CN102568248A - 用于等待路径计算以符合所需的等待离开时间的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为“用于等待路径计算以符合所需的等待离开时间的方法和系统”。提供了一种为在等待航线中飞行的飞行器自动生成等待路径的方法和等待路径计算系统,其中,等待航线由可选等待区域内的一个或多个轨道定义。系统包含处理器,处理器配置成:接收指示飞行器离开等待路径以符合航途基准点处所需的到达时间(RTA)的时间的等待离开时间,确定等待航线内的飞行器的当前位置,以及确定完成当前等待轨道的时间量。还配置所述处理器以使得,如果完成当前等待轨道的所确定的时间量少于或等于等待离开时间,则保持飞行器在等待航线中飞行并确定缩短下一个轨道以在等待离开时间退出等待航线的时间量。
Description
技术领域
一般来说,本发明的领域涉及控制飞行中的飞行器,并且更具体来说,涉及用于计算等待航线飞行路径以符合所需的等待航线离开时间的方法和系统。
背景技术
在如今的空域,由于拥堵造成的延时十分常见。在进入空域的飞行器数量超过通过可用空中交通资源(受限于管制员数量和自动化类型)能够安全操纵的飞行器数量时,即会对飞行器实施延时。通常通过使用雷达向量指示飞行器减速或通过环轨等待来实现这些延时。在环轨等待的情况下,飞行管理系统(FMS)以“跑道”的形式将地上航迹计算为直线段和曲线的序列。直线段通常是固定时间,或更经常是固定距离,而曲线段是以恒定倾斜角或恒定半径飞行以从一个直线段过渡到另一个直线段。
当前等待操作的一个问题在于,空中交通管制员必须估计何处及何时命令飞行器离开等待航线,以便在离开等待后的某个点(例如,在到达过程中)符合某个时间(用于与定义的到达序列中的其它飞行器联合或计量)。由于等待航线的几何形状,管制员难以估计飞行器何时离开等待航线或在离开等待后飞行器需要多长时间才能到达所需的到达点,因为这种不确定性,在管制员希望飞行器离开等待后何时到达所需点与飞行器实际何时到达该点之间经常有大量误差。当前,空中交通管制员基于经验使用平均飞行时间进行估计,以确定何时要求飞行器离开其当前等待航线。但是,飞行时间基于飞行器离开等待的位置将极大改变,从而引入了需要额外分离缓冲的不确定性。这种不确定性使僚机(following aircraft)容量减少并且燃油消耗增大,这是因为它们在等待航线中花费的时间增多。
解决此问题的至少一些已知方法包括一种确定退出等待的最短路径的方法。但是,此方法不使用所需的交叉时间或所需的退出时间计算必需的等待路径;其目的只是最小化退出等待所需的距离。
发明内容
在一个实施例中,为在等待航线中飞行的飞行器自动生成等待路径的等待路径计算系统(其中,等待航线由可选等待区域内的一个或多个轨道定义)包含处理器,该处理器配置成接收指示飞行器离开等待路径以符合航途基准点处所需的到达时间(RTA)的时间的等待离开时间,确定等待航线内的飞行器的当前位置,以及确定完成当前等待轨道的时间量。还配置该处理器以使得,如果完成当前等待轨道的所确定的时间量少于留给所需的等待离开时间的时间,则保持飞行器在等待航线中至少多飞行一个轨道并确定缩短下一个轨道以在等待离开时间退出等待航线的时间量。
在另一个实施例中,一种计算符合所需的等待航线离开时间的等待航线飞行路径的方法,包括:a)为在等待航线中飞行的飞行器接收等待离开时间,其中,等待航线由可选等待区域内的一个或多个轨道定义,b)确定等待航线内的飞行器的当前位置,以及c)确定完成当前等待轨道的时间量。该方法还包括:d)如果完成当前等待轨道的所确定的时间量少于留给所需的等待离开时间的时间,则保持在等待航线中飞行并返回步骤b),以及e)确定缩短下一个轨道以在等待离开时间退出等待航线的时间量。
在又一个实施例中,一种非临时计算机可读介质包含计算机程序,其使处理器a)通过在等待航线中飞行的飞行器接收等待离开时间,其中,等待航线由可选等待区域内的一个或多个轨道定义以及b)确定等待航线内的飞行器的当前位置。该计算机程序还使处理器c)确定完成当前等待轨道的时间量;d)如果完成当前等待轨道的所确定的时间量少于留给所需的等待离开时间的时间,则保持在等待航线中飞行并返回步骤b),以及e)确定缩短下一个轨道以在等待离开时间退出等待航线的时间量。
