CN103310661A - 机场场面路网模型及机场场面冲突检测临界告警算法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种机场场面路网模型，将机场航空器地面移动路径分为岔口组件、滑行道组件、跑道组件以及滑行道组件端口。还提出了一种机场场面冲突检测临界告警算法，包括首先对每一航空器，按照航空器的地面路径及航空器速度计算航空器进入和离开全部组件的时间；随后对每一岔口组件和每一滑行道组件，判断是否在该组件内存在碰撞风险。采用本发明所述的机场场面路网模型及机场场面冲突检测临界告警算法，显著提高了机场安全性检测效率，运行实时性得到了保证，并具有更好的稳定性和鲁棒性。

Description

机场场面路网模型及机场场面冲突检测临界告警算法

技术领域

本发明属于软件算法领域，涉及一种机场场面路网模型及机场场面冲突检测临界告警算法。

背景技术

机场场面交通系统构成十分复杂，不仅有大量航空器的推出、开车、滑行、起飞、着陆，还有为航空器提供地面保障作业的大量特种服务车辆、设备及人员的活动。为防止地面运行航空器之间、航空器与特种车辆、设备、人员之间发生冲突和碰撞，必须对机场进行有效分区并建立统一的地面活动引导与控制。机场可供航空器运行的场地包括：跑道、快速出口滑行道、滑行道、联络道、机坪以及临近机场的低高度空域等，其中，机坪允许特种服务车辆、设备及人员进入。机场活动区及临近空域内航空器、车辆运行必须遵守统一的交通规则，即飞行基本规则和民用机场航空器活动区道路交通安全管理规则。例如：飞机在跑道上起降应符合起飞着陆最小间隔；地面滑行时交叉道口相遇，一方应在中间停止位置标志以外等待；禁止对头滑行；跟进滑行应符合50m最小间隔；有飞机进近着陆时禁止其他飞机进入电磁敏感区和临界区。

目前已有研究试图采用几何冲突探测、微积分、智能仿真、线性和非线性规划、管制最小安全间隔和安全程序等方法解决冲突探测问题。与之相关的场面目标避撞技术涉及面广，系统较为复杂，国外一些基于A-SMGCS概念开发的系统还处于工程验证阶段。莱斯公司研发的机场场面监视系统原型是少数比较成熟的产品之一，技术上通过预测航空器过同一点时间差来判定滑行冲突。欧洲猫空管自动化系统具备一定的计划冲突探测功能，旨在解决流量管理问题，依据推算和统计飞经同一导航台的航班量及时间间隔，启用相应的飞行流量控制策略。

采用碰撞检测方法研究航空器在跑道、滑行道上的冲突问题，容易忽视机场构形、路网对运动轨迹及空间分布的影响，航空器运行须接受管制干预，同时满足一定的条件约束，如遵循航空器滑行牵引规定和机场活动区道路安全交通管理规则等，现有技术无法处理对头滑行僵局等情况，交叉口等待让行时容易产生虚警；需要有高精度监视信号的支持，冲突检测的准确性过分依赖于监视目标定位的精度，系统稳定性和鲁棒性差。

发明内容

为克服传统技术过分依赖实时监测精度，容易产生虚警的技术缺陷，本发明公开一种机场场面路网模型及机场场面冲突检测临界告警算法。

机场场面路网模型，将机场航空器地面移动路径分为岔口组件、滑行道组件、跑道组件以及滑行道组件端口；其中滑行道组件包括机场内全部航空器地面移动通道；岔口组件包括航空器暂停区、及滑行道组件的交叉点；所述岔口组件包括岔口定义点，所述岔口定义点为预先定义的岔口组件的核心点；所述岔口组件和滑行道组件的公共端为滑行道组件端口；所述跑道组件为按照机场安全规则定义的包围跑道的多边形区域；还包括机场信息数据库，所述机场信息数据库包括所有岔口定义点、滑行道组件端口及滑行道组件拐点的名称和经纬坐标，所述滑行道组件拐点为不是直线的滑行道在方向改变时的拐点。

