CN106097780B - 一种基于数据中心的分布式飞行数据处理方法 - Google Patents

一种基于数据中心的分布式飞行数据处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明的公开了一种基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，将执行航班计划的各责任管制区的空管自动化系统都纳入分布式系统，采用同一个数据中心系统以及采用本发明中设计的进行飞行数据交换报文协议信息的收集、处理、分发；同时建立了数据中心系统与空管自动化系统飞行数据交互时机和处理方法。从而实现分布式空中交通管制自动化系统对同一航班的飞行数据保持一致。

Description

一种基于数据中心的分布式飞行数据处理方法
技术领域
本发明涉及空中交通管制领域，尤其是一种飞行数据交互时机和处理方法。
背景技术
目前，我国各地空管部门的空中交通管制自动化系统(以下简称空管自动化系统)都具有自己完整、独立的飞行数据处理系统(FDPS)，接收处理不同来源的飞行电报、飞行计划信息，生成、更新飞行数据，飞行数据是管制员用于掌握航班位置、动态和下一步飞行意图，实施管制指挥的基础。一架航班从起飞到降落需要由多个管制单位进行管制，每个管制单位均有自己的管制区域，管制区域是空域体，有的管制单位之间的管制区域是水平相邻，有的管制单位之间的管制区域是垂直相邻，当航班由一个管制单位飞到另一个管制单位，需要传递飞行数据，协调、移交管制权限。现有各地空管自动化系统飞行数据处理逻辑结构示意图如图1所示。
由于各地管制单位装备的空管自动化系统由不同时期、不同厂家开发建设，飞行数据内部处理机制不尽相同，飞行数据处理结果存在差异：一种情况是航路分析处理存在差异，空管自动化系统航路分析处理范围多数为本管制区域范围，能够保证本管制区域航路正确，不能保证管制区域外的航路正确。另一种情况是，空管自动化系统一般会提供本地修改飞行数据功能，管制员会根据当前空域航班态势和航班实际飞行情况，对航班飞行数据进行调整，如修改航路，修改二次代码，修改许可飞行高度(CFL)等。本地修改的飞行数据未通知与其相关的空管自动化系统，造成不同管制单位的空管自动化系统对同一航班的飞行数据不一致。飞行数据的不一致有时会导致不同管制单位的空管自动化系统对同一时间、同一地点的空中交通态势处理得到不同的结果，这在使用不同空管自动化系统的水平相邻或垂直相邻管制单位之间尤为明显，造成管制移交困难，增加了管制员的工作量，不利于保障飞行安全。
目前空管自动化系统为了实现管制单位之间管制权限的自动移交，主要按照《ASIA/PACIFIC REGIONAL INTERFACE CONTROL DOCUMENT(ICD)FOR ATS INTERFACILITYDATA COMMUNICATIONS(AIDC)》(v2.0)以及中国民航《空中交通管制中心设施间协调移交数据规范》(MH/T4008-2000)标准规范和报文处理流程，以全模式和简约模式来发送、接收和处理AIDC电报，实现空管自动化系统间的数据交换和自动管制移交功能。
在使用AIDC报进行管制协调、移交过程中，对于水平相邻的管制单位，用AIDC报中预计边界信息报(ABI)或现行飞行变更报(CPL)进行飞行数据协调时，存在着上游管制单位的航路信息将下游管制单位的航路信息改错的问题，如果不用预计边界信息报(ABI)或现行飞行变更报(CPL)进行飞行数据协调，仅用预计飞越报(EST)进行飞行数据协调，有时又存在着飞行航路数据不一致，导致自动管制移交失败的问题；对于垂直相邻的管制单位，用AIDC报中预计飞越报(EST)或预先激活报(PAC)进行飞行数据协调时，需要固定的移交点，垂直相邻的管制单位一般用高度移交，无固定移交点，因此也造成不能使用AIDC报进行自动管制移交。当不能进行自动管制移交时，管制员必须用话音进行协调、移交。当空管自动化系统间对同一航班飞行数据一致时，就不需要进行飞行数据协调，直接进行管制移交即可。
