CN103680213A - 用于确定合适航点位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于确定合适航点位置的方法。所述方法可包括减少将要分析的所述空间体积，并且分析所述空间体积的减小的体积，以及根据预定的适合性标准确定合适航点位置。

Description

用于确定合适航点位置的方法

技术领域

本发明涉及一种确定合适航点位置的方法。

背景技术

当代飞机可以包括飞行管理系统(FMS)。FMS使得各种各样的飞行中任务(in-flight tasks)自动完成，并且FMS主要功能之一就是飞行计划的飞行中管理。飞行计划可以模型化成轨迹，所述轨迹可以包括多个航点。通常需要确定替代航点或未来航点，并且确定此类航点可能会是一种复杂过程，因为存在几乎无尽的可能性。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及一种用于在空间体积内确定合适位置以供放置飞机飞行计划航点的方法，所述方法包括:基于地形数据库来在所述空间体积内标识第一边界;基于所述飞机的性能范围(performance envelope)来在所述空间体积内标识第二边界;在所述第一边界与所述第二边间之间界定所述空间体积的减小的体积;以及根据预定的适合性标准，针对所述合适航点位置分析所述空间体积的所述减小的体积。

作为优选，分析所述空间的所述减小的体积包括步进式搜索所述空间体积的所述减小的体积的子部分来根据所述预定的适合性标准确定合适航点位置。

作为优选，所述预定的适合性标准包括以下至少之一:目的地到达时间、气象偏好以及接近度偏好。

作为优选，其进一步包括标识所述空间体积的所述减小的体积的非理想部分。

作为优选，所述空间体积的所述减小的体积的所述非理想部分包括基于气象数据库的非理想气象的位置。

作为优选，所述空间体积的所述减小的体积的所述非理想部分包括基于禁飞数据库的禁飞区。

作为优选，分析所述空间的所述减小的体积包括排除所述非理想部分对所述空间的所述减小的体积进行分析。

在另一个实施例中，本发明涉及一种用于在空间体积内确定合适位置以供放置飞机飞行计划航点的方法，所述方法包括:基于地形数据库和所述飞机的性能范围，通过去除无法飞行部分以使所述空间体积减小以供分析，从而界定减小的空间体积;通过去除所述减小的空间体积的非理想飞行部分以使所述减小的空间减小，从而界定可接受的空间体积;以及根据预定的适合性标准，针对所述合适航点位置分析所述空间体积的所述可接受的体积。

作为优选，分析所述可接受的体积包括步进式搜索所述可接受的空间体积来根据所述预定的适合性标准确定合适航点位置。

作为优选，所述预定的适合性标准包括以下至少之一:目的地到达时间、气象偏好以及接近度偏好。

作为优选，所述非理想飞行部分包括基于气象数据库的非理想气象的位置。

作为优选，所述减小体积的所述非理想飞行部分包括基于禁飞数据库的禁飞区。

附图说明

在附图中:

图1是飞机以及其中可以实施本发明的实施例的地面站的透视图;

图2是根据本发明的实施例的其中可以确定合适位置以供放置飞机飞行计划航点的示例性空间体积的视觉图示的示意图;

图3是根据本发明的实施例的其中界定减小空的间体积的示例性空间体积的视觉图示的示意图;

图4是根据本发明的实施例的其中界定可接受的空间体积的示例性空间体积的视觉图示的示意图;以及

图5是根据本发明的实施例的将要分析的示例性空间体积的视觉图示的示意图。

具体实施方式

图1描绘一架飞机10，所述飞机可以执行本发明的实施例并且可以包括连接到机身14上的一个或多个推进发动机12、定位在机身14中的驾驶舱16以及从机身14向外延伸的机翼组件18。能使飞机10正确操作的多个飞机系统20以及控制器30还有具有无线通信链路32的通信系统也可包括在内。控制器30能够可操作地连接到多个飞机系统20。控制器30也可以与飞机10的其他控制器连接。控制器30可以包括存储器34，存储器34可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或如光盘、DVD、CD-ROM等一个或多个不同类型的便携式电子储存器，或者可以包括这些类型的存储器的任何合适组合。控制器30可以包括一个或多个处理器36，处理器可以运行任何合适程序。控制器30可为FMS的一部分或能够可操作地连接到FMS。