优选的，所述机场场面路网模型对岔口组件、滑行道组件、及滑行道组件端口的命名遵循如下规则：岔口组件和滑行道组件名称都由标识字符串和组件名称字符串组合组成；其中岔口组件的组件名称字符串与岔口定义点名称相同；滑行道组件端口为名称由该端口连接的相邻两个组件的组件名称字符串组合而成。

优选的，所述机场信息数据库还包括组件数据库，所述组件数据库包括全部岔口组件和滑行道组件的道路通过等级信息。

本发明还公开一种机场场面冲突检测临界告警算法，基于如上所述机场场面路网模型，包括如下步骤：

步骤1.对每一航空器，按照航空器的地面路径及航空器速度计算航空器进入和离开全部组件的时间；

步骤2.对每一岔口组件，将进入该岔口组件的全部航空器按照进入时间先后顺序排序；比较前一航空器离开岔口组件是否晚于后一航空器进入岔口组件的时间，是则报警，否则继续后续岔口组件判断；

步骤3.对每一滑行道组件，将进入该滑行道组件的全部航空器按照进入时间先后顺序排序；判断前后两航空器滑行方向是否相对，是则进入步骤301，否则进入步骤302；

步骤301.判断前一航空器离开滑行道组件是否晚于后一航空器进入滑行道组件的时间，是则报警，否则继续后续判断；

步骤302.判断前一航空器和后续任一航空器的路径距离在滑行时间段内是否均小于预设距离，是则报警，否则继续后续判断；

上述步骤1之后的步骤2和步骤3顺序可以先后对调，步骤301和步骤302为步骤3的组成部分。

优选的，所述步骤1还包括判断航空器是否不高于其通过的全部地面路径的最低道路通过性等级，是则继续后续步骤，否则报警。

优选的，所述步骤1中根据按照航空器的地面路径及航空器速度计算航空器进入和离开岔口组件的时间、及进入和离开滑行道组件的时间的具体方法为：

根据航空器的地面路径中提供的全部岔口组件名称，从机场信息数据库中调取岔口定义点、滑行道组件端口，滑行道拐点，根据上述点的经纬坐标，计算路径上相邻两点的距离；

计算岔口组件的路径距离，滑行道组件的路径距离，根据航空器速度，计算航空器进入和离开岔口组件的时间、及进入和离开滑行道组件的时间。

优选的，还包括步骤4.跑道组件占用判断步骤，所述跑道组件占用判断步骤包括：

步骤401.对每一跑道组件，判断跑道组件内是否有两个以上航空器同时出现；若是，进入步骤402，否则继续后续判断；

步骤402.根据航空器在跑道组件内出现的时间、方位、速度和运动方向，判断航空器运行路径上是否存在碰撞风险；

所述步骤2、3、4的前后顺序可以任意调换。

进一步的，所述步骤402具体实现方式为：

A．通过两个航空器在跑道组件的初始坐标和速度方向，计算得出两个航空器在跑道组件内的运动轨迹；所述运动轨迹方程分别为y-y1=k1(x-x1)和为y-y2=k2(x-x2)；其中（x1,y1）、(x2,y2)分别为两个航空器在跑道组件内的初始坐标，k1和k2为斜率；

B.判断斜率k1和k2是否相同，是则进入步骤B1，否则进入步骤C；

B1.判断两个航空器速度方向是否相同，是则结束步骤B1进行后续判断，否则报警；

C.根据两个运动轨迹方程计算两个航空器运动轨迹交点，判断两个航空器的速度方向是否均指向该交点；是则报警。

进一步的，所述步骤401中采用并行算法判断跑道组件内是否有两个以上航空器同时出现。

本发明所述的机场场面路网模型，涵盖了机场场地基本要素，体现了机场构形、路网、地面运行规则对运动轨迹及空间分布的影响，便于按照分类采取不同措施，例如算法进行安全管理，防止航空器违反机场场面路网安全规定，体现了机场构形、路网、地面运行规则对运动轨迹及空间分布的影响。本发明公开的机场场面冲突检测临界告警算法，将冲突检测转化为查验未来时刻是否存在被两架及以上飞机同时占用的组件，避免了对飞机的穷举，显著提高了检测效率，系统运行实时性得到了保证，使系统具有更好的稳定性和鲁棒性。

