一种预测扇区内航空器数量的方法

本发明提供一种预测扇区内航空器数量的方法，属于空中交通管理领域。

背景技术：

1、管制单位在实际工作中，把管制区域划分为若干个管制扇区。一个管制扇区同时提供服务的航空器数量是有限度的。通常，在雷达管制情况下，进近扇区管制席位同时提供服务的航空器数量最多为8架，区域扇区管制席位同时提供雷达服务的航空器数量最多为12架。若进近管制扇区航空器数量超过8架，或者是区域管制扇区航空器数量超过12架，则流量管理部门就需要采取某种措施(比如，可以采取改变航段、增开扇区、限制起飞或着陆时刻、限制进入管制区时刻或者限制通过某一导航设备上空的时刻、安排航空器空中等待、调整航空器速度等方法)以保证一个进近管制扇区同时提供雷达服务的航空器数量不超过8架，一个区域管制扇区同时提供雷达服务的航空器数量不超过12架。为了使流量管理部门有效地实施流量管理措施，关键问题是需要提前对未来某个时段内，进入管制扇区的航空器数量进行准确地预测。因此解决预测扇区内上航空器数量问题是非常必要的，也是非常有用的。

2、目前空中交通管理领域普遍使用的预测扇区内航空器数量的方法是：计算未来某个时间段(比如15分钟、30分钟、60分钟)内，预计航空器“出现”在航段内的个数(图1)；再把扇区内所有航段的在某个时间段内(比如15分钟)预计航空器“出现”在航段内的个数对应相加，得到预测“出现”在扇区内的(每15分钟时间段内)航空器的个数，把这个数量值作为预测扇区内航空器数量，并且依据这个数值来判定航空器数量是否超过扇区的管制容量。

3、这种作法在实际应用中显然是存在问题的。首先，由于在未来某个时间段内(比如15分钟)的每一分钟内，既可能有航空器飞入扇区，又可能有航空器飞出扇区，所以某个时间段内，管制扇区内航空器“出现”的个数是随每一分钟时间一组变化的动态数值，而不是在某个时间段(15分钟)内使用一个数值就能够表示清楚的；另外，一个管制扇区同时提供雷达服务的航空器数量要求不超过8架(进近扇区)或12架(区域扇区)，目前的方法仅仅是得到了每15分钟时间段内出现在扇区中的航空器数量，而这个数量在某个时间段(15分钟)内是如何分布的并不知道。由于扇区内航空器数量是否超过管制容量，取决于某个时间段内(15分钟、30分钟或60分钟)的每一分钟对应的航空器数量值是否超过管制容量，而不取决于在某个时间段内(比如15分钟、30分钟、60分钟)航空器“出现”在扇区中的航空器个数是否超过管制容量。所以，目前的方法对于判断在未来某个时间段内航空器数量是否超过扇区的管制容量并无实质帮助。

4、对于空中交通流量管理用户来说，预计一个管制扇区在未来某时间段内的每一分钟内的航空器数量是非常必要的和有用的。目前，民航空管流量管理部门，一直沿用中国航信网络公司研发的机场协同决策系统(acdm)、中国民航数据公司研发的空中交通监控与流量管理系统(atom)和中国电子南京莱斯信息公司研发的国家流量管理系统(ntfm)，都没有提供预计一个管制扇区在未来某时间段内的每一分钟内的航空器数量的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种预测扇区内航空器数量的方法，并不改变原有流量管理系统的硬件资源，也不增加新的数据采集，依旧使用原有数据库中航段飞行时间静态数据和系统原有动态数据源(aftn动态电报)。仅仅增加一项计算扇区内未来某时间段内的每一分钟内航空器数量并且以条形图形式显示的功能。

2、本发明原理：构造一个由两个航段组成的管制扇区。首先，计算每一个航段在未来某时间段内每一分钟对应的航空器数量值，然后，把两个航段上随时间每一分钟变化的航空器数量值按照时间先后顺序排列，再把扇区内两个航段在时间段内每一分钟对应的航空器数量值按照时间先后排列顺序对应累计，从而得到由两个航段组成的管制扇区在未来某时间段内每一分钟对应的航空器一组数量值，把这组数量值用条形图直观地显示出。

3、其技术内容为：

4、为了解释问题方便，避免在叙述和计数过程中发生逻辑错误，本发明定义航段、扇区和分布三个概念。

5、1航段：一条航线上相邻两个航路点之间的部分航线称为一个航段。

6、一个航段的两个航路点称为端点。

7、一条航线由有限个航段依端点不重复顺次连接构成。

8、航段ab和航段ba，表示同一个航段，都用航段ab表示。

9、每一个航段有两个航向。航段ab有航向ab和航向ba两个航向。

10、航向ab表示航空器由航路点a，飞行到航路点b；

11、航向ba表示航空器由航路点b，飞行到航路点a。

12、2扇区：由有限个航段所构成的区域。

13、3分布：飞行中的航空器位置在航段之内的点，称航空器分布在航段内，若航段在一个扇区内，则称航空器分布在扇区内；若在某一时间段内，一个航段上航空器数量为3，则称航空器在这个航段上分布在这个时间段内的数量为3。

