CN104408975B - 飞行器冲突解脱方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种飞行器冲突解脱方法及装置，方法包括：获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器；确定所述第一飞行器与各所述第二飞行器之间的安全收益，并根据各所述安全收益确定所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略。本发明提供的飞行器冲突解脱方法及装置，能够有效保障飞行器的飞行需求，避免飞行器之间出现飞行冲突。

Description

飞行器冲突解脱方法及装置
技术领域
本发明涉及飞行器冲突解脱技术，尤其涉及一种飞行器冲突解脱方法及装置。
背景技术
近年来我国已经发展成为全球第二大航空运输大国，预计未来我国民航市场仍将保持高速增长态势。我国航空运输业的持续高速发展也使空中交通管理系统的安全和效率面临严峻挑战。由于空域资源的有限性，飞行流量的增加使许多主干航路出现高密度、高复杂度的交通状况，导致飞行冲突的概率大大增加，因此飞行冲突解脱作为保障飞行安全的关键技术之一，其方法的研究必要而迫切。
目前关于飞行冲突解脱技术的研究已受到国内外众多学者的广泛关注，其现有的方法大致可以分为概率法、几何法、力场法以及优化法等。
但是，以上这些现有的飞行冲突解脱技术均无法有效保障飞行器的飞行需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种飞行器冲突解脱方法及装置，用以解决现有飞行冲突解脱技术无法有效保障飞行器的飞行需求的问题。
本发明实施例提供一种飞行器冲突解脱方法，包括：
获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器；
确定所述第一飞行器与各所述第二飞行器之间的安全收益，并根据各所述安全收益确定所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略。
本发明实施例还提供一种飞行器冲突解脱装置，包括：
获取模块，用于获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器；
安全收益确定模块，用于确定所述第一飞行器与各所述第二飞行器之间的安全收益；
飞行策略确定模块，用于根据安全收益模块中的各所述安全收益确定所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略。
本发明提供的飞行器冲突解脱方法及装置，通过根据安全收益确定第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略，有效的保障了飞行器的飞行需求，避免飞行器之间出现飞行冲突。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的飞行器冲突解脱方法的流程示意图；
图2为根据本发明另一实施例的飞行器冲突解脱方法的流程示意图；
图3为根据本发明再一实施例的飞行器之间存在潜在飞行冲突的示意图；
图4为根据本发明又一实施例的飞行器冲突解脱方法的流程示意图；
图5为根据本发明另一实施例的飞行器冲突解脱装置的结构示意图；
图6为根据本发明再一实施例的飞行器冲突解脱装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例中的飞行冲突解脱方法具体是基于博弈理论的飞行冲突解脱方法。
实施例一
该飞行器冲突解脱方法适用于各种飞行器，例如飞机、直升机、飞艇等。本实施例的飞行器冲突解脱方法的执行主体是飞行器冲突解脱装置。图1为根据本发明一实施例的飞行器冲突解脱方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的飞行器冲突解脱方法包括：
步骤101，获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器。
实际中，一般将飞行冲突所存在的风险分为两类：风险接近和碰撞冲突。其中，风险接近对应第一冲突阈值，碰撞冲突对应第二冲突阈值，第一冲突阈值大于第二冲突阈值。本实施例中的潜在飞行冲突指的是两架飞行器之间的距离小于预设的第一冲突阈值时的情况。
本实施例的未来预设时间段可以是根据实际需要设定的时间段，例如1秒、1分钟或者10分钟，具体可以根据实际需要进行设定。本实施例的第二飞行器具体指的是，在未来预设时间段内，与第一飞行器之间的最小距离小于预设的第一冲突阈值的飞行器。具体地，可以通过预测第一飞行器以及其他飞行器的航迹轨迹，来确定出第二飞行器。第二飞行器的个数可以为1个，也可以为多个。
步骤102，确定第一飞行器与各第二飞行器之间的安全收益。
