[发明专利]一种面向四维航迹运行的多空域轨迹规划与协商方法

说明书

本发明公开了一种面向四维航迹运行的多空域轨迹规划与协商方法，属于空中交通管理领域。该方法首先获取航班飞行计划、空域容量、机场的可用时隙、空中交通流量管理策略信息，确定航班飞行轨迹之间存在相互影响的准则，定义控制空域和中间空域，生成空域航班相互影响关系矩阵，并以此为依据确定需要优先调整的航班轨迹范围，通过改变关键点时间和高度的方式对轨迹进行调整，迭代更新上述矩阵直至相互影响航班的数量为零，规划结果以轨迹共享和协商的方式确定可执行性。本发明能够为支持四维航迹运行的空管自动化系统和管制辅助决策工具的研制提供技术支持。

技术领域

本发明涉及一种多空域轨迹规划与协商方法，具体涉及一种面向四维航迹运行的多空域轨迹规划与协商方法。

背景技术

随着航班量的增加，在交通流密集空域内仍然采用基于飞行计划结合基于经验的间隔调配逐渐不能满足空管运行需要。为此国际民航界提出将基于四维航迹运行作为未来空中交通运行的新理念，它以航空器飞行全生命周期的四维轨迹为中心，空管部门、航空公司、航空器、机场之间共享、协商、管理动态轨迹，实现飞行与管制之间的协同决策。基于四维航迹运行改变了传统将航空器当前位置作为已知条件的运行模式，能够实现高密度、大流量、小间隔条件下的有效空域管理。在起飞前为每个航空器分配一条无冲突的参考飞行轨迹是实现四维航迹运行的基础。

现有研究一般通过构建不同的多目标优化模型和轨迹调整策略对需要规划的所有飞行轨迹在进行全局优化，在理论研究方面已经相对成熟，但这种方法与空管运行实际情况的结合相对较弱。实际运行过程中管制单位负责其所辖空域内的空中交通管制工作，每个责任空域同时可划分成多个扇区由不同的管制员进行管理，航班的一次飞行通常需要经由不同管制单位负责的多个空域和扇区。因此全局式轨迹规划方法计算复杂度较大的同时，也存在各方参与决策程度低导致结果可执行性弱的问题，难以直接用于系统工具的开发中。目前尚缺少一种全面、简便和更贴近空管运行实际的方法实现多空域环境下的无冲突轨迹规划。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种面向四维航迹运行的多空域轨迹规划与协商方法，该方法可以解决现有技术中规划方法计算复杂和各方参与决策程度低导致结果可执行性弱的问题。

技术方案：本发明所述的面向四维航迹运行的多空域轨迹规划与协商方法，该方法包括：

(1)获取与待规划空域相关的飞行计划、空域结构和容量、机场的可用时隙和空中交通流量管理策略信息，作为轨迹规划模型的输入和约束条件；

(2)根据所述飞行计划的参数：飞行航路、预计撤轮档时间和机型，利用基于航空器性能的轨迹预测模型，生成每条飞行计划的四维轨迹信息；

(3)利用所述空中交通流量管理策略中的计算起飞时间CTOT更新所述航班飞行轨迹，同时通过依次判断飞行航路中关键点归属的管制区域来确定该航班的控制空域和中间空域；

(4)根据步骤(1)中所述的轨迹规划模型的输入和约束条件，确定航班之间存在相互影响的判断准则；

(5)根据所述判断准则，计算所述控制空域在每个中间空域产生相互影响的航班数量，得到空域航班相互影响矩阵，并得到一个中间空域内所有相互影响航班的数量；

(6)根据所述一个中间空域内所有相互影响航班的数量，确定相互影响航班数量最多的中间空域，并确定在所述相互影响航班数量最多的中间空域下产生相互影响航班数最多的控制空域；

(7)调整并更新控制空域的航班四维轨迹，消除其对中间空域的影响；

(8)更新所述空域航班相互影响矩阵，重复步骤(6)到(8)，直至相互影响的航班数量为零，形成规划的无冲突轨迹；

(9)将所述规划的无冲突轨迹中关键点控制到达时间和高度限制在航班起飞前共享给相关的空域扇区和航空器进行协商，确认轨迹的可执行性，通过各方协商确认的轨迹成为航班飞行过程的参考轨迹。