[发明专利]对流天气条件下基于最优穿越路径的航路阻塞度评估方法

说明书

本发明公开了对流天气条件下基于最优穿越路径的航路阻塞度评估方法，包括以下步骤：步骤1，划分航路网格；步骤2，确定航路气象规避概率；步骤3，构建航路最优穿越路径；步骤4，计算航路阻塞度。

技术领域

本发明属于空中交通管理领域，尤其涉及对流天气条件下基于最优穿越路径的航路阻塞度评估方法。

背景技术

在美国国家空域系统中，天气导致的延误占到70％以上。在天气导致的延误中，对流天气占到60％。因此，对于空中交通管理者而言，在制定战略计划和实施战术措施时，对流天气及其对国家空域系统运行的影响预报是极其关键的。天气雷达是探测对流天气现象的重要气象设备，其提供的雷达反射率也是表征对流天气现象时空特征的重要气象数据。航路，作为基础的空域结构单元，通常由一组地理位置(经度，纬度)构成的位置点序列表示，在空中交通管理运行过程中发挥着重要作用。航路阻塞度(Route Blockage，RB)是指受恶劣天气影响航路可被空中交通使用的程度，是评估航路在对流天气覆盖下的可用能力的重要指标。航路阻塞度作为一个恶劣天气属性，其主要影响因素是对流天气的强度与时空分布特征，与驾驶员或管制员工作负荷限制或ATM运行状态无关。航路阻塞度可以作为衡量天气对空中交通运行影响的定量分析指标，与历史运行数据或特定场景下的空中交通运行容量关联，为延误统计、容量预测等提供决策参考。同时，航路阻塞度还可以有效辅助空中交通管制员和航空公司签派员对对流天气条件下的航班运行实现精细化管理。因此，对流天气条件下的航路阻塞度评估是十分必要的，也是非常重要的。

查阅国内外相关资料，尚未发现针对对流天气条件综合考虑航路穿越路径复杂性和遭遇天气强度的基于最优穿越路径的航路阻塞度评估方法。

发明内容

针对现有将高空或终端区空域的对流天气现象转换为对航班运行的量化约束的评估方法中，缺乏对航空器在穿越空域过程中的路径复杂性的考虑，人为主观判断对量化评估结果的干预严重等特点，本发明提供了一种对流天气条件下基于最优穿越路径的航路阻塞度评估方法，为未来开发更加鲁棒的集成天气信息的空中交通管理决策支持工具提供支持。

实现本发明方法的具体技术方案包括以下步骤：

步骤1，划分航路网格；

步骤2，确定航路气象规避概率；

步骤3，构建航路最优穿越路径；

步骤4，计算航路阻塞度。

步骤1包括：

步骤1-1，航路段插值：

根据现有数值天气预报系统的对流天气雷达反射率预报数据的时间颗粒度，结合飞机平均飞行时速，计算得到航路段的插值间隔L1，再根据相邻两个航路点间的欧式距离D，计算插值点个数K：

最后依次对相邻两个航路点进行线性插值，得到航路插值点的位置，从而得到航路插值点序列；

步骤1-1中，根据如下公式计算相邻两个航路点间的欧式距离D：

其中为相邻两个航路点间经度差，Δθ为相邻两个航路点间纬度差，为相邻两个航路点的平均纬度值。

步骤1-1中，所述航路插值点的位置根据插值点与起始航路点的距离和斜率列方程求解得到，具体计算方法包括：

设定第1个航路点位置记为(x₁,y₁)，第2个航路点位置记为(x₂,y₂)，x₁,y₁分别表示第1个航路点的经度和纬度；第1个航路点和第2个航路点之间的第k个航路插值点位置记为其中，表示第k个插值点的经度，表示第k个插值点的纬度，构建方程组如下：