[发明专利]一种基于环绕数的新型轨迹盘旋圈数计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于环绕数的新型轨迹盘旋圈数计算方法及系统，盘旋圈数计算方法包括以下步骤：S1、获取ADS‑B的轨迹数据；S2、确定盘旋圈中心点；S3、计算盘旋圈中心点的盘旋圈数。盘旋圈数计算系统包括：获取模块，用于获取ADS‑B的轨迹数据；处理模块，用于确定盘旋圈中心点；计算模块，用于计算盘旋圈中心点的盘旋圈数。可以计算出飞机在飞行过程中的总盘旋圈数，也可以计算出飞机围绕某个点的盘旋圈数。

技术领域

本发明涉及航空信息技术领域，尤其涉及一种基于环绕数的新型轨迹盘旋圈数计算方法及系统。

背景技术

飞机在飞行过程中经常会遇到恶劣的天气、多架次飞行间隔小、空域饱和、高度过高、飞机故障等影响飞机正常飞行的情况，对此飞机会实施一段时间的盘旋等待或利用盘旋来创造爬升和下降高度的情况。飞机飞行轨迹的盘旋段对整个飞行过程的油耗分析和飞行员的操作分析都是十分重要的，根据盘旋段的盘旋时长、盘旋圈数等信息，预估飞机油耗、飞行距离时长偏差以及配合飞机机动性能的分析，保障飞机飞行过程的安全。其中飞机盘旋圈数是盘旋段的一个重要特征，若民航飞机存在连续多次盘旋，可能会造成飞行事故，对该参数配合飞机性能进行统计分析，可提前做出安全预警，有利于发现问题并指导机组及时改正。

现有的计算盘旋圈数方法中，利用交点方式针对同一地点的多圈盘旋复杂轨迹不适用，圈数计算准确率低；利用航向角度变化之和的方法，对预先设置窗口长度和阈值等参数对结果影响大；利用复变函数积分的方法，对不规则复杂的盘旋轨迹形状无法正确判断圈数。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种基于环绕数的新型轨迹盘旋圈数计算方法及系统，可以计算出飞机在飞行过程中的总盘旋圈数，也可以计算出飞机围绕某个点的盘旋圈数，且适用于存在强噪声、低质量的轨迹和多地盘旋以及盘旋形状复杂的场景。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种基于环绕数的新型轨迹盘旋圈数计算方法，包括以下步骤：

S1、获取ADS-B的轨迹数据；

S2、确定盘旋圈中心点，包括以下步骤：

S21、利用轨迹的相交点得到交点时间段，对交点时间段中有包含关系的取交集，得到轨迹盘旋圈的开始时间和结束时间；

S22、利用轨迹盘旋圈计算盘旋圈中心点，将多个盘旋圈中心点进行无监督聚类，获得盘旋圈中心点对应的类，计算各个类的均值，得到每个类的盘旋圈中心点；

S3、计算盘旋圈中心点的盘旋圈数，包括以下步骤：

S31、对已知轨迹的点使用采样间隔取点，得到若干个候选中心点；

S32、通过候选中心点向正上方顺时针0°方向作射线与轨迹相交，若与该候选中心点的射线相交的线段是逆时针方向运动，则标记为-1，若顺时针方向运动，则标记为+1，将所有相交的标记进行求和，求和值取绝对值得到的数值代表该候选中心点的0°方向盘旋圈数；

S33、按照步骤S32的方法，计算候选中心点的均分360°中若干方向的盘旋圈数，然后取若干个方向圈数的最小值为该候选中心点的盘旋圈数；

S34、将所有的候选中心点对步骤S22计算的盘旋圈中心点距离最近原则进行分类，求每个盘旋圈中心点对应的若干个候选中心点的盘旋圈数最大值，即是轨迹在该盘旋圈中心点的盘旋圈数。

进一步的，步骤S31中：采样间隔取点后，将点的X和Y方向偏移一点使候选中心点恰好在圈内。

进一步的，步骤S33中：分别作出0°、90°、180°和270°方向射线，计算候选中心点在四个方向上的盘旋圈数。

进一步的，步骤S34中：当轨迹只有一个盘旋中心点时，若干个候选中心点的圈数最大值为轨迹在该盘旋中心点的盘旋圈数；

进一步的，若轨迹有多个盘旋中心点，则该轨迹的总盘旋圈数为每个盘旋中心点盘旋圈数的总和。