基于petri网的管制自动移交系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空管制技术领域，特别涉及一种基于petri网的管制自动移交系统 及方法。
【背景技术】
[0002] 航空器从起飞到降落需要经历多个管制过程，从放行、滑行、起飞、爬升、进入航 线、进港、下降、着陆、滑行、停机等所有的阶段都需要对航空器进行管制，对应的管制员席 位有放行管制席位、离港地面管制席位、离港塔台管制席、离港进近管制席、其他进近管制 席、进港进近管制席、进港塔台管制员席位、进港地面管制员席位等，其中管制移交分为分 区内管制移交和分区间管制移交，放行管制席位、离港地面管制席位、离港塔台管制席、离 港进近管制席之间的管制移交属于分区内管制移交；进近管制席之间的管制移交属于分区 间的管制移交。在航空器运行过程中，各席位管制员根据飞行计划、管制范围和权限对航空 器进行管制和管制移交。
[0003] 随着我国航空事业的蓬勃发展，空中交通流量的迅速增加，为了更安全，高效的指 挥好空中交通，在保证飞行安全的前提下，缩小飞行间隔，加大飞行流量，从根本上解决流 量密集空域的交通拥挤问题是当前迫切需要解决的问题。其中管制员移交效率已经成为影 响航班运行进程、飞行流量控制的关键因素。
[0004] 目前分区内管制移交主要通过纸质进程单手工传递、电子进程单发送传递、电 话语音交互传递等形式，分区之间管制移交主要通过AIDC(IdentificationandData Collection，自动识别与数据采集）电报传递形式，这些人工传递方式或半自动化方式，容 易出现错误、遗忘、遗漏等问题，而且传递效率非常低下，已经成为加大飞行流量、提高空域 利用率的瓶颈，不能满足现今大飞行流量的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，解决现有管制移交过程 中存在效率低下，过于依赖人工操作，容易出现"错、忘、漏"等局限性，提供一种基于petri 网的管制自动移交方法。本发明根据航空器当前态势和飞行计划，以及划分的管制功能区 域，当航空器在上一管制区域运行即将结束，同时即将到达下一管制区域时，根据管制移交 规则和下一管制区域态势，自动判断是否进行管制移交，并发送相关指令到下一管制区域， 实现管制移交的自动化。这一发明将有效降低管制员操作负荷、提高管制移交效率，加大空 域飞行流量。
[0006] 一种基于petri网的航空管制自动移交系统，其包括如下模块：
[0007] 位置信息获取模块，用于探测航空器位置信息，并实时新航空器所处位置信息； [0008] 管制功能区域划分模块，用于将航空器运行全过程分成多个管制功能区域，并判 断航空器当前所处的管制功能区域；
[0009] 航空器运行模型建立模块，用于通过petri网对航空器在管制功能区域运行过程 进行建模，建立航空器运行模型；
[0010] 航空器运行受控模型建立模块，用于根据航空管制部门提供的管制移交规则，利 用petri网控制理论，将管制移交规则的形式转为petri网控制形式融入航空器运行模型， 从而建立航空器运行受控模型；
[0011] 管制移交控制指令决策模块，用于将航空器位置信息、飞行计划融合到航空器运 行受控模型，依据管制移交指令决策算法，判断管制是否移交，进而确定移交指令，发送管 制信息。
[0012] 一种基于petri网的航空管制自动移交方法，其包括如下步骤：
[0013] S1、探测航空器位置信息，并实时新航空器所处位置信息；
[0014]S2、将航空器运行全过程分成多个管制功能区域，并判断航空器当前所处的管制 功能区域；
[0015] S3、通过petri网对航空器在管制功能区域运行过程进行建模，建立航空器运行 丰旲型；
[0016] S4、根据航空管制部门提供的管制移交规则，利用petri网控制理论，将管制移交 规则的形式转为petri网控制形式融入航空器运行模型，从而建立航空器运行受控模型；
[0017]S5、将航空器位置信息、飞行计划融合到航空器运行受控模型，依据管制移交指令 决策算法，判断管制是否移交，进而确定移交指令，发送管制信息。
[0018] 本发明提供的基于petri网的航空管制自动移交系统及方法：本发明充分考虑了 航空器运行过程特点，综合考虑航空器在不同管制功能区域实际情况，克服了人工传递方 式或半自动化方式，容易出现错误、遗忘、遗漏等缺陷，并具有如下优点：1、将航空管制移交 方式由原有人工操作方式转变为自动移交方式，减少管制员工作量，降低管制员负荷。2、自 动移交利用基于petri运行模型的管制规则智能算法，比人工操作花费时间缩短，提高运 行效率，加大空域飞行流量。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施的基于petri网的航空管制自动移交系统结构框图；