计算机可搜索信息数据库可以存储在存储器34中并且可由处理器36访问。处理器36可以运行可执行指令集，以便显示数据库或访问数据库。或者，控制器30能够可操作地连接到信息数据库。例如，可将此种数据库存储在替代计算机或控制器中。应理解，数据库可为任何合适的数据库，其中包括具有多个数据集的单个数据库、链接在一起的多个离散数据库或甚至简单数据表格。可预期地是，数据库可以涵盖多个数据库，或数据库实际上可为多个单独数据库。

数据库可以存储数据以及额外数据，所述数据可以包括特定地理地形、包括跑道和机场布局在内的人造物体以及包括飞机交通信息、地理政治信息、水文信息以及禁飞区在(no-fly zones)内的额外数据。数据库还可包括跑道数据、飞机性能数据、发动机性能数据、当前气象条件以及历史性能数据。这种数据可以存储作为飞机性能属性、地理约束以及气象约束。

或者，可预期地是，数据库可与控制器30分开，但可与控制器30进行通信，这样使得所述数据库可由控制器30访问。例如，可预期地是，数据库可以被包含在便携式存储装置上，并且在此类情况下，飞机10可以包括用于接纳便携式存储装置的端口，而且此类端口将与控制器30进行电子通信，以使控制30能够读出便携式存储装置的内容。另外可预期地是，数据库可以通过无线通信链路32进行更新，并且通过这种方式即可将如关于空中交通和气象条件的信息等实时信息包括在数据库中而且这些信息可由控制器30进行访问。

此外，可预期地是，此数据库可以位于飞机10外部，处于如航线运营中心、飞行运营控制部门等位置处或另一位置处。控制器30能够可操作地连接到无线网络，数据库信息可以通过所述无线网络来提供到控制器30。例如，气象数据可从气象数据库中获得，所述气象数据库可以包含实时气象数据或预测气象数据。此类气象数据库可以包含关于某些气象相关现象的信息(例如，风速、风向、温度等等)，而且可以包含涉及可视性(例如，有雾、多云等等)、降水(雨水、冰雹、雪、冻雨等等)以及其他气象信息的数据。由于在航线计算中必须考虑空气温度、风向以及风速以便确保飞机可以准确遵循所需航线，因此气象数据库可以包括本地空域的3D实时温度和风模型，还可包括4D预测数据。气象数据库可以根据特定纬度、经度以及海拔来存储此类实时或预测气象数据。

尽管已经示出商用飞机，但可预期地是，本发明的实施例可以在任何位置实施，包括在地面系统42处的计算机40中实施。此外，上述数据库也可位于目标服务器或计算机40中，所述目标服务器或计算机可位于指定的地面系统42处并且包括所述地面系统。或者，所述数据库可位于另一地面位置。地面系统42可经由无线通信链路44来与其他设备通信，包括远离计算机40的控制器30和数据库。地面系统42可以是任何类型的通信地面系统42，例如，航线控制或飞行操作部门。

控制器30和计算机40中的一者可包括具有可执行指令集的计算机程序的全部或一部分，其中所述可执行指令集用于在空间体积内确定合适位置以供放置用于飞机10的飞行计划航点。不管是控制器30还是计算机40运行用于确定合适位置的程序，所述程序均可包括一定的计算机程序产品，所述计算机程序产品可包括用于携载或存储有机器可读指令或数据结构的机器可读媒体。此类机器可读媒体可以是任何可用的媒体，可由通用或专用计算机或者具有处理器的其他机器访问。通常，此类计算机程序可包括具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、部件、数据结构、算法等。机器可执行指令、相关数据结构以及程序表示用于执行信息交换的程序代码的实例，如本说明书中所公开。例如，机器可执行指令可包括指令和数据，所述指令和数据致使通用计算机、专用计算机或专用处理机来执行某一功能或功能组。

应理解，飞机10和计算机40仅表示可经配置用于实施本发明的实施例的两个示例性实施例。在操作期间，飞机10和/或计算机40可在空间体积内确定合适位置以供放置用于飞机10的飞行计划航点。借助非限制性实例，控制器30和/或计算机40可以利用来自飞行员的输入，数据库和/或来自航线控制或飞行操作部门的信息，以在空间体积内确定合适位置以供放置用于飞机10的飞行计划航点。合适的航点位置确定之后，便可用在飞机10的飞行计划中。例如，如果控制器30运行所述程序，那么合适的航点便可由飞机10的FMS使用。或者，如果计算机40运行所述程序，那么合适的航点便可上传或以其他方式传递到飞机10。

