骤235、根据两个航班的航路信息和经过所述相同的航路点处的方向信息判断两个航班是否是平行航路，是则执行步骤236，否则执行步骤232； 步骤236、根据两个航班经过所述相同的航路点处的高度信息计算两个航班经过所述相同的航路点的高度差； 步骤237、判断所述高度差是否小于预先设定的高度窗口，是则执行步骤238，否则执行步骤232； 步骤238、根据两个航班经过所述相同的航路点处的时间信息计算两个航班经过所述相同的航路点的时间差； 步骤239、判断所述时间差是否小于预先设定的时间窗口，是则执行步骤240，否则执行步骤232； 步骤240、根据两个航班经过所述相同的航路点处的进出信息判断两个航班是否是对向，是则执行步骤241，否则执行步骤232； 步骤241、设定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD＝FD+1，执行步骤232。
在获得平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数F后，结合平行航路中的总航班对数，即可计算平行航路对向垂直占有率。其中，平行航路对向垂直占有率E2(opposite)为 其中，FD为平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数，FP为总航班航路点记录数。
图10为本发明飞机垂直占有率的获取方法第三实施例的流程图，包括 步骤31、对采集的飞行流样本数据进行处理，获得所有航班的数据信息； 步骤32、从每个航班的数据信息中提取航班的航路信息、航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，所述航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息； 步骤33、根据所述航班的航路信息、航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息依次比较两个航班，确定平行航路中同向、对向飞行存在碰撞风险的航班对数； 步骤34、根据所述平行航路中同向、对向飞行存在碰撞风险的航班对数确定平行航路同向、对向垂直占有率。
本实施例是前述第一实施例和第二实施例的组合方案，其中，提取每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息的流程如图3所示，确定航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息的流程如图4所示，拆分航路点并确定航班经过航路点处的进出信息和方向信息的流程如图5所示，不再赘述。
图11为本发明第三实施例中确定平行航路中同向、对向飞行存在碰撞风险的航班对数的流程图，在图10所示技术方案中，步骤33包括 步骤331、接收并存储所有航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息；设定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT＝0，设定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD＝0； 步骤332、判断是否还有未比较的两个航班，是则执行步骤333，否则输出平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT和平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD，执行步骤4； 步骤333、依次提取两个航班； 步骤334、判断两个航班中是否有相同的航路点，是则执行步骤335，否则执行步骤332； 步骤335、根据两个航班的航路信息和经过所述相同的航路点处的方向信息判断两个航班是否是平行航路，是则执行步骤336，否则执行步骤332； 步骤336、根据两个航班经过所述相同的航路点处的高度信息计算两个航班经过所述相同的航路点的高度差； 步骤337、判断所述高度差是否小于预先设定的高度窗口，是则执行步骤338，否则执行步骤332； 步骤338、根据两个航班经过所述相同的航路点处的时间信息计算两个航班经过所述相同的航路点的时间差； 步骤339、判断所述时间差是否小于预先设定的时间窗口，是则执行步骤340，否则执行步骤332； 步骤340、根据两个航班经过所述相同的航路点处的进出信息判断两个航班是同向，还是对向，同向时执行步骤341，对向时执行步骤342； 步骤341、设定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT＝FT+1，执行步骤332； 步骤342、设定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD＝FD+1，执行步骤332。