14、问题描述：

15、由航段ab和航段cd两个航段构成一个管制扇区s(图2)。

16、已知条件：

17、(1)航空器在航段ab飞行时间为23分钟，

18、(2)航空器在航段cd飞行时间为17分钟，

19、(3)当前时刻08：30，已经知道航段ab、cd上航空器数据见(图3)和(图4)。

20、需要解决的问题：预计09：00至09：20时间段内，

21、(1)每一分钟时间内，管制扇区s所存在的航空器数量值；

22、(2)把(1)得出的一组数值生成条形图，直观地显示09：00至09：20时间段内的每1分钟时间内管制扇区s内的航空器数量及其变化。

23、解决问题过程：

24、通过航段ab上航空器数据(图3)及航段数据处理流程图(图5)说明航段数据处理过程。

25、第一步，建立一个时间数轴。

26、步骤1.1：画一个时间数轴，(图6)

27、步骤1.2：在时间数轴上，从0900到0920，取1个左闭右开区间[09000920)，记作l(图7)。

28、步骤1.3：在时间数轴上，从0900到0920，取20个长度为1的左闭右开区间：

29、[0900 0901)、[0901 0902)、[0902 0903)、……、[0918 0919)、[0919 0920)分别记作为s01、s02、s03、…、s20(图8)。

30、第二步，处理航段ab数据。

31、依据航段ab数据(图3)及数据处理过程流程图(图5)，处理航段数据ab。

32、步骤2.1由(图3)中航空器飞入航段ab端点的时刻，根据航空器在航段ab飞行时间为23分钟，可以推算出航空器飞出航段ab端点的时刻(图9)。

33、步骤2.2从航空器飞出航段ab端点的时刻(图9)中的数据可以看出，在当前时刻为0830时，预测航空器在时间段[0900 0920)的分布状况为3种情况：

34、(1)在0900时已经飞到航段ab内。

35、(2)在0900时还没有飞到航段ab内，但在[09000920)时间段内会飞入航段ab内。

36、(3)在0900时没有分布在航段ab内，但在[09000920)时间段内，航空器也不分布在航段ab内。

37、第(1)种情况，航空器飞出航段ab端点的时刻表(图9)中的航空器a03飞入航段ab的初始时刻0907，飞离航段ab的时刻为0930(＝0907+23)，说明：

38、(a)航空器a03在[0900 0920)时间段内分布在航段ab内；

39、(b)在[0907 0920)时间段内，航空器a03分布在航段ab内，此时，记s07＝s08＝…＝s20＝1；

40、(c)在[0900 0907)时间段内，航空器a03不分布在航段ab内，此时，记s01＝s02＝…＝s06＝0。

41、第(2)种情况，航空器飞出航段ab端点的时刻表(图9)中的航空器a09飞入航段ab的初始时刻0853，飞离航段ab的时刻为0916(＝0853+23)，说明

42、(a)航空器a09在[0900 0920)时间段内会飞入航段ab内；

43、(b)在[0916 0920)时间段内，航空器a09不分布在航段ab内，此时，记s16＝s17＝…＝s20＝0

44、(c)在[0900 0916)时间段内，航空器a09分布在航段ab内，此时，记s01＝s02＝…＝s15＝1

45、第(3)种情况，航空器飞出航段ab端点的时刻表(图9)中的航空器a10飞入航段ab的初始时刻0832，飞离航段ab的时刻为0855(＝0832+23)。在0900时，航空器a10已经飞离航段ab的端点b。说明：此时航空器a10不分布在航段ab内。此时，记s01＝s02＝…＝s20＝0。

46、步骤2.3把航段ab上每个航空器数据所得到的s01、s02、…、s20的数值，填到表格中，形成航段ab上航空器个数在每一分钟时间段的分布表(图10)。把航段ab上航空器个数在每一分钟时间段的分布表中s01、s02、…、s20列中每一列所含1的个数累计，得到航段ab上航空器个数在每一分钟时间段的累计分布表(图11)。

47、步骤2.4依据航段ab上航空器个数在每一分钟时间段的累计分布表(图11)中的s01、s02、…、s20数据生成航段ab上航空器个数随时间变化及分布的条形图(图12)。

48、第三步，处理航段cd数据。

49、依据航段cd数据表(图4)及数据处理过程流程图(图5)，

50、重复步骤2.1至步骤2.4，处理航段cd数据，

51、依次得到航空器飞出航段cd的端点时刻表(图13)、航段cd上航空器个数在每一分钟时间段的分布表(图14)和航段cd上航空器个数在每一分钟时间段的累计分布表(图15)。由表8中的s01、s02、…、s20数据做出航段cd上航空器个数随时间变化及分布的条形图(图16)。

52、第四步，

53、步骤4.1把航段ab上航空器个数在每一分钟时间段的累计分布表(图11)和航段cd上航空器个数在每一分钟时间段的累计分布表(图15)中的s01、s02、…、s20各项中的数值对应累计，得到航段ab与航段cd航空器个数随时间变化及累计表(图17)。

54、步骤4.2由航段ab与航段cd航空器个数随时间变化及累计表(图17)生成管制扇区s内航空器个数随时间变化及分布图(图18)。扇区s内航空器数量随时间变化的条形图是由航段ab上航空器条形图与航段cd上航空器条形图叠加得到的。

55、本发明条形图及其叠加在实际使用空中交通管计算机系统中运行生成，程序开发环境linux+apache+php+mysql。