CN103065505B - 一种空中交通流量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空中交通流量控制系统，其包括一流量控制配置工具、一触发管理器、一裁决器以及分别与在航线中各个航路点对应的控制点排序集群。本发明主要利用控制点排序集群，综合考虑各种影响航空器飞行的因素，在充分利用空域资源的情况下，合理控制航空器自起飞至落地各阶段的飞行时刻、路线、高度和速度等飞行情况，从而有效减少了航路拥堵问题，提高了航班的运行效率，实现了对空中交通流量的控制管理。

Description

一种空中交通流量控制系统

技术领域

本发明涉及航空管理领域，尤其涉及一种空中交通流量控制系统。

背景技术

目前，随着民航运输的持续快速发展，空中交通流量增长势头迅猛，机场、空域和航线网络节点的拥挤现象严重，航路拥堵、航班延误问题突出，因此，如何在复杂空域结构以及各种限制条件下（如：天气、特情、流控、军方活动、高空风、航空公司因素等），自适应并合理地控制空中交通的流量已成为社会广泛关注的热点问题，也成为了业内人士致力研究的课题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种空中交通流量控制系统，以在充分利用空域资源的情况下，缓解机场、空域和航线网络节点的拥挤现象，减少航班延误问题。

本发明所述的一种空中交通流量控制系统，其包括一流量控制配置工具、一触发管理器、一裁决器以及分别与在航线中各个航路点对应的控制点排序集群，其中，

每个所述控制点排序集群首先按照时间顺序建立包含有多个时间段的时间片，然后接收并根据所述流量控制配置工具发送的流量控制信息，设定该控制点排序集群所对应的航路点在不同时间段的通过频率，并根据该通过频率调整不同时间段的宽度，接着接收并根据所述触发管理器发送的携带包括航空器类型的航班对象信息，判断该航空器类型，当该航空器类型为地面航空器时，则为所述航空器预分配时间上最早且空闲的时间段，当该航空器类型为空中航空器时，则为所述航空器预分配时间上最早的时间段，最后向所述裁决器发送预分配的时间段所对应的上限时刻和下限时刻；

所述裁决器接收所有所述控制点排序集群发送的上限时刻和下限时刻，并选取所有所述上限时刻中的最大值，选取所有所述下限时刻中的最小值，比较该最大值和最小值，当该最小值大于该最大值时，向所述触发管理器发送分配成功指令以及所述上限时刻的最大值，否则向所述触发管理器发送分配失败指令以及所述上限时刻的最大值；

当所述触发管理器接收到所述分配成功指令以及上限时刻的最大值时，则控制每个所述控制点排序集群将各自的预分配给所述航空器的时间段作为所述航空器允许通过该控制点排序集群对应的航路点的实际时间段，并将该实际时间段标记为非空闲，同时将该上限时刻的最大值作为航空器的最早预计起飞时刻；

当所述触发管理器接收到所述分配失败指令以及上限时刻的最大值时，则将该上限时刻的最大值分别发送至所有所述控制点排序集群，并控制每个所述控制点排序集群根据该上限时刻的最大值，重新为该航空器预分配在时间上与该上限时刻的最大值最接近且空闲的时间段，直至接收到所述裁决器发送的所述分配成功指令。

在上述的空中交通流量控制系统中，所述系统还包括实时情况采集分布集群，其采集所述航空器通过各个所述航路点的实际时刻，并将该实际时刻分别发送至与航路点对应的所述控制点排序集群。

在上述的空中交通流量控制系统中，所述系统还包括实时情况观察集群，其接收各个所述控制点排序集群发送的分配给所述航空器的实际时间段，以监控并显示空中交通的流量信息。

在上述的空中交通流量控制系统中，所述系统还包括通过网络与所述流量控制配置工具、触发管理器、裁决器、控制点排序集群、实时情况采集分布集群以及实时情况观察集群连接的运行维护终端。