本实施例的安全收益反应第一飞行器与第二飞行器之间的安全程度，具体可以根据预设的飞行策略集合中的各飞行策略，获取第一飞行器与每个第二飞行器之间的安全收益。
步骤103，根据各安全收益确定第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略。
本实施例中，通过获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器，从而确定第一飞行器与各第二飞行器之间的安全收益，然后根据各安全收益确定第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略，有效的保障了飞行器的飞行需求，避免飞行器之间出现飞行冲突。
实施例二
本实施例基于实施例一提供一种飞行器冲突解脱方法。图2为根据本发明另一实施例的飞行器冲突解脱方法的流程示意图，如图2所示，该飞行器冲突解脱方法包括：
步骤201，获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器。
该步骤的具体操作为：
确定在未来预设时间段内，第一飞行器与各第三飞行器的最小距离。
获取最小距离小于第一冲突阈值的各第三飞行器作为与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器。
图3为根据本发明再一实施例的飞行器之间存在潜在飞行冲突的示意图，下面以具体实例描述如何确定各待确定飞行器：
如图3所示，ai1为第一飞行器的当前位置，aj1为某一个第三飞行器的当前位置，ai1至ai3的线条为第一飞行器在未来预设时间内的预测航迹轨迹，aj1至aj3的线条为第三飞行器在未来预设时间内的预测航迹轨迹，ai2为第一飞行器在未来预设时间段内第一飞行器与第三飞行器之间出现的最小距离的位置，aj2为第三飞行器在未来预设时间段内第一飞行器与第三飞行器之间出现的最小距离的位置，ai2与aj2之间的距离即是第一飞行器和第三飞行器在未来预设时间内可能出现的最小距离。当ai2与aj2之间的距离小于预设的第一冲突阈值时，确定该第三飞行器为待确定飞行器。
步骤202，获取各待确定飞行器中，优先级级别高于第一飞行器的各第二飞行器。
实际应用中，具有较高优先级的飞行器个体更倾向于只考虑自身的利益，而忽略与较低优先级飞行器的潜在飞行冲突，即优先级较低的飞行器将会首先考虑与较高优先级飞行器的潜在飞行冲突的问题，牺牲自身利益确保整个空域内的飞行安全。
本实施例中的优先级排序依据主要包括离飞行目的地的距离，当前的延误时间，已经飞行的时间，以及剩余计划飞行时间等，当然还可以将上述优先级排序依据的顺序作调整，或者增加新的排序依据，第一个排序的依据的重要性最大，往后依次减弱。
本实施例中，可以预先将第一飞行器与各待确定飞行器按如下规则进行排序，然后获取优先级级别高于第一飞行器的各第二飞行器，具体地：
获取第一飞行器与待确定飞行器的集合的共同集合中，与飞行目的地的距离小于或等于第一预设阈值的第一子集合、以及与飞行目的地的距离大于预设阈值的第二子集合。
按照各飞行器当前的延误时间从长到短，分别对第一子集合各飞行器排序和第二子集合各飞行器排序，获取排序后的第三子集合和第四子集合。
若第三子集合或第四子集合中存在多个延误时间相同的飞行器，则根据已经飞行的时间对延误时间相同的飞行器进行排序，分别获取排序后的第五子集合和第六子集合；
若第五子集合或第六子集合中存在多个已经飞行的时间相同的飞行器，则根据剩余计划飞行时间对已经飞行的时间相同的飞行器进行排序，获取排序后的第七子集合和第八子集合；
根据排序结果，获取第七子集合和第八子集合中优先级高于第一飞行器的各第二飞行器。
如果上述第七子集合或第八子集合中存在多个剩余计划飞行时间相同的飞行器，则可随机指定，或者根据飞行器自身的编号大小进行排序，获取排序后的第九子集合和第十子集合。
以上通过依次根据离目的地的距离，当前延误时间，当前飞行时间，以及剩余计划飞行时间可为第一飞行器及每一个待确定飞行器确定唯一的一个优先级。
本实施例的预设阈值可以为5海里，具体可以根据实际需要设定，在此不做限定。
步骤203，确定第一飞行器与各第二飞行器之间的安全收益。
具体地，根据预设的飞行策略集合中的各飞行策略，获取第一飞行器与各第二飞行器的安全收益
其中，
其中，E'为各第二飞行器构成的集合，aj表示E'中的第j个第二飞行器，j为正整数，为第一飞行器从飞行策略集合中选取的第i个飞行策略，i为正整数，为aj从飞行策略集合中选取的当前飞行策略，RC为预设的第二冲突阈值，RNM为预设的第一冲突阈值，dmin(i,j)为在未来的预设时间段内，第一飞行器与aj的最小距离，dCPA(i,j)表示第一飞行器的当前位置与取得最小距离时对应的位置的距离。
预设的飞行策略集合Si中包括多个飞行策略，第一飞行器从飞行策略集合Si中选择一个飞行策略并获取该飞行策略对应的安全收益。假设飞行策略集合中包括N个飞行策略，则可相应地获取N个安全收益，N是飞行策略集合Si中元素的数量。