为了支持在所有系统间(空管自动化系统、进港管理系统、流量管理系统等)对同一航班飞行数据的一致性，欧美国家提出了航班对象的概念，其目的在于确保所有系统对于同一航班的飞行数据有一个统一的认识。欧洲从2005年3月开始进行关于航班对象一致性标准的研究，2009年6月已编写出航班对象互操作说明，由于航班对象处理机制比较复杂，目前还未在任何系统中实现。
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，用以实现分布式空中交通管制自动化系统对同一航班的飞行数据保持一致。
为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，包括：
设立飞行数据中心系统，统一管理全区域的所有飞行数据信息，存储飞行计划实施中从起飞到降落全生命周期的飞行轨迹数据，根据飞行轨迹，分发飞行数据给各地空管自动化系统；
提供中心系统与各地系统间飞行数据交换报文协议，数据中心系统向空管自动化系统分发飞行数据，空管自动化系统向数据中心系统同步飞行数据，均使用飞行数据交换报文协议
数据中心系统的飞行数据与空管自动化系统的飞行数据数据交换协议进行数据交换，包括：
(a1)、数据中心系统接收来自空管自动化系统飞行数据交换报文进行处理，飞行数据交互报文包含飞行计划的信息；
(a2)、数据中心系统根据分发时机向空管自动化系统分发处理后的飞行数据交互报文；
空管自动化系统的飞行数据处理增加与数据中心系统的飞行数据交换报文处理，包括：
(b1)空管自动化系统发送飞行数据交换报文到数据中心系统，飞行数据交换报文中的飞行轨迹信息为本管制区域的飞行轨迹；
(b2)空管自动化系统接收来自数据中心系统的飞行数据交换报文并进行数据处理。
与现有技术相比，本发明将执行航班计划的各责任管制区的空管自动化系统都纳入分布式系统，采用同一个数据中心系统进行信息的收集、处理、分发。基于数据中心的分布式飞行数据处理方法与欧美航班对象技术相比，飞行数据交互接口简单，空管自动化系统飞行数据处理软件改动较小，同样能够达到各地空管自动化系统对于同一航班的飞行数据有一个统一认识的目的。此外，数据中心系统的飞行数据还可以向其它系统，如进港管理系统、流量管理系统等，提供飞行数据共享服务。
附图说明
图1是现有技术中空管自动化系统飞行数据处理逻辑结构示意图。
图2是本发明基于数据中心的分布式飞行数据处理系统逻辑结构示意图。
图3是本发明中的管制区示意图。
具体实施方式
本发明中包含的技术术语有：
ATCs(Air Traffic Control System)：空中交通管制自动化系统。
责任管制单位(Control Unit of Responsibility)：对航班有管制权限的单位。
责任管制区(Area of Responsibility)：责任管制单位负责管制的区域。
管制移交(Control Hand-Over)：责任管制员将某飞行目标的管制权交给另一管制员的操作。
飞行计划(Flight Plan)：航空运营人为达到其飞行活动的目的，制定的包括运行安排和有关航空器、航路、航行、空域、机场、时刻等内容的飞行活动方案。
飞行数据(Flight Data)：空中交通管制自动化系统对飞行计划处理产生的用于管制指挥的数据记录集。
预激活(Pre-active)：飞行计划的一种状态，此状态表示该航班即将由本管制单位管制。
下面结合本发明的实施方式进行全面详细阐述。
为了解决分布式空管自动化系统的飞行数据处理各自为政，对同一航班的飞行数据处理结果不一致的问题，需要统一各地管制单位空管自动化系统对同一航班的飞行数据，由一个数据中心系统与各地空管自动化系统进行信息交互，收集、处理、分发飞行数据给有关空管自动化系统，使有关空管自动化系统对同一航班的飞行数据保持一致。
基于数据中心的分布式飞行数据处理方法主要内容为：1)基于数据中心的分布式飞行数据处理系统逻辑结构；2)数据中心系统与空管自动化系统的飞行数据交换报文协议(IFPL)；3)数据中心系统的飞行数据处理；4)各地空管自动化系统的飞行数据交互处理。
1.1分布式处理架构设计
基于数据中心的分布式飞行数据处理系统逻辑结构示意图如图2所示。