附图说明

图1示出本发明所述机场场面路网模型的一种具体实施方式示意图，图1中折线箭头为某航空器的地面路径示意图；

图2示出本发明所述机场场面冲突检测临界告警算法的一种具体实施方式示意图；

图3示出本发明所述跑道组件的多边形区域一个具体实施例；

图4示出本发明所述跑道组件占用判断步骤的一个具体实施方式流程图；

各图中附图标记名称为：1-岔口定义点 2-滑行道组件端口 3-滑行道组件拐点 4-岔口组件 5-滑行道组件 21-升降带 22-电磁敏感区。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述机场场面路网模型主要应用于机场航空器的地面路径管理，防止各个航空器在地面运行时违反机场航空器地面运行管理办法。

本发明所述机场场面路网模型，将机场航空器地面移动路径分为岔口组件4、滑行道组件5、跑道组件以及滑行道组件端口2；

其中滑行道组件包括机场内全部航空器地面移动通道；例如包括机场中的快速出口滑行道、滑行道、联络道等，岔口组件包括航空器暂停区、及滑行道组件的交叉点；例如停机坪、保养修理区、及滑行道交叉口等。岔口组件所述岔口组件包括岔口定义点1，所述岔口定义点为预先定义的岔口组件的核心点；所谓岔口定义点为定义岔口组件的几何关键点，例如停机坪的飞机停靠点，滑行道交叉口的路口中心点等，每个岔口组件只有一个岔口定义点。滑行道为岔口组件定义区域所述岔口组件和滑行道组件的公共端为滑行道组件端口为滑行道组件的进出端口，在机场场面地面路径网络中，除跑道外，该路径网络全部可以由滑行道组件和岔口组件组成。如图1示出本发明所述机场场面路网模型的一个具体实例，该实例中不包括跑道。岔口组件位于机场场面路网的各个终端，在现实机场中对应机场的停机坪，修理区等；岔口组件连接各个滑行道组件，滑行道组件对应现实机场中各个滑行道、联络道等，滑行道组件的交汇点也定义为岔口组件，连接各个不同走向的滑行道组件。

根据机场安全规则，跑道组件的安全定义范围为以跑道边界为基础，向外扩展一定安全距离形成的多边形区域，如图3所示出跑道组件的一个具体实施例，跑道组件在跑道的两侧向外扩张一定距离作为升降带，在跑道的进口和出口处设置半圆形及斜角形区域作为塔台的电磁敏感带，所述跑道组件为按照上述机场安全规则定义的包围跑道的多边形区域。跑道组件不仅包括多边形的地面部分，还包括多边形区域上方一定高度的对应空域，跑道组件的地面和空中区域边界都由机场安全规则决定。

 机场安全规则对岔口组件和滑行道组件的安全规则定义不同，例如对于岔口组件，即停机坪或滑行道交叉口，任何时刻不允许同时出现2个以上的航空器。而对于滑行道组件，在滑行道组件内可以同时出现2个以上航空器，但禁止对头滑行，即两架航空器在同一滑行道上方向相反的滑行；滑行道组件允许两架航空器在同一滑行道上同方向滑行，但彼此间距任何时刻不能小于五十米。对于跑道，跑道安全性等级远高于岔口组件和滑行道组件，因此跑道不能归于上述两种组件。