附图说明
图1-3示出本文所述的方法和系统的示范实施例。
图1是根据本发明的一示范实施例的示范等待航线的飞行路径的示意图;
图2是计算符合所需的等待离开时间的等待路径的示范方法的流程图;以及
图3是根据本发明的一示范实施例的飞行管理系统(FMS)的简化示意图。
具体实施方式
通过举例而不是作为限制,以下详细描述示出本发明的实施例。预期本发明对在工业、商业和住宅应用中自动计算符合航途基准点处所需的到达时间(RTA)的等待航线离开时间的分析实施例和方法实施例具有一般应用。
如本文所使用的、以单数形式引述且跟随不定冠词“一”的元件或步骤应当被理解为不排除多个元件或步骤,除非明确说明了这种排除。此外,本发明对“一个实施例”的引用无意于解释为排除同样结合了引用特征的额外实施例的存在。
本发明的实施例通过计算为在某点处精确符合所需的到达时间必需的离开等待航线的时间的最有效方法,促进了减少与飞行器离开等待航线关联的不确定性和减少与人工计算关联的管制员工作量。
图1是根据本发明的一示范实施例的示范等待航线102的飞行路径100的示意图。在示范实施例中,飞行路径100包括飞行器106进入等待航线102的入站航段104。飞行路径100还包括第一转弯航段110、第一直线航段112、第二转弯航段114、第二直线航段108、等待退出点116以及飞行器106退出等待航线102的出站航段118。在入站交通超出机场或空域的能力时,管制员可指示飞行器106进入等待航线102并沿飞行路径100在等待航线102中盘旋,直至机场或空域可容纳飞行器106。等待航线102可由管制员定义或在包含于可加载导航数据库中的公布程序中编码,并且可由飞行直线航段108和112的时间或距离以及转弯航段110和114的半径或倾斜角来指定。通常,每个直线航段108和112的长度119是相等的。沿飞行路径100的每个航段飞行的距离可由在航段中飞行的时间和飞行器速度来确定。虽然显示为“跑道”或椭圆形状,但等待航线102可不同地配置并可包括多个直线航段和/或转弯航段。
在飞行器106在等待航线102中盘旋时,飞行器106定期穿过等待退出点116。从飞行路径100上的任何点到等待退出点116的时间可通过直线航段108和112的长度、转弯航段110和114的长度、飞行器106的速度及任何外部干扰(例如但不限于,风速和风向)来计算。在管制员需要让飞行器106退出等待航线102时,飞行器106可位于飞行路径100上的任何点。为了以有序的方式退出等待航线102,估计飞行器106到达等待退出点116的时间并与按照管制员的命令飞行器需要到等待退出点116的时间进行比较。到达等待退出点116的所需时间可基于到达等待退出点116下游的、所需的到达时间(RTA)点120的所需时间。如果飞行器106到达等待退出点116的预测时间晚于管制员命令的等待退出时间,则飞行路径100的长度必须缩短以在所需的退出时间退出等待航线102。否则,飞行路径100需要至少多一个轨道。
因为飞行器106到达等待退出点116的估计时间晚于所需的等待退出时间,因此轨道长度必须缩短以在所需的等待退出时间退出等待航线102。缩短的轨道122可由大小与转弯航段110和114相似的两个转弯航段124和126定义,并且缩短的直线路径128和130的长度132小于长度119。最小直线航段距离134可用于定义最小等待轨道136并且可被选择作为最小机翼水平距离。