设立飞行数据中心系统，统一管理全区域的所有飞行数据信息，存储飞行计划实施中从起飞到降落全生命周期的飞行轨迹数据，根据飞行轨迹，分发飞行数据给各地空管自动化系统。
各地空管自动化系统在飞行计划执行中对飞行数据进行的本地化修改，将实时通知数据中心系统对相应的飞行数据更新；同时，当各地空管自动化系统收到数据中心系统发布的飞行数据后，更新本系统的飞行数据，使各地空管自动化系统与数据中心系统对同一航班的飞行数据保持一致。
1.2中心系统与各地系统间飞行数据交换协议制定
由于民航现有的飞行电报内容不支持数据中心系统与空管自动化系统交互的飞行数据信息，为了便于数据中心系统和空管自动化系统理解和使用，本发明中设计了一种飞行数据交换报文协议(IFPL)。ADEXP是欧洲民航的数据标准，其中的IFPL格式包括了基础飞行计划数据项和飞行轨迹数据项。本发明参照ADEXP的格式，对其裁剪，形成自定义的一系列方便交互的数据字段，涵盖飞行数据的各项内容，可扩充，灵活性好。
数据中心系统向空管自动化系统分发飞行数据，空管自动化系统向数据中心系统同步飞行数据，均使用飞行数据交换报文协议(IFPL)。
1.2.1报文的组成
报文由报头、内容和报尾组成。报头标示使用字符“ZCZC”，报尾标示使用字符“NNNN”，报文的内容应由若干个规定的数据项构成，所有数据项均由一个连字符‘-’开始，其后随以数据项名称和其对应的数据值。如果数据项内容含有子数据项，则该数据项包含在“-BEGIN”“-END”之中。
报文中数据字段的排列顺序和格式不影响报文的语义解析，若出现的未定义或不能识别的数据字段可以忽略。
1.2.2数据项裁剪
1.2.2.1符号及结构解释
(1)'['、']'用于表示数据项可选的。[A]表示“A是可选的”。
(2)'|'用于表示数据项是可选择的。A|B表示“A或B可二选一”。
(3)'{'、'}'用于表示数据项可重复出现的次数。X{A}Y表示“A可以重复X至Y次”，X和Y是等于或大于零的整数。如果不存在X，则认为其为零；如果不存在Y，则认为其为无限大。
(4)'！'用于表示两个数据项的连接(中间无任何字符)。A！B表示“AB”。
(5)'+'用于表示数据字段的连接。A+B表示“AB”。
1.2.2.2数据项裁剪
欧控数据格式中发送地址、接收地址字段用子数据项形式表示，本专利对其格式进行简化，直接采用数据项形式表示；欧控数据格式中其他信息RMK数据项只含有MH/T4007规范中编组18中的RMK字段内容，本专利定义的其他信息RMK涵盖了MH/T 4007规范中编组18中的所有内容；对用子数据项形式表示的航路点列表信息中增加航路点飞越标识，用于标识飞行中该航路点是否已飞越过。
对欧控数据格式中其它不需要的数据项进行删除，最终形成的数据格式如下：
表1数据项字段
表2子数据项信息
举例：一份完整的IFPL报文格式：
-TITLE IFPL-IFPLID AA05966101
-SENDADDRESS ZSHAFPIO
-RECVADDRESS ZSQDFPIO
-ARCID CCA1204-SSRCODE A2034
–ADEP ZSSS–ADES ZBAA
-EOBT 200902021100–ATD 200902021100
-ETA 200902021200
-FLTRUL I-FLTTYP S
-ARCTYP A320-WKTRC M-REG B0922
-CEQPT SGKW-SEQPT C
-TTLEET 0200-REG B3023-ALTRNT1ZBTJ–ALTRNT2ZBYN
-SPEED K0990-RFL S0900
-ROUTE P1A320VMB G201VKS
-BEGIN RTEPTS
-PT-PTID SHA-ETO 200902021140-FL S0900-ISPASS Y
-PT-PTID VMB-ETO 2009020211400-FL S0900-ISPASS N
-END RTEPTS
-RMK EET/ZSHA0230
1.3数据中心系统的飞行数据处理