本发明所述机场场面路网模型涵盖了机场场地基本要素，对机场场面路径按照安全规则分类，便于按照分类采取不同措施，例如算法进行安全管理，防止航空器违反机场场面路网安全规定，体现了机场构形、路网、地面运行规则对运动轨迹及空间分布的影响。

机场场面路网模型中还包括机场信息数据库，机场信息数据库包括所有上述岔口定义点、滑行道组件端口及滑行道组件拐点的名称和经纬坐标。所谓滑行道组件拐点3为不是直线的滑行道在方向改变时的折点，例如图1的右下角部分示出的一个滑行道内就包括两个滑行道拐点3。利用滑行道拐点和滑行道组件端点义将滑行道分为若干直线段连接而成的路径，利用各点的经纬坐标，算出每段直线段的长度，则可以得出滑行道的路径总长度。

基于上述机场场面路网模型，本发明提供一种机场场面冲突检测临界告警算法，包括如下步骤：

步骤1.对每一航空器，按照航空器的地面路径及航空器速度计算航空器进入和离开岔口组件的时间、及进入和离开滑行道组件的时间；

步骤2.对每一岔口组件，将进入该岔口组件的全部航空器按照进入时间先后顺序排序；比较前一航空器离开岔口组件是否晚于后一航空器进入岔口组件的时间，是则报警，否则继续后续判断；

对全部跑道组件，重复以上算法；

步骤3.对每一滑行道组件，将进入该滑行道组件的全部航空器按照进入时间先后顺序排序；判断前后两航空器滑行方向是否相对，是则进入步骤301，否则进入步骤302；

步骤301.判断前一航空器离开滑行道组件是否晚于后一航空器进入滑行道组件的时间，是则报警，否则继续后续判断；

步骤302.判断前一航空器和后续任一航空器的路径距离在滑行时间段内是否均小于预设距离，是则报警，否则继续后续判断；

上述步骤1之后的步骤2和步骤3顺序可以先后对调，步骤301和步骤302为步骤3的组成部分。

本发明采用临界互斥原则对机场场面路径进行管理，即两个航空器如果在同一时间出现，必然不能占用同一个空间。与之对应的临界互斥检测算法体现在本算法步骤2和步骤3对两个航空器是否同时出现在某一组件的判断过程中。

在读入航空器路径和航空器速度等初始数据后，首先根据航空器路径和航空器速度，计算出各个航空器在各个组件的进入时间和离开时间，由于将机场场面路径（不含跑道）的岔口组件和滑行道组件分别遵循不同的安全规则，步骤2和步骤3分别针对岔口组件和滑行道组件进行安全判断，岔口组件的安全规则为任何时刻不允许同时出现两架以上的航空器，符合临界互斥原则。具体实现方式为比较前一航空器离开岔口组件是否晚于后一航空器进入岔口组件的时间，是则报警，否则继续后续判断，所谓后续判断即继续判断下一航空器或下一岔口组件，遍历单一岔口组件的全部航空器和全部岔口组件，直至全部岔口组件判断完毕。对跑道组件，可以采用与岔口组件相同的算法，实现对全部跑道组件的判断。

滑行道组件安全规则虽然允许同一滑行道内同时存在两个航空器，但同一滑行道组件内的航空器滑行方向必须相同，不允许存在滑行方向相反的两个航空器同时出现在同一滑行道组件内。对同向航行在同一滑行道组件的两个航空器，路径距离必须大于预设距离，所谓预设距离为根据具体的机场滑行道安全规则定义，例如目前中国机场规定为五十米，则预设距离可以是大于五十米的任何值。步骤3中先行判断不同航空器的方向是否相反，是则报警，否则进入距离判断。遍历单一滑行道组件的全部航空器和全部滑行道组件，直至全部滑行道组件判断完毕。

下面以岔口组件为例，采用软件语言和自然语言结合介绍临界互斥检测算法实现，软件领域技术人员通过阅读上述文档，可以无障碍的理解并实现本发明所述临界互斥检测算法。Z(i) 表示第i个航空器。