步骤204，确定可用飞行策略为第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略。
如果可用飞行策略的个数为1个，则可以将该可用飞行策略作为第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略，如果可用飞行策略的个数为多个，则可以随机从中选取一个可用飞行策略作为第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略。
根据本实施例的飞行器冲突解脱方法，通过仅获取优先级级别高于该第一飞行器的第二飞行器与第一飞行器之间的安全收益，不仅可有效保证该第一飞行器在未来预设时间段内的飞行安全，而且方便快捷，节省计算时间，并且根据安全收益确定第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略，有效的保障了飞行器的飞行需求，避免飞行器之间出现飞行冲突。
实施例三
本实施例对上述实施例的飞行器冲突解脱方法做进一步补充说明，图4为根据本发明又一实施例的飞行器冲突解脱方法的流程示意图，如图4所示，该飞行器冲突解脱方法包括：
步骤301，获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器。
步骤302，获取各待确定飞行器中，优先级级别高于第一飞行器的各第二飞行器。
步骤303，确定第一飞行器与各第二飞行器之间的安全收益。
步骤301-步骤303具体与步骤201-步骤203一致，在此不再赘述。
步骤304，获取值最大的安全收益对应的第一飞行器选取的可用飞行策略，并判断可用飞行策略的个数是否为1，若是，则执行步骤305，若否，则执行步骤306。
根据上述安全收益函数的计算公式可知，安全收益的值越大，其对应的第一飞行器所选取的飞行策略的飞行冲突风险越小。假设，安全收益的最大值所映射的第一飞行器选取的所有飞行策略组成可用飞行策略集合。可用飞行策略的个数可以为1个或多个，即第一飞行器选取不同的可用飞行策略，有可能得到相同的安全收益的值。
步骤305，确定可用飞行策略为第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略。
如果可用飞行策略的值只有1个，则第一飞行器ai在未来预设时间段内将执行这唯一的飞行策略。
由于安全收益函数值越大，其映射的第一飞行器选取的飞行策略飞行的飞行冲突风险越小，所以根据安全收益来确定飞行策略，可有效保证飞行器在未来预设时间段内的飞行安全。
步骤306，获取第一飞行器与各第二飞行器之间的各效率收益。
具体可以根据如下公式确定第一飞行器与各第二飞行器之间的各效率收益
其中，为第一飞行器ai在未来预设时间段内的位置坐标，为的向量，为可用飞行策略，为第一飞行器ai的当前位置的位置坐标，为第一飞行器ai的飞行目的地的位置坐标，为第一飞行器的预设飞行时间，为第一飞行器的当前飞行时间。
效率收益反应了飞行器个体自身利益要求，一般体现在飞行延误、油耗、或者飞行路线等方面，对于实际中不同的飞行任务其侧重点也不相同。例如，效益收益反映了到达要求时间(Required Time of Arrival，简称RTA)对飞行器的约束。
步骤307，将效率收益最大值对应的可用飞行策略作为第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略。
效率收益函数值越大，采用其映射的单纯策略越接近飞行计划安排，以保证依照飞行计划准时到达目的地。因此效率收益函数PIS(sin')的最大值对应的单纯策略就成为既能保证安全飞行，又能最大程度的满足RTA要求的最优飞行策略。
本实施例的飞行器冲突解脱方法，在第一飞行器的飞行安全问题的基础上，进一步考虑第一飞行器自身的效率收益，使得最终确定出的第一飞行器的可用飞行策略更佳，有效保证该第一飞行器在未来预设时间段内的飞行安全。
实施例四
本发明还提供一种飞行器冲突解脱装置，用于执行实施例一的飞行器冲突解脱方法。图5为根据本发明另一实施例的飞行器冲突解脱装置的结构示意图，如图5所示，飞行器冲突解脱装置包括：获取模块401、安全收益确定模块402和飞行策略确定模块403。
其中，获取模块401用于获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器；安全收益确定模块402用于确定第一飞行器与各第二飞行器之间的安全收益；飞行策略确定模块403用于根据安全收益模块中的各安全收益确定第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略。
本实施例的飞行器冲突解脱装置的具体操作方法与实施例一一致，在此不再赘述。