图2示出在诸如飞机10等飞机的飞行计划下的地形的可视表示，所述地形可被视为空间体积50。应理解，所述可视表示可以通过各种方式以图形示出，并且所述可视表示可以采用任何类型的形式，包括2D地图、3D地图、地形地图等等，而且并不与本发明的实施例相关，而是仅仅用于解释说明的目的。包括一个或多个航点54的飞行计划52的至少一部分已显示在空间体积50内。形成飞行计划52的信息，包括用于航点54的信息，均可由飞行员、一个或多个数据库和/或来自航线控制或飞行操作部门的信息提供。空间体积50也已示为包括人造物体56和恶劣气象58等，而上述人造物体56和恶劣气象58等信息也可得自飞行员、一个或多个数据库和/或得自航线控制或飞行操作部门。

在空间体积50内确定合适位置以供放置用于飞机的飞行计划航点的过程中，方法的实施例可包括基于地形数据库和飞机的性能范围，通过去除空间体积50中的不可能飞行部分来减小(reducing)空间体积50以供分析，从而界定减小的(reduced)空间体积。参考图3，不可能飞行部分包括部分60、部分62以及部分64。基于地形数据库，部分60和部分62可以被确定为不可能飞行部分。具体而言，部分60已示为包括山岭地形，而所述山岭地形将阻止飞机在此类区域中安全飞行。此外，部分62已示为包括人造物体，例如，摩天楼，而所述人造物体将阻止飞机在此类区域中安全飞行。通过这种方式，应理解，基于地形数据库来减小空间体积50可以包括基于地理特定地形信息和人造物体信息来进行减小。此外，可基于飞行计划52和航点54的先前部分(prior portions)来做出此类决定。

基于按飞行计划52飞行的飞机的性能范围，部分64可被确定为不可能飞行。作出此类确定的依据可以是飞机性能数据，包括飞机的性能范围、发动机性能数据、历史性能数据，以及飞行计划52和航点54的先前部分。飞行计划52的先前部分可以是用户选择的、从FMS上传的或者从航线操作中心上传的，航点54也可以包括飞机10的当前位置。与航点54以及飞行计划52的先前部分均相关的信息可由控制器30和/或计算机40用来确定在空间体积50的特定部分中飞行的不可能性。飞行计划52的先前部分可以向控制器30和/或计算机40给出额外的信息，以相对于航点54来对飞机10的航向起作用。控制器30和/或计算机40可以确定所述位置是否不可能飞行，方式是确定在飞机10按照包括所述空间体积的飞行计划行进的情况下，是否会超出飞机或空域参数。

应理解，基于多种约束和此类约束的任何数目个组合，可以确定所述部分。例如，基于地形数据库以及按飞行计划52飞行的飞机的性能范围，可以排除一部分。此外，可以考虑额外的约束，例如，飞行员或航线约束。控制器30和/或计算机40在确定合适位置以供放置飞行计划航点时也可考虑所述飞行员或航线约束。例如，飞行员的飞行偏好可为其中一种约束类型。如果飞行员不想在特定山岭范围内飞行，那么此类信息可用于确定合适位置以供放置飞行计划航点。如果针对特定位置会超出所述约束，那么此类位置可被确定为不合适的，并且可从空间体积50去除。

在实施方案中，所述信息或者一个或多个约束可以转化成算法，所述算法可以转化成包括可执行指令集合的计算机程序，所述可执行指令集合可由控制器30和/或计算机40执行。通过这种方式，一个或多个具体类型的区域可与约束进行比较，并且如果所述区域满足所述约束，那么可以做出决定。如果满足的话，那么空间体积50中的区域可被视为合适的。如果不满足的话，那么空间体积50中的区域可被视为不合适的，并且可从空间体积50去除。通过上述方式减小空间体积50即可界定减小的空间体积67。