数据中心系统主要处理全区域各下属空管自动化系统管理空域内飞行的所有民航飞行计划，在数据中心系统处理、存储飞行计划的数据信息和飞行轨迹点信息。数据中心系统根据接收的民航飞行动态电报，创建新的飞行计划，或者根据电报信息修改飞行计划的相应信息，如二次代码，航路，机型等。
数据中心系统的飞行数据处理增加与空管自动化系统的飞行数据交换，并按定义的报文(IFPL)处理交互，具体处理内容如下：
(1)接收来自空管自动化系统飞行数据交换报文(IFPL)进行处理，飞行数据交互报文(IFPL)包含飞行计划的基本信息，即航班号、二次代码、起飞机场、预计起飞时间、实际起飞时间、落地机场、预计到达时间、飞行总时间、备降机场、飞行规则、飞行类型、机型和尾流、机载设备、领航计划报(FPL)航路、申请高度、巡航速度、许可高度、其他情报、注册号等，以及在空管自动化系统中计算的飞行轨迹信息等。
数据中心系统的航路分析处理范围为全区域范围，不进行飞行剖面计算，生成二维(2D)轨迹(经度、纬度)，根据2D轨迹进行飞越航路点的时间预测，同时根据2D轨迹、申请高度，判断航路点所属的管制区域，用责任管制区空管自动化系统的飞行轨迹更新数据中心系统的相应管制区的飞行轨迹，并修正更新责任管制区后剩余飞行阶段的预测飞行时间，存储飞行计划全生命周期的飞行数据，同时根据判断的管制空域进行数据分发。
(2)数据中心系统数据分发时机
数据中心系统按照飞行数据交换报文(IFPL)发送处理后的飞行数据到有关的空管自动化系统，发送时机如下：
a)飞行轨迹距离管制区边界适应性参数(VSP)时间(如5分钟)，初次发送IFPL到下游管制单位，如图3所示。
b)初次发送到下游管制区接收管制前周期性分发IFPL到下游管制单位，间隔时间可以配置，如1分钟分发一次。
c)下游管制区变成责任管制单位并修改关键飞行数据(如航路、二次代码、目的机场、机型、设备等)时，中心系统实时处理后分发IFPL到下游管制单位。
1.4各地空管自动化系统的飞行数据处理
空管自动化系统的飞行数据处理增加与数据中心系统的飞行数据交换报文(IFPL)处理，系统的航路分析处理范围为本管制区域范围，进行飞行剖面计算，生成四维(4D)轨迹(经度、纬度、高度、时间)，根据4D轨迹，判断航路点所属的管制扇区，具体处理内容如下：
(1)空管自动化系统发送飞行数据交换报文(IFPL)到数据中心系统，IFPL中的飞行轨迹信息为本管制区域的飞行轨迹。发送时机如下：
a)从外管制区进入本管制区获得管制权后发送IFPL；
b)本管制区内起飞航班飞行计划状态变为预激活后发送IFPL；
c)雷达报告飞越航路点时发送IFPL；
d)从本管制区飞出去航班到达边界点前VSP时间发送IFPL；
e)人工修改关键飞行数据(如二次代码、CFL、机型、设备等)发送IFPL；
f)人工修改本管制区内航路时发送IFPL。
(2)空管自动化系统接收来自数据中心系统的飞行数据交换报文(IFPL)，进行以下处理：
a)当本管制区未取得航班管制权时，接收处理IFPL，对本管制区之前的飞行轨迹采用数据中心送来飞行轨迹信息，自本管制区开始，只采用数据中心送来的航路数据，本管制区系统重新进行飞行剖面计算。
b)当本管制区取得管制权后，对中心系统分发的数据接收但不处理。

Claims (6)

1.一种基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，其特征在于，包括：
设立飞行数据中心系统，统一管理全区域的所有飞行数据信息，存储飞行计划实施中从起飞到降落全生命周期的飞行轨迹数据，根据飞行轨迹，分发飞行数据给各地空管自动化系统；
提供中心系统与各地系统间飞行数据交换报文协议，数据中心系统向空管自动化系统分发飞行数据，空管自动化系统向数据中心系统同步飞行数据，均使用飞行数据交换报文协议；
数据中心系统的飞行数据与空管自动化系统的飞行数据采用数据交换协议进行数据交换，包括：
(a1)、数据中心系统接收来自空管自动化系统飞行数据交换报文进行处理，飞行数据交互报文包含飞行计划的信息；