在获得平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT和对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD后，结合平行航路中的总航班对数，即可计算平行航路同向垂直占有率和对向垂直占有率。
图12为本发明飞机垂直占有率的获取方法第四实施例的流程图，包括 步骤41、对采集的飞行流样本数据进行处理，获得所有航班的数据信息； 步骤42、从每个航班的数据信息中提取航班的航路信息、航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，所述航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息、方向信息和速度信息； 步骤43、根据所述航班的航路信息、航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息依次比较两个航班，确定交叉航路中存在碰撞风险的航班对数； 步骤44、根据所述交叉航路中存在碰撞风险的航班对数确定交叉航路垂直占有率。
本实施例步骤41的处理过程与前述第一实施例步骤11的处理过程相同。本实施例步骤42中，通过对每个航班的数据信息进行处理，即可从每个航班的数据信息中提取计算交叉航路垂直占有率所需的数据。该数据包括每个航班在其航线上每个航路点的信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，每个航路点的信息包括航路点的位置信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息、方向信息和速度信息。
图13为本发明第四实施例中提取每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息的流程图，在图12所示技术方案中，步骤42包括 步骤420、判断是否还有未处理的航班，是则执行步骤421，否则执行步骤3； 步骤421、提取一个航班的数据信息； 步骤422、根据所述航班的航路信息判断所述航班是否处于RVSM空域高度，是则执行步骤423，否则丢弃所述航班的数据信息，执行步骤420； 步骤423、判断是否还有航班经过的航路点，是则执行步骤424，否则执行步骤420； 步骤424、提取一个航路点作为当前航路点，确定当前航路点的位置信息，获得航班经过当前航路点处的时间信息和高度信息；根据所述位置信息和时间信息确定航班经过当前航路点处的进出信息、方向信息和速度信息； 步骤425、累加总飞行时间，执行步骤420。
与前述第一实施例步骤12不同的是，本实施例航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息、方向信息和速度信息，并累加总飞行时间。
图14为本发明第四实施例中确定航班经过当前航路点处的进出信息、方向信息和速度信息的流程图，在图13所示技术方案中，步骤424中根据所述位置信息和时间信息确定航班经过当前航路点处的进出信息、方向信息和速度信息包括 步骤4241、提取当前航路点的位置信息和航班经过当前航路点处的时间信息； 步骤4242、判断所述当前航路点是否为航班经过的第一个航路点，是则执行步骤4243，否则执行步骤4244； 步骤4243、将航班经过当前航路点处的进出信息设定为“X”，方向信息设为99，确定航班经过当前航路点处的速度信息，其中“X”表示航班飞出的航路点，执行步骤4248； 步骤4244、判断所述当前航路点是否为航班经过的最后一个航路点，是则执行步骤4245，否则执行步骤4246； 步骤4245、将航班经过当前航路点处的进出信息设定为“E”，方向信息设为99，其中“E”表示航班进入的航路点，执行步骤4248； 步骤4246、将所述当前航路点拆分为“航班进入的航路点”和“航班飞出的航路点”，分别确定航班经过两个航路点处的进出信息和方向信息； 步骤4247、分别确定航班经过两个航路点处的速度信息； 步骤4248、执行步骤422。
与前述第一实施例步骤124不同的是，本实施例不仅确定了航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息，而且同时确定了航班经过当前航路点处的速度信息。在当前航路点属于第一个航路点时，通过提取该第一个航路点的下一个航路点，根据第一个航路点与其下一个航路点的位置信息计算第一个航路点与其下一个航路点之间的距离，根据航班经过第一个航路点处的时间信息与航班经过下一个航路点处的时间信息计算第一个航路点与其下一个航路点之间的时间差，即可根据该时间差和距离计算出航班的飞行速度，并将该飞行速度作为航班经过第一个航路点处的速度信息。在当前航路点属于最后一个航路点时，由于其没有下一个航路点，实际处理中，将最后一个航路点速度设定为其前一个航路点的速度值。
本实施例拆分航路点并确定航班经过航路点处的进出信息和方向信息的流程与前述第一实施例相同。