步骤A1：按Z(i).in 由小到大顺序对k架飞机排序

步骤A2：遍历所有岔口组件，

For j=1 to k-1

If  Z(j).out> Z(j +1).in   

  If 两机的下一组件同为ZJCros（i）.name；

或一机当前组件为ZJCros（i）.name另一机下一组件为ZJCros（i）.name

或两机当前组件同为ZJCros（i）.name

报警   

        end if

End if

If  Z(j).out= Z(j +1).in   

If 出口名称=进口名称   

报警   

End if

End if

Next j

由于Z(i).in和Z(i).out的引入，临界互斥检测是基于一个时间段来进行的，因此，冲突探测的准确性不再像以往研究那样过分依赖于监视目标定位的精度，系统有更好的稳定性和鲁棒性。

上述步骤1中根据按照航空器的地面路径及航空器速度计算航空器进入和离开岔口组件的时间、及进入和离开滑行道组件的时间可以采用插值法，具体实现步骤为：

根据航空器的地面路径中提供的全部岔口组件名称，选择路径上的岔口定义点、滑行道组件端口，滑行道拐点，根据上述点的经纬坐标，计算路径上相邻两点的距离；

计算岔口组件的路径距离，滑行道组件的路径距离，根据航空器速度，计算航空器进入和离开岔口组件的时间、及进入和离开滑行道组件的时间。

本发明所述机场场面路网模型中对岔口组件、滑行道组件和滑行道组件端口的命名优选的可以遵循如下规则：岔口组件和滑行道组件名称都由标识字符串和组件名称字符串组合组成；其中岔口组件的组件名称字符串与岔口定义点名称相同；滑行道组件端口的名称由该端口连接的相邻两个组件的组件名称字符串组合而成。

例如对岔口组件，规定岔口组件的标识字符串为ZJ,组件名称字符串为CROS2134，其中CROS2134即为该岔口组件的岔口定义点名称，则该岔口组件的名称可以为ZJCROS2134。对滑行道组件，规定滑行道组件的标识字符串为ZJ,组件名称字符串为TWY3344，则滑行道组件名称组合为ZJTWY3344。对连接该滑行道组件和岔口组件的滑行道端口，命名由它们的组件名称字符串组合而成，为CROS2134：TWY3344。通过对岔口组件和滑行道组件以及滑行道端口采用上述命名规则，即可从岔口组件的定义表中查询得到与该岔口组件连接的滑行道端口名称，进而可以从该滑行道端口名称进一步得出与滑行道端口连接的滑行道组件名称。因此，只要知道航空器地面滑行路径的几个岔口组件名称，即可得出航空器地面滑行路径所经过的全部岔口组件、滑行道组件及滑行道端口，从而有利于后续数据处理和算法实现，以及方便在数据库中进行动态表查询。

前述计算航空器进入和离开各个组件时间的插值法应用于采用上述命名规则的机场场面路网模型时，调入航空器路径时只需要路径上全部岔口组件的名称，即可逐次推出路径上全部滑行道端口、滑行道组件，并计算路径长度和航空器到达离开时间。

机场滑行道、联络道、停机坪、跑道等按照不同的航空器种类，都有设定的通过等级，例如设计给小型支线客机使用的联络道，由于宽度，转弯半径，承重能力等各方面限制，不能供大型干线宽体客机使用，但反之则可以。即每条路径都有航空器的允许通过等级，只能通过不高于道路通过等级的航空器。

如果在上述机场信息数据库中增加组件数据库存储全部岔口组件和滑行道组件的道路通过等级信息。则可以实现对航空器路径的道路通过性检测。具体实现方式可以是在本发明所述机场场面冲突检测临界告警算法中，在步骤1中加入判断航空器是否不高于其通过的全部地面路径的最低道路通过性等级的步骤。全部地面路径包括该航空器移动路径中全部组件，例如岔口组件、滑行道组件、跑道组件的道路通过性等级，其中道路通过性等级最低的组件仍然不低于该航空器等级，则表示路径可以无害通过。否则将报警。