图2是计算符合所需等待离开时间的等待路径的示范方法200的流程图。在示范实施例中,方法200包括接收202所需的到达时间(RTA),例如,到当前飞行器位置下游的航途基准点的RTA由在等待航线中盘旋的飞行器接收。RTA时间可在等待退出点116本身,在这种情况下它表示等待离开时间。在一个实施例中,RTA时间由空中交通管制员或操作计划员提供。方法200还包括计算204所需的等待退出时间。如果RTA指配到等待退出点116,则等待退出时间等于RTA。否则,等待退出时间可考虑到下游航途基准点的RTA和从等待退出点116到RTA航途基准点的估计时间来计算。方法200包括计算206下一个等待交叉时间。使用飞行器的当前位置、目标速度、风和温度数据,计算完成当前等待轨道的估计的到达时间。方法200进一步包括确定208下一个等待交叉时间是否在所需的等待退出时间之后发生。如果预测的下一个等待交叉时间在所需的等待退出时间之后发生,则轨道长度必须缩短以在所需的退出时间退出等待。否则,等待航线中需要至少多一个轨道,并且方法200返回为下一个等待轨道计算206下一个等待交叉时间。
为了缩短当前等待轨道,方法200包括为轨道计算210丢失时间量。例如,如果下一个等待交叉时间在所需的等待退出时间之后,则轨道长度必须缩短以在管制员要求的退出时间退出等待航线。在示范实施例中,在等待航线中的丢失时间计算为估计的等待退出时间与所需的等待退出时间之间的差值。一旦确定从轨道丢失的时间量,通过计算212等待直线航段距离来确定缩短轨道的距离量。为了缩短当前等待轨道长度,两个直线航段的距离被缩短相同的数量。在一备选实施例中,两个直线航段的距离可独立地缩短。在一个实施例中,使用当前等待直线航段时间减去一半丢失时间量计算新等待直线航段时间。等待直线航段距离可计算为等待直线航段时间乘以地速。
方法200包括确定214等待直线航段距离是否小于最小直线航段距离。如果等待直线航段距离小于最小可允许直线航段距离(例如,最小机翼水平距离),则将调整一个以上的等待轨道距离。否则,计算完成216。方法200还包括确定218等待直线航段距离是否等于最小直线航段距离,并且如是,则将等待直线航段距离设为等于最小限制直线航段距离。方法200包括确定220是否存在先前的等待轨道。如果当前正在缩短的轨道之前不存在先前的等待轨道,等待退出时间已被尽可能减小并且无法再进一步减少;计算完成222。否则,如果不存在先前的等待轨道,方法200包括检索224先前的等待轨道信息,包括例如但不限于,直线航段距离以及与先前等待有关的下一个等待交叉时间。重复为轨道计算210丢失时间量和计算212等待直线航段距离的步骤,导致两个缩短的等待轨道,其中第一个使用计算的等待直线航段距离,而第二个使用最小直线航段距离。可选地,可对这两个距离求平均以创建两个相等的等待轨道。
图3是根据本发明的一示范实施例的飞行管理系统(FMS)300的简化示意图。在示范实施例中,FMS 300包括具有处理器304和存储器306的控制器302。处理器304和存储器306经由总线312通信地耦合到同样经由总线314或多个专用总线通信地耦合到多个子系统313的输入输出(I/O)单元310。在多种实施例中,子系统313可包括引擎子系统316、通信子系统318、座舱显示器和输入子系统320、自动驾驶仪子系统322和/或导航子系统324。也可能存在其它未提及的子系统和更多或更少子系统313。座舱显示器和输入子系统320包括在其上显示导航信息、飞行器飞行参数信息、燃油和引擎状态及其他信息的座舱显示器。座舱显示器和输入子系统320还包括多种控制面板,经由这些面板飞行员或导航员可在例如从空中交通管制员接收适当的消息之后将“退出等待”(EH)命令输入FMS 300中。自动驾驶仪子系统322控制更改飞行器路径以遵照FMS 300提供的导航指示的飞行面致动装置。导航子系统324提供当前位置信息给控制器302。虽然图3示出适用于执行方法200(图2中示出)的特定体系结构,但也可以使用FMS 300的其它体系结构。
在示范实施例中,执行方法200的计算机指令与地图、航途基准点、等待航线和用于确定所需飞行路径、航途基准点、转弯及其它飞行器操作(maneuver)的其它有用信息一起驻留在存储器306中。在FMS300执行方法200时,它使用来自导航子系统324的信息和存储在存储器306中的路线\等待航线和飞行器性能信息。这些信息由飞行员或导航员经由座舱显示器和输入子系统320方便地输入和/或从非临时计算机可读介质获得,非临时计算机可读介质例如:包括这些信息、从场外控制系统接收的信号或其组合的CD ROM。
