一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法及系统

本发明属于空中航路交叉口航路冲突解决，具体涉及一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法及系统。

背景技术：

1、空中航路交叉口作为空域结构的运输枢纽节点，该体系存在航班流量超负荷、通行能力不足、冲突风险增加等现状问题，空中航路交叉口所在扇区空域也是飞行拥堵、航班延误、安全事故易发区域，因此交叉口通行能力已成为制约空中交通航路网运行效率的瓶颈。签派员制定合理飞行计划和管制员实时协调通常可应对中小航班流量下有序且无冲突过交叉口，然而，当面临密集航班过点时，由于航空器延误时间堆积会引发冲突多米诺效应，会导致签派员工作负荷剧增、管制员空域态势感知混乱。因此，亟需依托航迹运行(trajectorybased operations,tbo)航迹预测高精度优势，针对交叉航迹构建一种以自主改航进行预先冲突解脱的技术，以辅助管制员进行空域调配，增强其空域态势感知能力，进一步实现空管自动化并降低运行风险。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中指出的技术问题，本发明的目的是提供一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法及系统。

2、为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供了一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，包括如下步骤：

4、步骤1：计算航空器过交叉口的纵向时间间隔；

5、步骤2：检测航空器过交叉口时的潜在冲突，并给出两个冲突航空器中需要做调整以规避冲突的一方；

6、步骤3：为需要做规避调整的冲突航空器构建冲突解脱方法。

7、其中，所述步骤1包括如下步骤：

8、步骤1.1：建立交叉航路上航空器的位置关系；

9、步骤1.2：求解不同时间间隔下航空器间最小水平距离；

10、步骤1.3：筛选出符合最小水平安全间隔约束的最小水平距离，并基于结果再次求解最小值，然后给出此最小值对应的时间间隔。

11、其中，还包括步骤1.4：对步骤1.3的计算结果进行验证。

12、其中，所述步骤2包括如下步骤：

13、步骤2.1：检测航空器间的潜在冲突；

14、步骤2.2：建立综合通行原则，判断通行优先级，给出需要做调整以规避冲突的航空器。

15、其中，所述步骤3包括如下步骤：

16、步骤3.1：在巨大的解空间中求解出最优改航方案；

17、步骤3.2：求解最优改航方案下改航距离范围；

18、步骤3.3：对最优改航方案下纵向时间间隔进行调整；

19、步骤3.4：基于最优改航方案，求解最佳改航点。

20、另一方面，本发明提供了一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱系统，包括纵向时间间隔计算单元、冲突检测单元以及冲突解脱方法构建单元；

21、所述纵向时间间隔计算单元用于计算航空器过交叉口的纵向时间间隔；

22、所述冲突检测单元用于检测航空器过交叉口时的潜在冲突，并给出两个冲突航空器中需要做调整以规避冲突的一方；

23、所述冲突解脱方法构建单元用于为需要做规避调整的冲突航空器构建冲突解脱方法；

24、其中，所述纵向时间间隔计算单元，具体用于执行如下步骤：

25、步骤1.1：建立交叉航路上航空器的位置关系；

26、步骤1.2：求解不同时间间隔下航空器间最小水平距离；

27、步骤1.3：筛选出符合最小水平安全间隔约束的最小水平距离，并基于结果再次求解最小值，然后给出此最小值对应的时间间隔；

28、步骤1.4：对步骤1.3的计算结果进行验证；

29、所述冲突检测单元，具体用于执行如下步骤：

30、步骤2.1：检测航空器间的潜在冲突；

31、步骤2.2：建立综合通行原则，判断通行优先级，给出需要做调整以规避冲突的航空器；

32、所述冲突解脱方法构建单元，具体用于执行如下步骤：

33、步骤3.1：在巨大的解空间中求解出最优改航方案；

34、步骤3.2：求解最优改航方案下改航距离范围；

35、步骤3.3：对最优改航方案下纵向时间间隔进行调整；

36、步骤3.4：基于最优改航方案，求解最佳改航点。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

38、本申请根据交叉航迹夹角和航空器航速，考虑航空器间最小水平安全间隔对交叉口航空器航行位置状态进行建模，求解交叉口所在扇区航空器应保持的最小纵向时间间隔。引入占用时间段和可用时间窗口概念，构建冲突检测和时间段优化程序，建立“综合通行原则”下的预先冲突检测和解脱模型，以生成空地、人机认知同步的无冲突四维航迹。采用贪心算法，制定与距离和时间有关的贪心策略分阶段求解模型以降低解空间搜索难度并提高最佳改航点求解效率，为改航航空器搜索可用时间窗口内时刻最早的改航点以生成解脱策略。本申请针对交叉航迹构建了一种以自主改航进行预先冲突解脱的技术，能够辅助管制员进行空域调配，增强其空域态势感知能力，进一步实现空管自动化并降低运行风险。

技术特征：

1.一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，还包括步骤1.4：对步骤1.3的计算结果进行验证。

4.根据权利要求1所述的一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，步骤3.1中，最优改航方案经以下3个优先级依次递减的条件来确定：

7.根据权利要求5所述的一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，步骤3.2中，具体求解(xb,yb)坐标和改航距离选择范围；垂直平分线处的(xb,yb)与起始改航点、交叉口组成等腰直角三角形；起始改航点和交叉口的坐标已知，由向量旋转公式，可得(xb,yb)坐标为：

8.根据权利要求5所述的一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，步骤3.3中：航空器若往钝角侧空域改航，夹角θ1变大，所求解的纵向时间间隔变大，考虑到存在不改航航空器，对原纵向时间间隔不做调整；航空器向钝角侧空域改航时求解纵向时间间隔的夹角θ2变小，为保证纵向时间间隔适用全部航空器，将夹角θ2减去45°代回求解公式更新纵向时间间隔。

9.根据权利要求5所述的一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法，其特征在于，步骤3.4中：确定最佳改航点重心在时间方面，贪心选择过交叉口时刻处于可用时间窗口内时刻最早的改航点为最佳改航点；使用冲突检测模型，检测不同航路航空器间的冲突时段，因为冲突解脱具有时序性，仅对发生时间最早的冲突时段进行冲突解脱，解脱的关键为求解冲突航空器可用时间窗口内最早的时刻，表达式为：

10.一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱系统，其特征在于，包括纵向时间间隔计算单元、冲突检测单元以及冲突解脱方法构建单元；

技术总结
本发明公开了一种航路交叉口处自主改航与冲突解脱方法及系统。所述方法，包括如下步骤：计算航空器过交叉口的纵向时间间隔；检测航空器过交叉口时的潜在冲突，并给出两个冲突航空器中需要做调整以规避冲突的一方；为需要做规避调整的冲突航空器构建冲突解脱方法。本申请针对交叉航迹构建了一种以自主改航进行预先冲突解脱的技术，能够辅助管制员进行空域调配，增强其空域态势感知能力，进一步实现空管自动化并降低运行风险。

技术研发人员：王莉莉,王佳旭,刘鑫宇
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27