一种基于模式匹配的终端区进场飞行时间预测方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于模式匹配的终端区进场飞行时间预测方法，计算机系统包括一个运行在客户端的终端区进场飞行时间预测子系统，终端区进场飞行时间预测子系统包括进场航迹分段模块和进场航迹匹配模块；进场航迹分段模块是根据终端区各航班的历史航迹数据对各条航迹数据进行分段处理，进场航迹匹配模块是基于历史航迹的分段结果，寻找与当前航迹最相似的航迹段，并依据该历史航迹段信息实现对当前航迹飞行时间的预测；其优点是，在机场航迹分段和航迹匹配的基础上，能够快速、有效的实现终端区进场飞行时间预测，从而辅助相关人员科学、合理的把握进场航空器的飞行态势，及时有效地采取空中交通管理措施，保障空中交通的安全、高效运行。
【专利说明】—种基于模式匹配的终端区进场飞行时间预测方法【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行航迹预测领域，特别涉及一种基于模式匹配的终端区进场飞行时间预测方法，应用本方法实现终端区航班进场飞行时间的预测、利于及时有效的采取空中交通管理措施，保障终端区交通的运输效率和减少航班延误。
【背景技术】
[0002]航迹预测指在飞行前或飞行过程中，根据飞行计划、雷达显示数据及FPL (FlightPlan飞行计划)报信息对飞机预计飞行位置、高度和时间进行预测。根据航迹预测所用信息源以及预测时间，可分为班期时刻表航迹、航班计划航迹、实时预测航迹及管制意图航迹。航迹预测是空中交通管理自动化系统及空管辅助决策系统中的重要组成部分，也是国内外空管界研究的热点问题之一。
[0003]目前飞行航迹预测方法主要有两大类:一是基于基本飞行模型的预测，二是基于历史航迹数据挖掘的预测。其中:基本飞行模型预测需要建立飞机飞行动力学模型和飞行全过程飞机性能模型，据此对飞行过程中航迹信息进行预测。如:根据复杂适应系统机制，将飞行全过程分为基本飞行模型模块，针对基本飞行模型模块分别建立性能计算模型，最后进行航迹合成得到完整的4D飞行航迹；或者根据雷达扫描得到飞机过航路点信息，根据该信息以及飞机飞行速度、航迹角，按匀速飞行原理推测得到飞机过下一航路点的时间，依此类推即可得到不断更新得到后续航路点信息。基于历史航迹数据挖掘的预测，则根据历史航迹数据信息， 通过回归分析方法预测飞行时间。如:通过分析管制和气象因子对飞行总时间的影响建立相应的回归模型，并进一步通过比对获得对飞行位置的预测；或者根据飞机本次飞行过程中过去时刻数据和观测数据，通过卡尔曼滤波、神经网络模拟方法建立飞机航迹短期预测模型。
[0004]对于终端区飞行航迹而言，由于飞机构型和参数多变，飞机受力分析非常复杂，采用简化模型实际很难准确模拟飞机运动，因此在终端区范围内采用飞机公司经试飞确定的计算模型最为精确。但飞机公司一般不会直接提供相应计算模型给航空公司，而且飞机飞行过程中还存在气象、管制不确定因素的影响。因此，采用基本飞行模型预测方法难以对这些不确定因素进行分析，需要有效的预测方法实现对终端区飞行航迹预测。
[0005]考虑到现有飞行航迹预测的现状，尚缺少一种能够快速、有效、实用的终端区进场飞行时间预测方法。
【发明内容】
[0006]鉴于现有【技术领域】的不足，本发明的目的在于，提供一种新的终端区进场飞行时间预测方法，该方法基于飞行航迹的模式匹配来研究终端区进场飞行时间预测，以求能够快速、有效的预测终端区进场时间，从而及时有效的采取空中交通管理措施，保障飞行安全和提闻运输效率。
[0007]本发明是这样实现的，一种基于模式匹配的终端区进场飞行时间预测方法，通过计算机系统辅助实现，所述计算机系统主要由客户端/服务器(C/S)模式构成，计算机系统包括空域导航数据库、仿真驱动子系统、终端区结构建模子系统、航班计划子系统和显示与交互子系统，其特征在于，计算机系统中还包括一个运行在客户端的终端区进场飞行时间预测子系统，所述终端区进场飞行时间预测子系统用作终端区进场飞行时间预测方法的实现平台；