FMS 300可配置成命令自动驾驶仪子系统322移动飞行器的飞行操纵面而无需直接人工干预以实现沿所需缩短的退出路径飞行。备选地,如果自动驾驶仪已脱离,FMS 300可经由例如座舱显示器和输入子系统320中的显示器向飞行员提供路线更改指导或建议,飞行员遵照这些指导或建议,使飞机沿所需缩短的退出路径飞行。控制器302可在独立式硬件中实现或可以是专门地在FMS 300或其它交通工具系统上执行的固件和/或软件构造。
本文所使用的术语处理器指的是中央处理器、微处理器、微控制器、简化指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、以及能够执行本文所述功能的任何其它电路或处理器。
本文所使用的术语“软件”和“固件”是可互换的,并且包括存储器中存储供处理器304运行的任何计算机程序,其中存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型只是示范性的,因而并不是限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。
基于以上说明会意识到,本公开的上述实施例可使用包括计算机软件、固件、硬件或者它们的任何组合或子集的计算机编程技术或工程技术来实现,其中技术效果由飞行器上有效的、自动化的计算提供,以取代当前由空中交通管制员执行的人工的、并且经常不精确的计算。具有计算机可读代码部件的任何这种结果程序可在一个或多个计算机可读介质内实施或提供,由此制作根据本公开讨论的实施例的计算机程序产品、即制造品。计算机可读介质可以非限制性地例如是固定(硬盘)驱动器、磁盘、光盘、磁带、诸如只读存储器(ROM)的半导体存储器和/或诸如因特网或其它通信网络或链路的任何传送/接收介质。可通过直接从一个介质运行代码、通过将代码从一个介质复制到另一个介质、或者通过在网络上传送代码,来制作和/或使用包含计算机代码的制造品。
计算等待路径以符合所需的等待离开时间的方法和系统的上述实施例提供了一种经济高效且可靠的方法,用于提供计算空中等待航线的最佳大小以符合飞行器前方航途基准点处所需的到达时间的自动化的方法。调整“跑道”等待航线中一个以上轨道的直线部分的长度,以在必需的时间离开等待以符合这个到达时间。更具体来说,本文所述的方法和系统促进最小化需要额外推力和燃油消耗的、等待航线中的额外时间。另外,上述方法和系统促进减少繁忙空域中飞行器的整体燃油消耗并减少管制员的工作量。因此,本文描述的方法和系统促进以经济高效且可靠的方式操纵飞行器。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明,以及还使本领域技术人员能实践本发明,包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求确定,且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括与权利要求字面语言无不同的结构要素,或者如果它们具有与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素,则它们规定为在权利要求的范围之内。
配件表
100 | 飞行路径 |
102 | 等待航线 |
104 | 入站航段 |
106 | 飞行器 |
108 | 直线航段 |
110 | 第一转弯航段 |
112 | 第一直线航段 |
114 | 第二转弯航段 |
116 | 等待退出点 |
118 | 出站航段 |
119 | 长度 |
120 | (RTA)点 |
122 | 缩短的轨道 |
124 | 转弯航段 |
126 | 转弯航段 |
128 | 直线航段 |
130 | 直线航段 |
132 | 长度 |
134 | 最小直线航段距离 |
136 | 最小等待轨道 |
200 | 方法 |
202 | 接收所需的到达时间 |
204 | 计算所需的等待退出时间 |
206 | 计算下一个交叉时间 |