在上述的空中交通流量控制系统中，所述航路点的通过频率与所述时间段的宽度成反比。

在上述的空中交通流量控制系统中，每个所述控制点排序集群通过网络与所述流量控制配置工具、触发管理器、裁决器、实时情况采集发布集群以及实时情况观察集群连接。

在上述的空中交通流量控制系统中，所述裁决器通过网络与所述触发管理器连接。

在上述的空中交通流量控制系统中，所述流量控制信息携带包括限制条件、航行情报、气象预报、军方活动和/或管制协议。

在上述的空中交通流量控制系统中，所述航班对象信息携带包括航班号、起落机场、航路点信息、飞行速度和/或飞行高度。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明主要利用控制点排序集群，综合考虑各种影响航空器飞行的因素，在充分利用空域资源的情况下，合理控制航空器自起飞至落地各阶段的飞行时刻、路线、高度和速度等飞行情况，从而有效减少了航路拥堵问题，提高了航班的运行效率，实现了对空中交通流量的控制管理。

附图说明

图1是本发明一种空中交通流量控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1所示，本发明，即一种空中交通流量控制系统，包括：可视化的流量控制配置工具1、触发管理器2、裁决器3、分别与在航线中各个航路点对应的控制点排序集群4、实时情况采集分布集群5、实时情况观察集群6以及运行维护终端7，其中，运行维护终端7通过网络分别与流量控制配置工具1、触发管理器2、裁决器3、控制点排序集群4、实时情况采集分布集群5以及实时情况观察集群6连接，控制点排序集群4通过网络与流量控制配置工具1、触发管理器2、裁决器3、实时情况采集发布集群5以及实时情况观察集群6连接，裁决器3通过网络与触发管理器2连接。

下面对上述各部分的工作原理进行详细说明。

首先，各个控制点排序集群4按照时间顺序建立包含有多个时间段的时间片，也称为基准时间片。

然后，各个控制点排序集群4接收并根据流量控制配置工具1发送的流量控制信息，设定该控制点排序集群4所对应的航路点在不同时间段的通过频率，并根据该通过频率调整不同时间段的宽度；其中，流量控制信息携带包括限制条件、航行情报、气象预报、军方活动和/或管制协议等信息，航路点的通过频率与时间段的宽度成反比，即，流量控制信息中记录的各种飞行条件越严，则该航路点的通过频率越低，从而使时间段的宽度越大，也就是说，对该航路点而言，经过一段较长的时间只能通过一架航空器；反之，流量控制信息中记录的各种飞行条件越松，则该航路点的通过频率越高，从而使时间段的宽度越小，也就是说，对该航路点而言，经过一段较短时间就能通过一架航空器；另外，当航路点在某一时间段的通过频率为0时，则表示该航路点在该时间段内不允许有航空器通过，此时，可以将该时间段标记为关闭，已关闭的时间段在后续的过程中被直接跳过，而不需要再考虑其是否空闲。

接着，各个控制点排序集群4接收并根据触发管理器2发送的携带包括航空器类型的航班对象信息，判断该航空器类型，当该航空器类型为地面航空器（即，航空器尚未起飞）时，则为该航空器预分配时间上最早（即表示在时间片中排序最靠前）且空闲（即表示预计在该时间段尚无航空器通过）的时间段（也称为G占位或顺延占位，即有空隙则占位，遇到试图占位时间段已被占位时，则顺延下一个时间段进行占位，以此类推），当该航空器类型为空中航空器（即，航空器已起飞）时，则为该航空器预分配时间上最早的时间段（也称为P占位或海盗占位，即遇到试图占位时间段已被占位，则强制对该时间段进行占位），最后向裁决器3发送预分配的时间段所对应的上限时刻和下限时刻，其中，航班对象信息还携带包括航班号、起落机场、航路点信息、飞行速度和/或飞行高度等信息。

此时，裁决器3接收所有控制点排序集群4发送的上限时刻和下限时刻，并选取所有上限时刻中的最大值（即时间上最晚），以及选取所有下限时刻中的最小值（即时间上最早），比较该最大值和最小值，当该最小值大于该最大值时（即，存在可以通过各个航路点的公共时间范围），向触发管理器2发送分配成功指令以及上限时刻的最大值，否则向触发管理器2发送分配失败指令以及上限时刻的最大值。