图15为本发明第四实施例中确定航班经过航路点处的速度信息的流程图，在图14所示技术方案中，步骤4247包括 步骤42471、提取航路点的下一个航路点； 步骤42472、根据航班经过所述航路点处的时间信息和航班经过所述下一个航路点处的时间信息计算所述航路点与其下一个航路点之间的时间差； 步骤42473、根据所述航路点的位置信息与所述下一个航路点的位置信息计算所述航路点与其下一个航路点之间的距离； 步骤42474、根据所述时间差和距离计算航班的飞行速度，将所述航班的飞行速度作为航班经过所述航路点处的速度信息。
实际上，由于航路点是相同的一个，因此“航班飞出的航路点”的速度信息与“航班进入的航路点”的速度信息相同。
图16为本发明第四实施例中确定交叉航路中存在碰撞风险的航班对数的流程图，在图12所示技术方案中，步骤43包括 步骤431、接收并存储所有航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息、方向信息和速度信息；设定交叉航路中存在碰撞风险的航班对数XN＝0；航班对的相对速度V＝0； 步骤432、判断是否还有未比较的两个航班，是则执行步骤433，否则输出交叉航路中存在碰撞风险的航班对数XN和航班对的平均相对速度h，h＝V/XN，执行步骤4； 步骤433、依次提取两个航班； 步骤434、判断两个航班中是否还有相同的航路点，是则执行步骤435，否则执行步骤432； 步骤435、根据两个航班经过所述相同的航路点处的时间信息计算两个航班经过所述相同的航路点的时间差； 步骤436、判断所述时间差是否小于预先设定的时间窗口，是则执行步骤437，否则执行步骤432； 步骤437、根据两个航班经过所述相同的航路点处的高度信息计算两个航班经过所述相同的航路点的高度差； 步骤438、判断所述高度差是否小于预先设定的高度窗口，是则执行步骤439，否则执行步骤432； 步骤439、根据两个航班的航路信息和经过所述相同的航路点处的方向信息判断两个航班是否是夹角为θ的交叉航路，是则执行步骤440，否则执行步骤432； 步骤440、根据两个航班经过所述相同的航路点处的速度信息计算航班对的相对速度V1，令V＝V+V1； 步骤441、设定交叉航路中存在碰撞风险的航班对数XN＝XN+1，执行步骤432。
在本实施例确定交叉航路中存在碰撞风险的航班对数过程中，首先依次提取两个航班的数据，之后根据两个航班经过同一个航路点处的时间信息计算两个航班经过该航路点的时间差，如果时间差大于预先设定的时间窗口，说明两条航班不存在碰撞风险，则重新提取两个航班进行比较；如果时间差小于预先设定的时间窗口，说明两条航班可能存在碰撞风险，则根据两个航班经过同一个航路点处的高度信息计算两个航班经过所述航路点的高度差。如果高度差大于预先设定的高度窗口，说明两条航班不存在碰撞风险，则重新提取两个航班进行比较；如果高度差小于预先设定的高度窗口，说明两条航班存在碰撞风险，则根据两个航班的航路信息和经过同一个航路点处的方向信息判断两个航班是否是夹角为θ的交叉航路。如果两个航班不是夹角为θ的交叉航路，说明两条航班不属于计算交叉航路垂直占有率的数据，则重新提取两个航班进行比较；如果两个航班是夹角为θ的交叉航路，则一方面根据两个航班经过所述相同的航路点处的速度信息计算两个航班的相对速度，另一方面将交叉航路中存在碰撞风险的航班对数加1，然后重新提取两个航班进行比较，直到所有航班均进行了两两比较，最终获得交叉航路中存在碰撞风险的航班对数XN和航班对的平均相对速度h，其中航班对的平均相对速度h＝V/XN，V为所有存在碰撞风险的航班对的平均相对速度之和，XN为存在碰撞风险的航班对数，因此航班对的平均相对速度h表示夹角为θ的交叉航路上存在碰撞风险的航班对的平均水平相对速度。
在获得交叉航路中存在碰撞风险的航班对数XN和航班的平均相对速度h后，结合总飞行时间，即可计算交叉航路垂直占有率。其中，夹角为θ的交叉航路垂直占有率E2(θ)为 其中，XN为夹角为θ的交叉航路中存在碰撞风险的航班对数，h为夹角为θ的交叉航路上存在碰撞风险的航班对的平均水平相对速度，T为总飞行时间，Sh为窗口水平间隔(计算中取经验值)。
本发明上述技术方案提供了一种飞机垂直占有率的获取方法，包括平行航路同向垂直占有率、平行航路对向垂直占有率和交叉航路垂直占有率的获取方法，通过从每个航班的数据信息中提取航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，并根据上述信息依次比较两个航班经过同一个航路点的情况以确定存在碰撞风险的航班对数，最终根据存在碰撞风险的航班对数确定垂直占有率。与采用临近时间计算垂直占有率的现有技术方法相比，本发明确定存在碰撞风险的航班对数中既没有采用经验值，也没有采用统计方法，因此本发明所计算的垂直占有率不仅准确度高，而且使用简便，便于工程实现，有利于实现对空中交通繁忙程度的量化描述，为进一步的空域运行分析和安全评估提供了准确的数据基础，具有广泛的应用前景。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，包括