本实施例中，通过获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器，从而确定第一飞行器与各第二飞行器之间的安全收益，然后根据各安全收益确定第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略，有效的保障了飞行器的飞行需求，避免飞行器之间出现飞行冲突。
实施例五
本实施例对实施例四的飞行器冲突解脱装置做进一步补充说明，用于执行实施例二的飞行器冲突解脱方法。
图6为根据本发明再一实施例的飞行器冲突解脱装置的结构示意图，如图6所示，其中，获取模块401包括：
第一获取子模块4011，用于获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器，具体用于：
确定在未来预设时间段内，第一飞行器与各第三飞行器的最小距离；
获取最小距离小于第二冲突阈值的各第三飞行器作为与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器
第二获取子模块4012，用于获取第一获取子模块4011各待确定飞行器中，优先级级别高于第一飞行器的各第二飞行器。
本实施例飞行器冲突解脱装置的操作方法与实施例二一致，在此不再赘述。
本实施例中，通过仅获取优先级级别高于该第一飞行器的第二飞行器与第一飞行器之间的安全收益，不仅可有效保证该第一飞行器在未来预设时间段内的飞行安全，而且方便快捷，节省计算时间，并且根据安全收益确定第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略，有效的保障了飞行器的飞行需求，避免飞行器之间出现飞行冲突。
实施例六
本实施例对实施例四的飞行器冲突解脱装置做进一步补充说明，飞行策略确定模块403具体用于：
获取值最大的安全收益对应的第一飞行器选取的可用飞行策略，并判断可用飞行策略的个数；
若可用飞行策略的个数为1时，则确定可用飞行策略为第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略。
若可用飞行策略的个数为多个，则飞行策略确定模块403具体用于将效率收益最大值对应的可用飞行策略作为第一飞行器在未来预设时间段内的飞行策略。
本实施例飞行器冲突解脱装置的操作方法与实施例三一致，在此不再赘述。
本实施例的飞行器冲突解脱装置，在第一飞行器的飞行安全问题的基础上，进一步考虑第一飞行器自身的效率收益，使得最终确定出的第一飞行器的可用飞行策略更佳，有效保证该第一飞行器在未来预设时间段内的飞行安全。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种飞行器冲突解脱方法，其特征在于，包括：
获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器；
确定所述第一飞行器与各所述第二飞行器之间的安全收益，并根据各所述安全收益确定所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略；其中，所述安全收益用于反映所述第一飞行器与所述第二飞行器之间的安全程度；
根据各所述安全收益确定所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略包括：
获取值最大的安全收益对应的所述第一飞行器选取的可用飞行策略，并判断所述可用飞行策略的个数；
若所述可用飞行策略的个数为多个，则根据如下公式确定所述第一飞行器与各所述第二飞行器之间的各效率收益包括：
其中，所述为所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的位置坐标，所述为的向量，为所述可用飞行策略，所述为所述第一飞行器的当前位置的位置坐标，所述为所述第一飞行器的飞行目的地的位置坐标，所述为所述第一飞行器的预设飞行时间，所述为所述第一飞行器的当前飞行时间；
将所述效率收益最大值对应的可用飞行策略作为所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取在未来预设时间段内，与所述第一飞行器存在潜在飞行冲突的各所述第二飞行器，包括：
获取在未来预设时间段内，与所述第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器；
获取各所述待确定飞行器中，优先级级别高于所述第一飞行器的各第二飞行器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取各所述待确定飞行器中，优先级级别高于所述第一飞行器的各第二飞行器包括：
将所述第一飞行器与各所述待确定飞行器按如下规则进行排序：
获取第一飞行器与所述待确定飞行器的集合的共同集合中，离飞行目的地的距离小于或等于预设阈值的第一子集合、以及离飞行目的地的距离大于所述预设阈值的第二子集合；