当触发管理器2接收到裁决器3发送的分配成功指令以及上限时刻的最大值时，则控制各个控制点排序集群4将各自的预分配给航空器的时间段作为该航空器允许通过该控制点排序集群对应的航路点的实际时间段，从而得出该航空器允许通过该航路点的实际放行时间，并将该实际时间段标记为非空闲（即表示预计在该时间段有航空器通过），同时将该上限时刻的最大值作为航空器的最早预计起飞时刻。

当触发管理器2接收到裁决器3发送的分配失败指令以及上限时刻的最大值时，则将该上限时刻的最大值分别发送至各个控制点排序集群4，并控制各个控制点排序集群4根据该上限时刻的最大值，重新为该航空器预分配在时间上与该上限时刻的最大值最接近且空闲的时间段，然后重复上述过程，直至接收到裁决器3发送的分配成功指令。

本发明中的实时情况采集分布集群5可通过雷达、ACARS、ADS-B等手段采集航空器通过各个航路点的实际时刻，并将该实际时刻分别发送至与航路点对应的控制点排序集群4，从而可以便于控制点排序集群4计算航空器从本航路点到相邻航路点的飞行时间。

本发明中的实时情况观察集群6用于接收各个控制点排序集群4发送的分配给航空器的实际时间段，以从不同的视角监控空中交通的流量，并以不同的图形化方式显示空中交通的流量信息。

本发明中的运行维护终端7用于维护系统中其他各部分运行的安全性和可靠性。

下面举例对本发明可以实现的作用进行进一步说明。

情景一：计算航班的最早预计起飞时刻

空中航路点a受外管制区限制，限定每过10分钟允许一架航班通过航路点a；空中航路点b点受军方活动影响，限定每过20分钟允许一架航班通过航路点b；某尚未起飞的航班XXX1111根据其飞行路线分析受航路点a、b控制，现需要计算其最早预计起飞时刻。

首先，用户通过流量控制配置工具1发布上述限制条件，航路点a、b所对应的控制点排序集群4分别接收到相应的限制条件后，航路点a对应的控制点排序集群4建立以10分钟为间隔的时间片（即，该时间片中的时间段宽度为10分钟），航路点b对应的控制点排序集群4建立以20分钟为间隔的时间片（即，该时间片中的时间段宽度为20分钟）。

其次，触发管理器2收集航班XXX1111的各相关要素（即，航班对象信息）发送于各控制点排序集群4。

接着，各控制点排序集群4选择各自时间片中最早的空闲时间段，并将该时间段对应的上限时刻和下限时刻发送给裁决器3。

然后，裁决器3对两个上限时刻和两个下限时刻进行比较计算，根据计算结果向触发管理器2发送相应的指令，如果分配成功，则两个上限时刻中的最大值即为航班XXX1111的最早预计起飞时刻，如果分配不成功，则根据两个上限时刻中的最大值重新为航班分配时间段，直到分配成功，且在分配成功情况下的两个上限时刻中的最大值即为航班XXX1111的最早预计起飞时刻。

情景二：预测航路点的繁忙程度

实时情况观察集群6通过在一段时间内观察控制点排序集群4的时间片中各时间段的空闲情况，就可以知道该段时间内的流量繁忙程度，并可以GIS方式展现该段时间内特定航路点的预计航班过点数量，即非空闲的时间段的数量。

需要理解的是，本发明可以实现的作用不仅限于上述列举的情况，还可实现各类流量管理应用，包括战术、预战术、战略等。

综上所述，本发明综合考虑各种影响航空器飞行的因素，在充分利用空域资源的情况下，为航空器分配合理的通过各航路点的时间段，从而避免航路拥堵或航班冲突的情况发生，实现空中交通流量的有效控制和管理，进而提高航班的运行效率以及飞行的安全性。