步骤1、对采集的飞行流样本数据进行处理，获得所有航班的数据信息；
步骤2、从每个航班的数据信息中提取航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息；
步骤3、根据所述航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息依次比较两个航班，确定存在碰撞风险的航班对数；
步骤4、根据所述存在碰撞风险的航班对数确定垂直占有率。
2.根据权利要求1所述的飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，所述步骤2包括
步骤120、判断是否还有未处理的航班，是则执行步骤121，否则执行步骤3；
步骤121、提取一个航班的数据信息；
步骤122、根据所述航班的航路信息判断所述航班是否处于RVSM空域高度，是则执行步骤123，否则丢弃所述航班的数据信息，执行步骤120；
步骤123、判断是否还有航班经过的航路点，是则执行步骤124，否则执行步骤120；
步骤124、提取一个航路点作为当前航路点，确定当前航路点的位置信息，获得航班经过当前航路点处的时间信息和高度信息；根据所述位置信息和时间信息确定航班经过当前航路点处的进出信息和方向信息；
步骤125、累加总航班航路点记录数，执行步骤120。
3.根据权利要求1或2所述的飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，所述步骤3包括
步骤131、接收并存储所有航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息；设定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT＝0；
步骤132、判断是否还有未比较的两个航班，是则执行步骤133，否则输出平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT，执行步骤4；
步骤133、依次提取两个航班；
步骤134、判断两个航班中是否有相同的航路点，是则执行步骤135，否则执行步骤132；
步骤135、根据两个航班的航路信息和经过所述相同的航路点处的方向信息判断两个航班是否是平行航路，是则执行步骤136，否则执行步骤132；
步骤136、根据两个航班经过所述相同的航路点处的高度信息计算两个航班经过所述相同的航路点的高度差；
步骤137、判断所述高度差是否小于预先设定的高度窗口，是则执行步骤138，否则执行步骤132；
步骤138、根据两个航班经过所述相同的航路点处的时间信息计算两个航班经过所述相同的航路点的时间差；
步骤139、判断所述时间差是否小于预先设定的时间窗口，是则执行步骤140，否则执行步骤132；
步骤140、根据两个航班经过所述相同的航路点处的进出信息判断两个航班是否是同向，是则执行步骤141，否则执行步骤132；
步骤141、设定平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数FT＝FT+1，执行步骤132。
4.根据权利要求3所述的飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，所述步骤4中的垂直占有率为平行航路同向垂直占有率，为
其中，EZ(s ame)为平行航路同向垂直占有率，FT为平行航路中同向飞行存在碰撞风险的航班对数，FP为总航班航路点记录数。
5.根据权利要求1或2所述的飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，所述步骤3包括
步骤231、接收并存储所有航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息和方向信息；设定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD＝0；
步骤232、判断是否还有未比较的两个航班，是则执行步骤233，否则输出平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD，执行步骤4；
步骤233、依次提取两个航班；
步骤234、判断两个航班中是否有相同的航路点，是则执行步骤235，否则执行步骤232；
步骤235、根据两个航班的航路信息和经过所述相同的航路点处的方向信息判断两个航班是否是平行航路，是则执行步骤236，否则执行步骤232；
步骤236、根据两个航班经过所述相同的航路点处的高度信息计算两个航班经过所述相同的航路点的高度差；
步骤237、判断所述高度差是否小于预先设定的高度窗口，是则执行步骤238，否则执行步骤232；