208 | 确定下一个等待交叉时间是否晚于所需的等待退出时间 |
210 | 计算丢失时间 |
212 | 计算等待直线航段距离 |
214 | 确定等待直线航段距离是否小于最小直线航段距离 |
216 | 停止 |
218 | 等待直线航段距离等于最小直线航段距离 |
220 | 退出先前的等待轨道? |
222 | 停止 |
224 | 检索先前的等待轨道信息 |
300 | FMS |
302 | 控制器 |
304 | 处理器 |
306 | 存储器 |
310 | 单元 |
312 | 总线 |
313 | 多个子系统 |
314 | 总线 |
316 | 引擎子系统 |
318 | 通信子系统 |
320 | 显示和输入子系统 |
322 | 自动驾驶仪子系统 |
324 | 导航子系统 |
Claims (10)
1.一种为在等待航线(102)中飞行的飞行器(106)自动生成等待路径的等待路径计算系统,其中,所述等待航线由可选等待区域内的一个或多个轨道定义,所述系统包含处理器(304),其配置成:
接收等待离开时间,所述等待离开时间指示所述飞行器将离开所述等待路径的时间;
确定所述等待航线内的所述飞行器的当前位置;
确定完成当前等待轨道的时间量;
如果完成当前等待轨道的所确定的时间量少于留给所述等待离开时间的时间,则保持所述飞行器在所述等待航线中飞行;以及
确定缩短下一个轨道以在所述等待离开时间退出所述等待航线的时间量。
2.如权利要求1所述的系统,其中,计算所述等待离开时间以符合可选的航途基准点处所需的到达时间(RTA)。
3.如权利要求1所述的系统,其中,所述处理器(304)还配置成确定完成所述当前等待轨道的时间与所述等待离开时间之间的差值。
4.如权利要求1所述的系统,其中,所述等待航线包括具有多个直线航段(108、112、128、130)和多个转弯航段(110、124、126)的基本椭圆航迹,所述处理器(304)还配置成使用当前等待航线直线航段时间减去缩短所述下一个轨道的所述时间量,再除以所述多个直线航段的数量来确定新的等待航线直线航段时间。
5.如权利要求1所述的系统,其中,如果第一新等待航线直线航段距离小于最小可允许直线航段距离(134),则所述处理器(304)还配置成确定对一个以上轨道的一个以上等待航线直线航段距离的调整。
6.如权利要求4所述的系统,其中,所述处理器(304)还配置成:
将所述一个以上轨道中的第一个的等待航线(102)直线航段距离设置为最小可允许直线航段距离(134);以及
使用新的等待航线直线航段时间乘以所述飞行器(106)的速度来确定所述一个以上轨道中的第二个的等待航线直线航段距离。
7.如权利要求4所述的系统,其中,所述处理器(304)还配置成将一个以上轨道的所述等待航线(102)直线航段距离设置为以下两个距离的均值:最小可允许直线航段距离(134)和使用新的等待航线直线航段时间乘以所述飞行器(106)的速度的、确定的等待航线直线航段距离。
8.如权利要求4所述的系统,其中,如果第一新的等待航线(102)直线航段距离等于最小可允许直线航段距离(134),则所述处理器(304)还配置成将所述第一新的等待航线(102)直线航段距离调整为等于所述最小可允许直线航段距离。
9.一种非临时计算机可读介质,其包含计算机程序,所述计算机程序使处理器(304):
a)由在等待航线(102)中飞行的飞行器(106)接收等待离开时间,其中,所述等待航线由可选的等待区域内的一个或多个轨道定义;
b)确定所述等待航线内的所述飞行器的当前位置;
c)确定完成当前等待轨道的时间量;
d)如果完成当前等待轨道的所确定的时间量少于留给所述等待离开时间的时间,则保持在所述等待航线中飞行并返回步骤b);以及
e)确定缩短下一个轨道以在所述等待离开时间退出所述等待航线的时间量。
10.如权利要求9所述的非临时计算机可读介质,其包含:使所述处理器(304)确定完成所述当前等待轨道的时间与所述等待离开时间之间的差值的计算机程序。
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