[0020] 图2为管制功能区域划分示意图；
[0021] 图3为航空器运行模型；
[0022] 图4是图1中管制移交控制指令决策模块的结构框图；
[0023] 图5是管制移交指令决策过程图；
[0024] 图6是本发明实施的基于petri网的航空管制自动移交方法流程图；
[0025] 图7是图6中步骤S5的子流程图。
【具体实施方式】
[0026] 如图1所示，一种基于petri网的航空管制自动移交系统，其包括如下模块：
[0027] 位置信息获取模块10,用于探测航空器位置信息，并实时新航空器所处位置信息。 探测的方式包括但不限于通过雷达、ADS-B等方式。
[0028] 管制功能区域划分模块20,用于将航空器运行全过程分成多个管制功能区域，并 判断航空器当前所处的管制功能区域。
[0029] 可选地，在本发明实施例所述的基于petri网的航空管制自动移交系统中，所述 管制功能区域划分模块20中将航空器运行全过程分成多个管制功能区域包括：获取航空 器的飞行计划信息、运行全过程管制区信息以及电子进程单，并结合实时更新的航空器所 处位置信息，对航空器运行全过程分成多个管制功能区域。
[0030] 可选地，如图2所示，在本发明实施例所述的基于petri网的航空管制自动移交系 统中，所述管制功能区域划分模块20中将航空器运行全过程管制定义为活动区域Q，管制 区域边界线集合称为L，L={lp12，…h，…18}，通过离散化，利用管制移交边界线L对活 动区域Q进行分割，Q= …Qi…QJ;其中％表示放行管制区域；Q2表示离港地面管制 区域；Q3表示离港塔台管制区域；Q4表示离港进近管制区域；Q5表示其他管制区域；Q6表示 进港进近管制区域；Q7表示进港塔台管制区域；Q8表示进港地面管制区域；Q9表示进港回收 管制区域。
[0031] 其中放行管制区域可以描述为放行管制席位管制的区域，该区域需要将航空器放 行许可指令传达给离港地面管制区域；离港地面管制区域可以描述为离港地面管制席位管 制的区域，主要负责监视和引导航空器在场面上的滑行，待航空器完成场面滑行过程后，将 管制移交到离港塔台管制区域；离港塔台管制区域可以描述为离港塔台管制席位管制的区 域，主要负责发布起飞指令，监视起飞状态等，待完成该区域任务后，将管制移交给离港进 近管制区域；离港进近管制区域负责监视与引导航空器在航路上的飞行，并最终将航空器 移交给进港进近管制区域管制，然后逐步将管制权进行移交，直到航空器进入停机坪。本发 明实施例不再区别分区内和分区间的管制移交方式，所有区域按照管制功能进行划分后， 统一利用本发明实施例进行管制自动移交。
[0032] 航空器运行模型建立模块30,用于通过petri网对航空器在管制功能区域运行过 程进行建模，建立航空器运行模型。Petri网是一种过程模型，Petri网的元素包括：库所 (Place)圆形节点；变迀（Transition)方形节点；有向弧（Connection)是库所和变迀之间 的有向弧；令牌（Token)是库所中的动态对象，可以从一个库所移动到另一个库所。
[0033] 航空器运行受控模型建立模块40,用于根据航空管制部门提供的管制移交规则， 利用petri网控制理论，将管制移交规则的形式转为petri网控制形式融入航空器运行模 型，从而建立航空器运行受控模型。
[0034]由于基于petri网的航空管制自动移交系统无法直接读取航空管制部门的管制 移交规则，并且航空器运行模型是航空器自身的运行规律的体现，系统无法直接根据航空 器运行模型对航空器运行进行管制；因此需要将管制移交规则的形式转为petri网控制形 式融入航空器运行模型，建立航空器运行受控模型，基于petri网的航空管制自动移交系 统才能对管制移交规则进行识别，从而能够根据航空器运行受控模型对航空器进行管制。
[0035] 管制移交控制指令决策模块50,用于将航空器位置信息、飞行计划融合到航空器 运行受控模型，依据管制移交指令决策算法，判断管制是否移交，进而确定移交指令，发送 管制信息。
[0036] 航空器运行受控模型仅为一个模型，其需要提供了具体航空器的被控制信息，比 如航空器位置信息、飞行计划信息，才能根据管制移交指令决策算法，判断管制是否移交， 进而确定移交指令，发送管制信息。
[0037] 可选地，如图3所示，在本发明实施例所述的基于petri网的航空管制自动移交系 统中，所述航空器运行模型建立模块30中航空器运行模型如下：
[0038] N= (P,T,Pr