数据中心系统的航路分析处理范围为全区域范围，不进行飞行剖面计算，生成2D轨迹，根据所述2D轨迹进行飞越航路点的时间预测，同时根据所述2D轨迹、申请高度，判断航路点所属的管制区域，用责任管制区空管自动化系统的飞行轨迹更新数据中心系统的相应管制区的飞行轨迹，并修正更新责任管制区后剩余飞行阶段的预测飞行时间，存储飞行计划全生命周期的飞行数据，同时根据判断的管制空域进行数据分发；
(a2)、数据中心系统根据分发时机向空管自动化系统分发处理后的飞行数据交互报文；
空管自动化系统的飞行数据处理增加与数据中心系统的飞行数据交换报文处理，包括：
(b1)空管自动化系统发送飞行数据交换报文到数据中心系统，飞行数据交换报文中的飞行轨迹信息为本管制区域的飞行轨迹；
(b2)空管自动化系统接收来自数据中心系统的飞行数据交换报文并进行数据处理；
所述(b2)中的数据处理包括：
当本管制区未取得航班管制权时，接收处理飞行数据交换报文，对本管制区之前的飞行轨迹采用数据中心送来飞行轨迹信息，自本管制区开始，只采用数据中心送来的航路数据，本管制区系统重新进行飞行剖面计算；
当本管制区取得管制权后，对中心系统分发的数据接收但不处理。
2.根据权利要求1所述的基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，其特征在于，所述(a1)的飞行计划的信息包括航班号、二次代码、起飞机场、预计起飞时间、实际起飞时间、落地机场、预计到达时间、飞行总时间、备降机场、飞行规则、飞行类型、机型和尾流、机载设备、领航计划报航路、申请高度、巡航速度、许可高度、其他情报、注册号等，以及在空管自动化系统中计算的飞行轨迹信息。
3.根据权利要求1所述的基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，其特征在于，所述(a2)中的分发时机包括：
a21)飞行轨迹距离管制区边界适应性参数时间，初次发送飞行数据交换报文到下游管制单位；
a22)初次发送到下游管制区接收管制前周期性分发飞行数据交换报文到下游管制单位；
a23)下游管制区变成责任管制单位并修改飞行数据时，中心系统实时处理后分发飞行数据交换报文到下游管制单位。
4.根据权利要求1所述的基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，其特征在于，所述(b1)中空管自动化系统发送飞行数据交换报文的发送时机如下：
b11)从外管制区进入本管制区获得管制权后发送飞行数据交换报文；
b12)本管制区内起飞航班飞行计划状态变为预激活后发送飞行数据交换报文；
b13)雷达报告飞越航路点时发送飞行数据交换报文；
b14)从本管制区飞出去航班到达边界点前的飞行轨迹距离管制区边界适应性参数的时间发送飞行数据交换报文；
b15)人工修改关键飞行数据发送飞行数据交换报文；
b16)人工修改本管制区内航路时发送。
5.根据权利要求1所述的基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，其特征在于，所述飞行数据交换报文包括报头、内容和报；报头标示使用字符“ZCZC”，报尾标示使用字符“NNNN”，报文的内容由若干个数据项构成，所有数据项均由一个连字符‘-’开始，其后随以数据项名称和其对应的数据值；如果数据项内容含有子数据项，则该数据项包含在“-BEGIN”“-END”之中。
6.根据权利要求5所述的基于数据中心的分布式飞行数据处理方法，其特征在于，所述飞行数据交换报文中，还包括定义：
'['、']'用于表示数据项可选的；[A]表示“A是可选的”；
'|'用于表示数据项是可选择的；A|B表示“A或B可二选一”；
'{'、'}'用于表示数据项可重复出现的次数；X{A}Y表示“A可以重复X至Y次”，X和Y是等于或大于零的整数；如果不存在X，则认为其为零；如果不存在Y，则认为其为无限大；
'！'用于表示两个数据项的连接且两个数据项中间无任何字符；A！B表示“AB”；
'+'用于表示数据字段的连接；A+B表示“AB”。
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