由于跑道组件的占用形式较为复杂，跑道侵入监视告警一方面可以通过上述岔口组件的类似检测方法进行判断，另外还可以以并行检测算法检测以非正常方式进入跑道的情况。并行检测算法是已得到成熟运用的现有技术，在本发明中，所述并行检测算法首先定义跑道侵入安全保护区多边形区域，如图3所示。该区域覆盖了升降带21、电磁敏感区22和跑道外等待点以及临近空域某高度以下一个多边形区域，飞机最后进近阶段和起飞阶段关键位置点可由具体机场管制单位定义。并行检测方法在现有技术中已有描述。并行检测方法的实质是判断一个点是否处在一个多边形区域内，配合热点区域组件的定义，可以依据环境变化对冲突检测范围和灵敏度度进行调整，故在决策支持功能方面有较好的弹性.。

本发明所述机场场面冲突检测算法中，如果增加跑道组件占用判断步骤，则对跑道组件的占用判断步骤可以采用下面的实现方式：

步骤401.对每一跑道组件，判断跑道组件内是否有两个以上航空器同时出现；若是，进入步骤402，否则继续后续判断；

步骤402.根据航空器在跑道组件内出现的时间、方位、速度和运动方向，判断航空器运行路径上是否存在碰撞风险。

与前述对滑行道组件的判断方式类似，首先判断跑道组件内是否有两个以上航空器同时出现，如果没有，则继续判断其他航空器或其他跑道组件，若有，则根据航空器在跑道组件内出现的时间、方位、速度和运动方向，判断航空器运行路径上是否存在碰撞风险。碰撞风险的判断原则根据机场安全规定，在跑道组件内，两架航空器运动轨迹平行时，相对而行即认为有碰撞风险，运动轨迹不平行时，两架航空器都朝运动轨迹的交点运动也认为有碰撞风险。所述步骤401中可以采用如前所述的并行算法判断跑道组件内是否有两个以上航空器同时出现。

对跑道组件内有两个以上航空器的碰撞风险判断可以采用如下步骤：

A．通过两个航空器在跑道组件的初始坐标和速度方向，计算得出两个航空器在跑道组件内的运动轨迹；所述运动轨迹方程分别为y-y1=k1(x-x1)和为y-y2=k2(x-x2)；其中（x1,y1）、(x2,y2)分别为两个航空器在跑道组件内的初始坐标，k1和k2为斜率；

B.判断斜率k1和k2是否相同，是则进入步骤B1，否则进入步骤C；

B1.判断两个航空器速度方向是否相同，是则结束步骤B1进行后续判断，否则报警。

C.根据两个运动轨迹方程计算两个航空器运动轨迹交点，判断两个航空器的速度方向是否均指向该交点；是则报警。

步骤A计算出两个航空器的运动轨迹后，按照运动轨迹是否平行分别进行判断，步骤B和B1对运动轨迹平行下的碰撞风险进行苹果，斜率为建立在跑道组件上的平面直角坐标中航空器运动轨迹上X和Y的变化比值，标志着运动轨迹的方向，斜率相同则两个航空器的运动轨迹平行，运动轨迹平行时进一步判断二者运动方向即速度方向是否相同，这里的速度为矢量，速度方向相同，则同向运动没有碰撞风险，相反则两个航空器相向而行，认为有碰撞风险。运动轨迹不平行则进入步骤C判断两个航空器是否同时朝向运动轨迹的交点移动。两个航空器只要有其中一个的运动方向不是指向航空器运动轨迹交点，则认为没有碰撞风险，只有两个航空器的运动方向均指向运动轨迹交点时，才会报警。

