CN108573618A - 航空中的基于轨迹的运行的弹性增强 - Google Patents

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Abstract

航空中的基于轨迹的运行的弹性增强。示例方法包括：确定各个相应航班的可能飞行轨迹；基于空中交通管制(ATC)规则所施加的约束来修改可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹；为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙；接收轨迹交换信息，该轨迹交换信息指示两个飞机运营商已交换与这两个飞机运营商所运营的两个相应航班关联的两个相应飞行轨迹；基于轨迹交换信息修改：(i)两个相应飞行轨迹；以及(ii)指派给两个相应飞行轨迹的相应到达时隙；以及由计算装置将修改的两个相应飞行轨迹发送给被指派执行两个相应航班的相应飞机。

Description

航空中的基于轨迹的运行的弹性增强
技术领域
本公开总体上涉及空中交通和航空运营。
背景技术
在战略性空中交通流量管理(其计划可提前几年开始并且直至运行前的几个小时仍可调整)与空中交通管制(ATC)的战术干预之间存在区别。发生这种一分为二的部分原因是由于在空域或机场中可能发生几乎不可预测的事件，部分原因是由于贯穿空中运输系统缺少准确的轨迹模型和标准。
为了提升和维持可预测性，世界各地的主要机场基于时隙(slot)来控制进出的飞机交通流量。时隙是指定航班预计到达或离开的时间窗口(time window)。如果航班错过了其时隙，则其等待机会窗口，并且机会窗口的等待时间变化很大，可能会很长。如果空中交通预测的准确性较低，则这一问题加剧。因此，可能可取的是有一种系统来更准确地预测空中交通以寻找合适的机会窗口并避免进一步的延迟。
当前空中运输系统效率低下的另一来源是时隙分配系统，其包括季节性规划和日常运营调整。由于使时隙可用的各个国家或地区具有其自己的适用法规并且对时隙是什么以及如何管理时隙可能有其自己的理解，所以时隙分配系统效率低下。根据现行法规，只要在前一季度使用了80％的时间，时隙就属于航空公司。因此，时隙实际上是航空公司所拥有的财产。将时隙当作财产以及当前混乱的交通管理规则导致空中交通的僵化和效率低下。
因此，可能可取的是有这样的系统，其具有先进的预测能力以提供空域和机场资源的更精确和准确的分配并促进这些资源在利益相关者之间的交易。这种系统可增加空中交通运营的净效率。
发明内容
本公开描述了涉及航空中的基于轨迹的运行的弹性优化的示例。
在一个方面，本公开描述了一种用于确定各个航班的飞行轨迹的方法。该方法包括：(i)由计算装置基于(a)指示天气条件的信息、(b)指示空域和机场限制的信息、(c)指示被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息以及(d)指示相应航班的起点和终点的信息来确定各个相应航班的可能飞行轨迹；(ii)由计算装置基于空中交通管制(ATC)规则所施加的约束来修改可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹；(iii)由计算装置为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口；(iv)在计算装置处接收指示两个飞机运营商已交换与这两个飞机运营商所运营的两个相应航班关联的两个相应飞行轨迹的轨迹交换信息；(v)基于轨迹交换信息修改(a)两个相应飞行轨迹以及(b)指派给两个相应飞行轨迹的相应到达时隙；以及(vi)由计算装置将修改的两个相应飞行轨迹发送给被指派执行两个相应航班的相应飞机。
在另一方面，本公开描述了一种存储有指令的非瞬时计算机可读介质，所述指令响应于由计算装置执行而使计算装置执行操作以确定各个航班的飞行轨迹。所述操作包括：(i)基于(a)指示天气条件的信息、(b)指示空域和机场限制的信息、(c)指示被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息以及(d)指示相应航班的起点和终点的信息来确定各个相应航班的可能飞行轨迹；(ii)基于空中交通管制(ATC)规则所施加的约束来修改可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹；(iii)为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口；(iv)接收指示两个飞机运营商已交换与这两个飞机运营商所运营的两个相应航班关联的两个相应飞行轨迹的轨迹交换信息；(v)基于轨迹交换信息修改(a)两个相应飞行轨迹以及(b)指派给两个相应飞行轨迹的相应到达时隙；以及(vi)将修改的两个相应飞行轨迹发送给被指派执行两个相应航班的相应飞机。