终端区进场飞行时间预测子系统包括进场航迹分段模块和进场航迹匹配模块；其中:
所述进场航迹分段模块是根据终端区各航班的历史航迹数据Yi，Zi，V, TpH1)]对各条航迹数据进行分段处理，i=l，2，…，/7，其中，尽乙)为各航迹点三维坐标，Ki为该点地速，T1为过点时刻,私为飞机航向，/7为航迹点个数；处理过程包括:
1)确定某条航迹进入终端区点、起始进近定位点和最后进近定位点的序号，并设起始进近定位点为第々个点；
2)对该航迹上第I个点至第A个点，根据水平斜率进行分段线性拟合，设线性拟合后将航迹点分为《组，即《个直线段；
3)对上述《个航迹组，分别计算其与标称航迹偏离情况，对每个航迹组中各航迹点，根
据尤或A的值进行插值，得到标称航迹上对应的4或^值，分别计算该航迹点与标称航
迹上点的偏离程度，即
【权利要求】
1.一种基于模式匹配的终端区进场飞行时间预测方法，通过计算机系统辅助实现，所述计算机系统主要由客户端/服务器(C/S)模式构成，计算机系统包括空域导航数据库、仿真驱动子系统、终端区结构建模子系统、航班计划子系统和显示与交互子系统，其特征在于，计算机系统中还包括一个运行在客户端的终端区进场飞行时间预测子系统，所述终端区进场飞行时间预测子系统用作终端区进场飞行时间预测方法的实现平台； 终端区进场飞行时间预测子系统包括进场航迹分段模块和进场航迹匹配模块；其中: 所述进场航迹分段模块是根据终端区各航班的历史航迹数据Yi，Zi，V, TpH1)]对各条航迹数据进行分段处理，i=l，2，…，/7，其中，尽乙)为各航迹点三维坐标，Ki为该点地速，T1为过点时刻,私为飞机航向，/7为航迹点个数；处理过程包括: 1)确定某条航迹进入终端区点、起始进近定位点和最后进近定位点的序号，并设起始进近定位点为第々个点； 2)对该航迹上第I个点至第A个点，根据水平斜率进行分段线性拟合，设线性拟合后将航迹点分为《组，即《个直线段； 3)对上述《个航迹组，分别计算其与标称航迹偏离情况，对每个航迹组中各航迹点，根据石或&的值进行插值，得到标称航迹上对应的值，分别计算该航迹点与标称航迹上点的偏离程度，即
2.如权利要求1所述一种基于模式匹配的终端区进场飞行时间预测方法，其特征在于，利用所述进场航迹分段模块实现历史航迹的分段处理，利用所述进场航迹匹配模块实现当前航迹与历史航迹的匹配的步骤为；步骤1:在终端区结构建模子系统中输入终端区航路网络结构数据，标称航路航线数据，在航班计划子系统中编制航班计划数据，设置仿真时间，调用仿真驱动子系统，统计各进场航班的实际航迹数据，统计实际航迹点与标称航迹上点的偏离程度及偏离方向； 步骤2:在终端区进场飞行时间预测子系统的进场航迹分段模块中，基于实际航迹点与标称航迹上点的偏离程度及偏离方向，判断当前航迹及历史航迹的各航迹段的飞行状态:标称航迹上；标称航迹左侧且远离标称航迹；标称航迹左侧且靠近标称航迹；标称航迹左侧且平行标称航迹；标称航迹右侧且远离标称航迹；标称航迹右侧且靠近标称航迹；标称航迹右侧且平行标称航迹； 步骤3:在终端区进场飞行时间预测子系统的进场航迹匹配模块中，将当前航迹的分段结果与历史航迹分段结果进行匹配，选出相似程度最高的历史航迹作为当前航迹的匹配航迹，基于匹配航迹各航迹段的飞行时间对当前航迹未来I分钟的飞行时间进行预测；步骤4:终端区进场 飞行时间预测结果在显示与交互子系统中显示出来。
【文档编号】G08G5/02GK104008674SQ201410266912
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】黄宝军, 徐肖豪, 李善梅, 赵嶷飞, 王超, 高伟, 王洁宁, 张春凤, 王飞, 王兴隆, 张昭悦, 刘宏志, 岳仁田, 王涛波 申请人:中国民航大学