另外，本发明在软件上，采用了并行软件构架，并运用了分布式计算的思想，即，采用了模块化设计，把复杂的逻辑结构拆分成了各种简单的功能模块，并每种功能模块都部署在所属的硬件集群上，各集群间通过消息格式来发送信息，集群内部各服务器都执行相同的功能，并发式的处理各种事务，从而高效地完成数据处理业务，同时具有扩展性强（即随时可以新增控制点计算，由于是并行处理，所以不影响计算速度）、对设备性能要求低、计算速度快、模块之间耦合度低（系统稳定）等优点。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (9)

1.一种空中交通流量控制系统，其特征在于，所述系统包括一流量控制配置工具、一触发管理器、一裁决器以及分别与在航线中各个航路点对应的控制点排序集群，其中，

每个所述控制点排序集群首先按照时间顺序建立包含有多个时间段的时间片，然后接收并根据所述流量控制配置工具发送的流量控制信息，设定该控制点排序集群所对应的航路点在不同时间段的通过频率，并根据该通过频率调整不同时间段的宽度，接着接收并根据所述触发管理器发送的携带包括航空器类型的航班对象信息，判断该航空器类型，当该航空器类型为地面航空器时，则为所述地面航空器预分配时间上最早且空闲的时间段，当该航空器类型为空中航空器时，则为所述空中航空器预分配时间上最早的时间段，最后向所述裁决器发送预分配的时间段所对应的上限时刻和下限时刻；

所述裁决器接收所有所述控制点排序集群发送的上限时刻和下限时刻，并选取所有所述上限时刻中的最大值，选取所有所述下限时刻中的最小值，比较该最大值和最小值，当该最小值大于该最大值时，向所述触发管理器发送分配成功指令以及所述上限时刻的最大值，否则向所述触发管理器发送分配失败指令以及所述上限时刻的最大值；

当所述触发管理器接收到所述分配成功指令以及上限时刻的最大值时，则控制每个所述控制点排序集群将各自的预分配给所述航空器的时间段作为所述航空器允许通过该控制点排序集群对应的航路点的实际时间段，并将该实际时间段标记为非空闲，同时将该上限时刻的最大值作为航空器的最早预计起飞时刻；

当所述触发管理器接收到所述分配失败指令以及上限时刻的最大值时，则将该上限时刻的最大值分别发送至所有所述控制点排序集群，并控制每个所述控制点排序集群根据该上限时刻的最大值，重新为该航空器预分配在时间上与该上限时刻的最大值最接近且空闲的时间段，直至接收到所述裁决器发送的所述分配成功指令。

2.根据权利要求1所述的空中交通流量控制系统，其特征在于，所述系统还包括实时情况采集分布集群，其采集所述航空器通过各个所述航路点的实际时刻，并将该实际时刻分别发送至与航路点对应的所述控制点排序集群。

3.根据权利要求2所述的空中交通流量控制系统，其特征在于，所述系统还包括实时情况观察集群，其接收各个所述控制点排序集群发送的分配给所述航空器的实际时间段，以监控并显示空中交通的流量信息。

4.根据权利要求3所述的空中交通流量控制系统，其特征在于，所述系统还包括通过网络与所述流量控制配置工具、触发管理器、裁决器、控制点排序集群、实时情况采集分布集群以及实时情况观察集群连接的运行维护终端。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的空中交通流量控制系统，其特征在于，所述航路点的通过频率与与其对应的时间段的宽度成反比。

6.根据权利要求5所述的空中交通流量控制系统，其特征在于，每个所述控制点排序集群通过网络与所述流量控制配置工具、触发管理器、裁决器、实时情况采集发布集群以及实时情况观察集群连接。

7.根据权利要求6所述的空中交通流量控制系统，其特征在于，所述裁决器通过网络与所述触发管理器连接。

8.根据权利要求1-4、6、7中任意一项所述的空中交通流量控制系统，其特征在于，所述流量控制信息携带包括限制条件、航行情报、气象预报、军方活动和/或管制协议。

9.根据权利要求1-4、6、7中任意一项所述的空中交通流量控制系统，其特征在于，所述航班对象信息携带包括航班号、起落机场、航路点信息、飞行速度和/或飞行高度。