图4示出通过去除减小的空间体积67中的非理想飞行部分，减小的空间体积67可进一步减小以供分析，从而界定可接受的(acceptable)空间体积70。基于气象数据库，所述非理想飞行部分可包括非理想气象所在位置。例如，已示出非理想飞行部分72，其中恶劣气象58包括在空间体积50中。此外，基于禁飞数据库，减小的体积的非理想飞行部分可包括禁飞区。借助额外的实例，非理想飞行部分74已示为处于空间体积50中，而且可与禁飞数据库中指定的任何区域相关联，包括跳伞位置、军事禁飞区、地缘政治禁飞区等等。空中交通信息也可用于界定各种禁飞区，而且此类区域可从减小的空间体积67去除，从而界定可接受的空间体积70。

根据预定的适合性标准，随后可针对合适的航点位置来分析可接受的空间体积70。此类预定的适合性标准可包括以下至少一者:目的地到达时间、气象偏好以及接近度(proximity)偏好、速度偏好、倾斜角(bnak angle)偏好等等。所述目的地到达时间可包括目的地到达的合适时间的范围。气象偏好可包括距恶劣气象的优选距离。接近度偏好可包括停留在军事行动区域等禁飞区之外，或者距高海拔特征的优选距离。考虑到上述任何量的信息，控制器30和/或计算机40可确定合适位置以供放置飞行计划航点。

借助非限制性实例，图5示出根据预定的适合性标准来针对合适的航点位置分析可接受的空间体积70的一个实例。具体而言，根据预定的适合性标准，可在步进式(step-wise)搜索中分析一个或多个空间体积80的各个子部分。在实施方案中，一个或多个适合性标准可以转化成算法，所述算法可以转化成包括可执行指令集合的计算机程序，所述可执行指令集合可由控制器30和/或计算机40执行。通过这种方式，一个或多个体积可与适合性标准进行比较，并且如果所述体积80或体积80的一部分满足所述适合性标准，那么可以做出决定。如果满足的话，那么体积80或体积80的一部分可被视为合适位置以供放置飞行计划航点。

通过这种方式，基于至少一个适合性标准来确定合适位置以供放置飞行计划航点可包括控制器30和/或计算机40将飞行计划52与可接受的空间体积70内的飞行计划航点的至少一部分与至少一个适合性标准进行比较。例如，这可包括将飞机沿着飞行计划52与可接受的空间体积70内的飞行计划航点的轨迹与至少一个适合性标准进行比较。这可包括基于以下至少一项来生成预测轨迹:气象、地形、固定障碍物和可变障碍物以及飞机10的飞行特性或性能属性。本发明的实施例可使用地形、气象和额外信息的数据库来生成即将与至少一个适合性标准进行比较的预测轨迹。可预期的是，确定合适位置以供放置飞行计划航点可包括在飞机10沿着飞行计划52飞行的同时确定合适位置。因此，在预测飞机10的轨迹时还可考虑飞机10的当前时间和位置。

借助非限制性实例，预测出飞机10的轨迹之后，所述轨迹便可与至少一个适合性标准进行比较。作为一个实例，预测轨迹可与目的地到达时间进行比较。如果控制器30和/或计算机40确定飞行计划52与可接受的空间体积70内的飞行计划航点的一部分将致使目的地到达时间未得到满足，那么便可确定此类空间体积中的飞行计划航点的位置并不适于放置飞行计划航点。

本说明书中所用术语“满足”至少一个适合性标准是指可接受的空间体积70内的带有航点的预测轨迹满足预定的至少一个适合性标准，如等于、小于或大于所述至少一个适合性标准。应理解，这种确定可能易于改变，以便通过肯定/否定比较结果或者真实/错误比较结果满足。例如，当数据进行数字转化时，通过应用大于测试，即可易于满足小于所述至少一个适合性标准。应理解，在确定飞行计划52与可接受的空间体积70内的飞行计划航点的一部分的不适用性或适用性时，可使用不适合性标准。在这种情况下，如果确定飞行计划52与可接受的空间体积70内的飞行计划航点的一部分并未满足所述不适合性标准，那么它便合适。