如图4示出对跑道组件内有两个以上航空器的碰撞风险判断的一种具体实施方式，在判断出跑道组件内同时出现两个航空器后，读入两个航空器的速度矢量S1，S2及航空器在跑道组件的初始坐标，根据速度矢量和初始坐标计算两个航空器在跑道组件内的运动轨迹方程，y-y1=k1(x-x1)和为y-y2=k2(x-x2)；其中（x1,y1）、(x2,y2)分别为两个航空器在跑道组件内的初始坐标，k1和k2为斜率；随后判断斜率k1和k2是否相同，相同则继续判断航空器的速度方向是否相同，相同则认为无碰撞风险，否则报警。如果斜率k1和k2不同，则计算出两个航空器的运动轨迹交点，判断两个航空器运动方向是否均指向该交点。

图4中给出的判断方式为先计算出两个航空器所处方位指向交点的矢量V1和V2，由于航空器在跑道组件内为直线运行，交点为两个航空器运动轨迹上的共同点，因此航空器在运动轨迹上的点指向交点的矢量方向处处相等。随后依次对矢量方向与对应航空器速度方向是否相等，先判断V1与S1方向是否相同，相同则随后判断V2与S2方向是否相同，两个航空器只要有其中一个的运动方向不是指向航空器运动轨迹交点，则认为没有碰撞风险，当两个航空器的运动方向均指向运动轨迹交点时，即V1与S1方向相同且V2与S2方向相同时，才会报警。

     前文所述的实施方式中若出现三个以上航空器同时出现在滑行道组件或跑道组件中时，则可以将全部航空器任意两两组合，依次判断每一组合内的两个航空器。本领域技术人员及软件编写人员采用现有技术容易实现前述的遍历各个组合、各个组件的软件实现方法。

本发明提出的机场场面路网模型，涵盖了机场场地基本要素，体现了机场构形、路网、地面运行规则对运动轨迹及空间分布的影响，便于按照分类采取不同措施，例如算法进行安全管理，防止航空器违反机场场面路网安全规定，体现了机场构形、路网、地面运行规则对运动轨迹及空间分布的影响。

对机场场面路网模型的数据库中各个组件的命名规则采用了组合式相关命名方式，方便后续数据处理和算法实现，利于实现在数据库中进行动态表查询，并便于实现插值法判断。

本发明公开的机场场面冲突检测临界告警算法，将冲突检测转化为查验未来时刻是否存在被两架及以上飞机同时占用的组件，避免了对飞机的穷举，显著提高了检测效率，系统运行实时性得到了保证，使系统具有更好的稳定性和鲁棒性。

对跑道组件的检测方法能快速检测以非正常方式进入跑道（禁区）的情况，配合热点区域组件的定义，可以依据环境变化对冲突检测范围和灵敏度度进行调整，在决策支持功能方面有较好的弹性。

本发明中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。 

Claims (9)

1.机场场面路网模型，其特征在于：将机场航空器地面移动路径分为岔口组件（4）、滑行道组件（5）、跑道组件以及滑行道组件端口（2）；

其中滑行道组件包括机场内全部航空器地面移动通道；岔口组件包括航空器暂停区、及滑行道组件的交叉点；所述岔口组件包括岔口定义点，所述岔口定义点为预先定义的岔口组件的核心点；所述岔口组件和滑行道组件的公共端为滑行道组件端口；

所述跑道组件为按照机场安全规则定义的包围跑道的多边形区域；

还包括机场信息数据库，所述机场信息数据库包括所有岔口定义点（1）、滑行道组件端口（2）及滑行道组件拐点（3）的名称和经纬坐标，所述滑行道组件拐点（3）为不是直线的滑行道在方向改变时的拐点。