按照各飞行器当前的延误时间从长到短，分别对所述第一子集合各飞行器排序和所述第二子集合各飞行器排序，获取排序后的第三子集合和第四子集合；
若所述第三子集合或所述第四子集合中存在多个延误时间相同的飞行器，则根据已经飞行的时间对所述延误时间相同的飞行器进行排序，分别获取排序后的第五子集合和第六子集合；
若所述第五子集合或所述第六子集合中存在多个已经飞行的时间相同的飞行器，则根据剩余计划飞行时间对所述已经飞行的时间相同的飞行器进行排序，获取排序后的第七子集合和第八子集合；
根据排序结果，获取所述第七子集合和所述第八子集合中优先级高于所述第一飞行器的各第二飞行器。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取在未来预设时间段内，与所述第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器包括：
确定在未来预设时间段内，所述第一飞行器与各第三飞行器的最小距离；
获取所述最小距离小于第一冲突阈值的各第三飞行器作为与所述第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述可用飞行策略的个数为1时，则确定所述可用飞行策略为所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略。
6.一种飞行器冲突解脱装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取在未来预设时间段内，与第一飞行器存在潜在飞行冲突的各第二飞行器；
安全收益确定模块，用于确定所述第一飞行器与各所述第二飞行器之间的安全收益；飞行策略确定模块，用于根据安全收益模块中的各所述安全收益确定所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略；其中，所述安全收益用于反映所述第一飞行器与所述第二飞行器之间的安全程度；
飞行策略确定模块具体用于：
获取值最大的安全收益对应的所述第一飞行器选取的可用飞行策略，并判断所述可用飞行策略的个数；
若所述可用飞行策略的个数为多个，则根据如下公式确定所述第一飞行器与各所述第二飞行器之间的各效率收益包括：
其中，所述为所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的坐标位置，所述为的向量，为所述可用飞行策略，所述为所述第一飞行器的当前位置，所述为所述第一飞行器的飞行目的地的位置，所述为所述第一飞行器的预设飞行时间，所述为所述第一飞行器的当前飞行时间；
将所述效率收益最大值对应的可用飞行策略作为所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体包括：
第一获取子模块，用于获取在未来预设时间段内，与所述第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器；
第二获取子模块，用于获取第一获取子模块各所述待确定飞行器中，优先级级别高于所述第一飞行器的各第二飞行器。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二获取子模块具体用于，
将所述第一飞行器与各所述待确定飞行器按如下规则进行排序：
获取第一飞行器与所述待确定飞行器的集合的共同集合中，离飞行目的地的距离小于或等于第一预设阈值的第一子集合、以及离飞行目的地的距离大于预设阈值的第二子集合；
按照各飞行器当前的延误时间从长到短，分别对所述第一子集合各飞行器排序和所述第二子集合各飞行器排序，获取排序后的第三子集合和第四子集合；
若所述第三子集合或所述第四子集合中存在多个延误时间相同的飞行器，则根据已经飞行的时间对所述延误时间相同的飞行器进行排序，分别获取排序后的第五子集合和第六子集合；
若所述第五子集合或所述第六子集合中存在多个已经飞行的时间相同的飞行器，则根据剩余计划飞行时间对所述已经飞行的时间相同的飞行器进行排序，获取排序后的第七子集合和第八子集合；
根据排序结果，获取所述第七子集合和所述第八子集合中优先级高于所述第一飞行器的各第二飞行器。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一获取子模块具体用于，
确定在未来预设时间段内，所述第一飞行器与各第三飞行器的最小距离；
获取所述最小距离小于第一冲突阈值的各第三飞行器作为与所述第一飞行器存在潜在飞行冲突的各待确定飞行器。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，飞行策略确定模块具体用于：
若所述可用飞行策略的个数为1时，则确定所述可用飞行策略为所述第一飞行器在所述未来预设时间段内的飞行策略。
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