[发明专利]空域运行仿真中冲突的自动检测和调解系统及方法

说明书

技术领域

本发明属空中交通管理技术领域，具体涉及一种空域仿真运行过程中的 飞行冲突的自动检测和调解系统及方法。

背景技术

目前，我国各种空管新技术的应用层出不穷。雷达管制手段的逐步推进， 数据链通信技术的普及应用，自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance Broadcast，简称ADS-B)技术的推广使用等，无不推动我国 空管系统朝着更为有效、更为强大的方向发展。

民航运输的快速发展，奥运空域保障的需要以及空管新技术的应用，使 得空域结构复杂化，对空域提出了更大的需求。进行空域的科学规划，合理 使用空域资源是提高空域利用率、增大空域容量的主要途径。而对空域的运 行状况进行仿真，模拟全国或某一区域的空域运行情况，定量计算空域资源 使用的瓶颈，测试空域规划的结果、检验对飞行矛盾解决的情况，并进一步 进行科学的评估和论证，是进行空域设计和规划重要的辅助工具和手段。

在现实环境中，飞机的飞行是在管制员的监视和干预下进行的。管制员 实时收集军民航各单位对于空域的使用申请，并通过对当前空中交通态势的 把握和对未来一段时间内的空中态势的主观判断，进行冲突探测并采取干预 措施实施控制，从而达到规避风险、保证安全的目的。在虚拟环境下，要达 到贴近实际的仿真效果，必须对管制员这一角色进行抽象，模拟其在不同环 境下的思考方式、判断行为和发出的指令，来构建一个逼近真实管制员的“虚 拟管制员”，通过其自主判断和行为来探测并化解空中交通冲突。同时，利用 专家系统技术，通过建立管制规则库，逼近模拟管制员探测、化解空中交通 冲突的行为。

国外航空运输比较发达的国家在空域管理方面都研究开发了空域管理和 辅助设计系统，对空域的开发和管理方案进行科学、充分的评估和论证，以 合理地利用有限的空域资源。由欧洲研制开发的Reorganized ATC Mathematical Simulator(RAMS)系统，根据机型的4维航迹精确计算，冲突 检测和仿真，3维空域划设构建和比较同一共享空域内的4维信息，动态的 协调管制、流量和空域的冲突；由澳大利亚开发的Total Airspace and Airport Modeler(TAAM)系统具有先进的数据预处理技术，3D图形与仿真技 术，机场运行、终端区和ATC扇区容量评估，容量和流量控制，动态划设航 路等功能；美国开发了一些全国空域系统(NAS)的仿真系统，来测验和推动 流量管理的新方法和新系统，主要有FAA技术中心主持研发了SIMMOD系统， MITRE公司开发了TMAC系统，运筹学办公室开发了NASPAC系统，MIT开发 的ASCENT系统，波音公司开发的TAAM系统等。其中ASCENT系统是麻省理工 学院的Draper实验室的工作人员和研究生历时10年建立起来的，已被NASA 采用来对空域和流量管理方法进行效益分析。这些系统的成功之处在于其对 飞行过程中的随机因素的充分考虑和较为完善的空中交通管制逻辑，因此仿 真效果比较贴近实际，经常被FAA用来进行空域和机场仿真。

近年来，我国军民航先后开发了一些以空域容量评估为主的空域仿真系 统，例如，民航总局空中交通管理局投资建设的“空域管理与评估系统”采 用理论仿真结合雷达模拟机的方法，对影响民用航空的各种要素进行了综合 处理和建模，实现了机场、航路和单机场终端区的理论容量评估，并在一些 大机场的容量评估和管制员工作负荷评估方面得到了成功的应用。同时目前 国内也陆续开发出更符合实际应用的空域运行仿真飞行流生成系统(如中国 专利申请：200910085829.5“一种空域运行仿真中飞行流引擎的实现系统 及方法”)，以及空域运行仿真4D航迹推算系统(如中国专利申请 200910078451.6“航班推演系统和方法”，和200910076686.1“083163GF飞 行流样本数据的获取方法”)。

在仿真飞行流形成系统和仿真航迹推算系统的基础上，进一步地还可对 空域运行仿真中可能出现的冲突进行检测和干预，现有的这方面技术存在解 脱算法(如最优控制理论方法)计算复杂度高、调解方案执行繁琐的缺陷， 不能适应大规模空域实时仿真的要求。

发明内容