2.如权利要求1所述机场场面路网模型，其特征在于，所述机场场面路网模型对岔口组件、滑行道组件、及滑行道组件端口的命名遵循如下规则：

 岔口组件和滑行道组件名称都由标识字符串和组件名称字符串组合组成；其中岔口组件的组件名称字符串与岔口定义点名称相同；

滑行道组件端口为名称由该端口连接的相邻两个组件的组件名称字符串组合而成。

3.如权利要求2所述机场场面路网模型，其特征在于：所述机场信息数据库还包括组件数据库，所述组件数据库包括全部岔口组件和滑行道组件的道路通过等级信息。

4.机场场面冲突检测临界告警算法，其特征在于，基于如权利要求1所述机场场面路网模型，包括如下步骤：

步骤1.对每一航空器，按照航空器的地面路径及航空器速度计算航空器进入和离开全部组件的时间；

步骤2.对每一岔口组件，将进入该岔口组件的全部航空器按照进入时间先后顺序排序；比较前一航空器离开岔口组件是否晚于后一航空器进入岔口组件的时间，是则报警，否则继续后续岔口组件判断；

步骤3.对每一滑行道组件，将进入该滑行道组件的全部航空器按照进入时间先后顺序排序；判断前后两航空器滑行方向是否相对，是则进入步骤301，否则进入步骤302；

步骤301.判断前一航空器离开滑行道组件是否晚于后一航空器进入滑行道组件的时间，是则报警，否则继续后续判断；

步骤302.判断前一航空器和后续任一航空器的路径距离在滑行时间段内是否均小于预设距离，是则报警，否则继续后续判断；

上述步骤1之后的步骤2和步骤3顺序可以先后对调，步骤301和步骤302为步骤3的组成部分。

5.如权利要求4所述机场场面冲突检测临界告警算法，其特征在于：基于如权利要求3所述机场场面路网模型，所述步骤1还包括判断航空器是否不高于其通过的全部地面路径的最低道路通过性等级，是则继续后续步骤，否则报警。

6.如权利要求4所述机场场面冲突检测临界告警算法，其特征在于：基于如权利要求2所述机场场面路网模型，所述步骤1中根据按照航空器的地面路径及航空器速度计算航空器进入和离开岔口组件的时间、及进入和离开滑行道组件的时间的具体方法为：

根据航空器的地面路径中提供的全部岔口组件名称，从机场信息数据库中调取岔口定义点、滑行道组件端口，滑行道拐点，根据上述点的经纬坐标，计算路径上相邻两点的距离；

计算岔口组件的路径距离，滑行道组件的路径距离，根据航空器速度，计算航空器进入和离开岔口组件的时间、及进入和离开滑行道组件的时间。

7..如权利要求4所述机场场面冲突检测临界告警算法，其特征在于：还包括步骤4.跑道组件占用判断步骤，所述跑道组件占用判断步骤包括：

步骤401.对每一跑道组件，判断跑道组件内是否有两个以上航空器同时出现；若是，进入步骤402，否则继续后续判断；

步骤402.根据航空器在跑道组件内出现的时间、方位、速度和运动方向，判断航空器运行路径上是否存在碰撞风险；

所述步骤2、3、4的前后顺序可以任意调换。

8..如权利要求7所述机场场面冲突检测临界告警算法，其特征在于：所述步骤402具体实现方式为：

A．通过两个航空器在跑道组件的初始坐标和速度方向，计算得出两个航空器在跑道组件内的运动轨迹；所述运动轨迹方程分别为y-y1=k1(x-x1)和为y-y2=k2(x-x2)；其中（x1,y1）、(x2,y2)分别为两个航空器在跑道组件内的初始坐标，k1和k2为斜率；

B.判断斜率k1和k2是否相同，是则进入步骤B1，否则进入步骤C；

B1.判断两个航空器速度方向是否相同，是则结束步骤B1进行后续判断，否则报警；

C.根据两个运动轨迹方程计算两个航空器运动轨迹交点，判断两个航空器的速度方向是否均指向该交点；是则报警。

9..如权利要求7所述机场场面冲突检测临界告警算法，其特征在于：所述步骤401中采用并行算法判断跑道组件内是否有两个以上航空器同时出现。

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