步骤238、根据两个航班经过所述相同的航路点处的时间信息计算两个航班经过所述相同的航路点的时间差；
步骤239、判断所述时间差是否小于预先设定的时间窗口，是则执行步骤240，否则执行步骤232；
步骤240、根据两个航班经过所述相同的航路点处的进出信息判断两个航班是否是对向，是则执行步骤241，否则执行步骤232；
步骤241、设定平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数FD＝FD+1，执行步骤232。
6.根据权利要求5所述的飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，所述步骤4中的垂直占有率为平行航路对向垂直占有率，为
其中，EZ(oppo site)为平行航路对向垂直占有率，FD为平行航路中对向飞行存在碰撞风险的航班对数，FP为总航班航路点记录数。
7.根据权利要求1所述的飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，所述步骤2包括
步骤420、判断是否还有未处理的航班，是则执行步骤421，否则执行步骤3；
步骤421、提取一个航班的数据信息；
步骤422、根据所述航班的航路信息判断所述航班是否处于RVSM空域高度，是则执行步骤423，否则丢弃所述航班的数据信息，执行步骤420；
步骤423、判断是否还有航班经过的航路点，是则执行步骤424，否则执行步骤420；
步骤424、提取一个航路点作为当前航路点，确定当前航路点的位置信息，获得航班经过当前航路点处的时间信息和高度信息；根据所述位置信息和时间信息确定航班经过当前航路点处的进出信息、方向信息和速度信息；
步骤425、累加总飞行时间，执行步骤420。
8.根据权利要求7所述的飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，所述步骤3包括
步骤431、接收并存储所有航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息，航班经过每个航路点处的飞行信息包括时间信息、高度信息、进出信息、方向信息和速度信息；设定交叉航路中存在碰撞风险的航班对数XN＝0；航班对的相对速度V＝0；
步骤432、判断是否还有未比较的两个航班，是则执行步骤433，否则输出交叉航路中存在碰撞风险的航班对数XN和航班对的平均相对速度h，h＝V/XN，执行步骤4；
步骤433、依次提取两个航班；
步骤434、判断两个航班中是否有相同的航路点，是则执行步骤435，否则执行步骤432；
步骤435、根据两个航班经过所述相同的航路点处的时间信息计算两个航班经过所述相同的航路点的时间差；
步骤436、判断所述时间差是否小于预先设定的时间窗口，是则执行步骤437，否则执行步骤432；
步骤437、根据两个航班经过所述相同的航路点处的高度信息计算两个航班经过所述相同的航路点的高度差；
步骤438、判断所述高度差是否小于预先设定的高度窗口，是则执行步骤439，否则执行步骤432；
步骤439、根据两个航班的航路信息和经过所述相同的航路点处的方向信息判断两个航班是否是夹角为θ的交叉航路，是则执行步骤440，否则执行步骤432；
步骤440、根据两个航班经过所述相同的航路点处的速度信息计算航班对的相对速度V1，令V＝V+V1；
步骤441、设定交叉航路中存在碰撞风险的航班对数XN＝XN+1，执行步骤432。
9.根据权利要求8所述的飞机垂直占有率的获取方法，其特征在于，所述步骤4中的垂直占有率为交叉航路垂直占有率，为
其中，EZ(θ)为夹角为θ的交叉航路垂直占有率，XN为夹角为θ的交叉航路中存在碰撞风险的航班对数，h为夹角为θ的交叉航路上存在碰撞风险的航班对的平均水平相对速度，T为总飞行时间，Sh为窗口水平间隔。
全文摘要
本发明涉及一种飞机垂直占有率的获取方法，包括对采集的飞行流样本数据进行处理，获得所有航班的数据信息；从每个航班的数据信息中提取航班在其航线上每个航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息；根据航路点的位置信息和航班经过每个航路点处的飞行信息依次比较两个航班，确定存在碰撞风险的航班对数；根据存在碰撞风险的航班对数确定垂直占有率。本发明确定存在碰撞风险的航班对数中既不依赖于个别经验参数值，也没有采用复杂参数的直接统计方法，计算的垂直占有率不仅准确度高，而且使用简便，便于工程实现，有利于实现对空中交通繁忙程度的量化描述，为空域运行分析和安全评估提供了准确的数据基础，具有广泛的应用前景。
文档编号G08G5/00GK101465066SQ20091007668
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月15日 优先权日2009年1月15日
发明者张学军, 军 张, 蔡开泉, 昆 孙 申请人:北京航空航天大学