应理解，在空间体积内确定合适位置以供放置用于飞机的飞行计划航点的方法比较灵活，而且上述方法的实施仅仅用于解释说明的目的。例如，确定合适位置以供放置用于飞机的飞行计划航点可包括基于地形数据库中的信息在空间体积50内标识第一边界66。在所示实例中，此类第一边界66可将部分60和部分62从空间体积50中排除。基于用于飞机的性能范围，可在空间体积50内标识第二边界68。在所示实例中，此类第二边界68可将部分64从空间体积50中排除。通过这种方式，第一边界66和第二边界68可界定减小的空间体积67。尽管第一边界66和第二边界68已示为具有锐边界线，但可预期的是，基于用于飞机的性能范围，此类边界线可以变得平滑。此外，可预期的是，根据预定的适合性标准，可针对合适的航点位置来分析减小的空间体积67。例如，这可包括根据预定的适合性标准或者分析减小的空间体积67的任何其他合适的方法，针对合适的航点位置来步进式搜索减小的空间体积67的子部分。此外，可预期的是，分析可以包括分析排除或包括非理想部分的减小体积。

此外，应理解，尽管以上附图参考二维地图，但本发明的实施例能够在三维或四维空间体积内确定合适位置以供放置用于飞机的飞行计划航点。借助非限制性实例，在三维体积中，空间体积可以改变，其中高度为5,000英尺，山脊(foot ridge)可不限于30,000英尺而是处于3,000英尺。此外，将航点向上或向下移动的能力可有效增加。

上述实施例提供多种益处，包括可以有效而迅速地确定空间体积内的合适位置以供放置飞行计划航点。本发明的上述实施例立即评估不合适的区域，并且将它们从争用航点放置的整个空间体积中去除。去除不可能飞行区域和/或非理想飞行区域之后，可以针对航点放置来分析剩余的减小的空域体积。上述实施例在更多的计算完成之前确定可用于航点的总空域体积，从而在分析完全执行之前，通过预测可用的空域来消除额外计算并且提高速度和性能。技术效果在于，上述实施例降低了所需的计算能力并且加速确定飞机计划航点的合适放置。

本说明书使用各种实例来公开本发明，其中包括最佳模式，并且还使所属领域的任何技术人员能够实施本发明，其中包括制造并且使用任何装置或系统而且执行任何所涵盖的方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果此类其他实例具有的结构元素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类其他实例包括的等效结构元素与权利要求书的字面意义并无实质差别，那么此类其他实例意图也在权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种用于在空间体积内为飞机确定适合放置飞行计划航点的位置的方法，所述方法包括:

基于地形数据库在所述空间体积内标识第一边界;

基于所述飞机的性能范围在所述空间体积内标识第二边界;

在所述第一边界和所述第二边界之间限定所述空间体积的减小的体积;以及

分析所述空间体积的所述减小的体积，以根据预定的适合性标准确定合适航点位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中分析所述空间的所述减小的体积包括步进式搜索所述空间体积的所述减小的体积的子部分来根据所述预定的适合性标准确定合适航点位置。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述预定的适合性标准包括以下至少之一:目的地到达时间、气象偏好以及接近度偏好。

4.如权利要求1所述的方法，其进一步包括标识所述空间体积的所述减小的体积的非理想部分。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述空间体积的所述减小的体积的所述非理想部分包括基于气象数据库的非理想气象的位置。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述空间体积的所述减小的体积的所述非理想部分包括基于禁飞数据库的禁飞区。

7.如权利要求4所述的方法，其中分析所述空间的所述减小的体积包括排除所述非理想部分对所述空间的所述减小的体积进行分析。

8.一种用于在空间体积内为飞机确定适合位置放置飞行计划航点的位置的方法，所述方法包括:

基于所述飞机的地形数据库和性能范围去除无法飞行部分来限定减小的空间体积，从而减少要分析的空间体积;

去除所述减小的空间体积的非理想飞行部分来限定可接受的空间体积，从而减小要分析的所述减小的空间体积;以及

分析所述空间体积的所述可接受的体积，以根据预定的适合性标准确定合适航点位置。

9.如权利要求8所述的方法，其中分析所述可接受的体积包括步进式搜索所述可接受的空间体积来根据所述预定的适合性标准确定合适航点位置。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述预定的适合性标准包括以下至少之一:目的地到达时间、气象偏好以及接近度偏好。

11.如权利要求8所述的方法，其中所述非理想飞行部分包括基于气象数据库的非理想气象的位置。

12.如权利要求8所述的方法，其中所述减小体积的所述非理想飞行部分包括基于禁飞数据库的禁飞区。

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