在另一方面，本公开描述了一种用于确定各个航班的飞行轨迹的系统。该系统包括：(i)飞行管理计算装置，其联接到第一飞机并具有一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器被配置为发送推力和姿态(attitude)命令以便于第一飞机遵循指派的飞行轨迹；(ii)一个或更多个数据库，其包括指示(a)天气条件、(b)空域和机场限制以及(c)被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息；以及(iii)轨迹管理模块，其基于地面并且经由空地数据链路与所述一个或更多个数据库通信并与飞行管理计算装置通信。轨迹管理模块包括：(i)一个或更多个处理器；以及(ii)存储有指令的存储器，所述指令在由轨迹管理模块的所述一个或更多个处理器执行时使得轨迹管理模块执行操作。所述操作包括：(i)基于所述一个或更多个数据库的信息以及指示相应航班的起点和终点的信息来确定各个相应航班的可能飞行轨迹；(ii)基于空中交通管制(ATC)规则所施加的约束来修改可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹；(iii)为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口；(iv)接收指示第一飞机的第一飞机运营商和第二飞机的第二飞机运营商已交换了与第一和第二飞机关联的两个相应飞行轨迹的轨迹交换信息；(v)基于轨迹交换信息修改(a)两个相应飞行轨迹以及(b)指派给两个相应飞行轨迹的相应到达时隙；以及(vi)将两个相应飞行轨迹中的相应飞行轨迹发送给飞行管理计算装置以由第一飞机执行相应飞行轨迹。
以上发明内容仅为例示性的，并不旨在以任何方式限制。除了上述例示性性方面、示例和特征之外，通过参照附图和以下详细描述，其它方面、示例和特征将变得显而易见。
附图说明
被认为是新颖特征的例示示例的特性在所附权利要求书中阐述。然而，例示示例以及优选使用模式、进一步的目标及其特征将在结合附图阅读时通过参考以下本公开的例示示例的详细描述而最佳地理解。
图1示出根据示例实现方式的空中运输系统。
图2示出根据示例实现方式的用于基于轨迹的运行的弹性增强的系统的框图。
图3示出根据示例实现方式的示例场景树。
图4示出根据示例实现方式的轨迹预测操作的顺序图。
图5示出根据示例实现方式的轨迹创建操作的顺序图。
图6示出根据示例实现方式的轨迹移除操作的顺序图。
图7示出根据示例实现方式的轨迹交换操作的顺序图。
图8示出根据示例实现方式的轨迹拍卖操作的顺序图。
图9示出根据示例实现方式的场景优化操作的顺序图。
图10示出根据示例实现方式的模型更新操作的顺序图。
图11示出根据示例实现方式的飞机的飞行管理系统。
图12是根据示例实现方式的用于确定各个航班的飞行轨迹的方法的流程图。
图13是根据示例实现方式的与图12的方法一起使用的方法的流程图。
图14是根据示例实现方式的与图12的方法一起使用的方法的流程图。
图15是根据示例实现方式的与图12的方法一起使用的方法的流程图。
具体实施方式
世界上许多繁忙的机场的跑道的使用是通过分配时隙来控制的，如上所述，时隙是飞机被指定到达或离开的时间窗口。当需求超过机场的容量时就出现机场中时隙的制定。当时隙被制定时，在航空公司之间例如与一周的给定日的给定时间对应依次分配时隙。这些时隙可被认为是长期时隙并且在6个月的周期内稳定地重复。在该周期结束时，时隙分配被修正并且新的航空公司可请求特定时隙。在6个月的周期内使用了其80％的时隙的航空公司有权在下一周期使用相同的时隙，而不符合此标准的航空公司可能失去一些时隙。
除了上述的长期时隙之外，还存在另一种类型的时隙，其可在任何机场或空域扇区遭遇意外的容量减少时使用。例如，由于恶劣的天气、设备停运或其它限制因素，可导致意外的容量减少。当发生意外的容量减少时，可基于航空管理机构规定的法规和政策来实施地面延迟程序。
时隙运营的一个规则规定，如果航班由于航空公司的原因而错过其时隙，则航班等待某一空闲时隙，并且无法保证在短时间内找到空闲时隙。更好的预测能力将增强时隙重新安排。
在上述容量减少的情况下，新创建的时隙的数量可能无法适应需求。在这种情况下，可实施新的时间表以使减少的容量的使用最大化。为了实施使减少的容量的使用最大化的新时间表，可能可取的是实施考虑到空中交通的全局视图的新时间表，而非递增或本地化逻辑，并且给予航空公司之间合作的机会。本文公开了一种考虑空中交通的全局视图并给予航空公司合作的机会的系统，以减少容量浪费并降低运营成本。
这种系统可减少容量受限的情况下的延迟。为了减少延迟，可能可取的是系统在实施或设计对空域或机场中的事件作出响应的新时间表时避免递增(incrementality)和僵化。
现有解决方案的递增问题是由于时间表改变被狭窄地建模，自由度很少并且贯穿空中交通网络的影响分析不佳造成的。例如，在机场的到达时隙的情况下，如果系统基于先计划先服务的规则在到达航班之间线性地应用延迟，则可能无法使可用容量最大化，因为航班可能无法准确地遵守所指派的到达时间。在交通网络的其它节点(例如，其它机场)处导致的小偏差可能加重时隙超调(overshooting)(比最后期限晚到达)。例如，如果延迟的航班接收到更高的优先级并且整个网络时间表被修正以适应这一新时间表，则可实现更好的结果。
为了避免递增，本文所公开的系统和方法可准确地确定贯穿交通网络的时间表改变的影响，并且考虑多个因素和约束来实施多目标全局优化。
时间表僵化的问题的起因可能是因为重新编制的时间表是通过中央算法提供的，该算法可能对影响对个别航班实施时间表改变的独立航空公司的因素视而不见。为了避免这种僵化，本文所公开的系统和方法允许航空公司在主优化算法运行之后对时间表进行调整。
本文公开了在实施或设计对空域或机场中的事件作出响应的新时间表时在减小递增和僵化的同时弹性地增强空中交通的系统和方法。特别地，给定通过全系统信息管理(SWIM)基础设施使信息可用，所公开的系统和方法通过针对多个相互影响的航班具有准确的轨迹预测能力来减小递增。另外，所公开的系统包括综合且不断更新的飞行轨迹数据库，其具有时隙和轨迹之间的双向映射的特征。为了构成准确的轨迹预测，所述系统和方法使用准确的机场地面移动模型和空中交通管制(ATC)空域模型。在所公开的示例内，实现了一种用于确定具有路由和交通限制的四维(4D)飞行轨迹的多目标算法。
为了减小僵化并为空中交通计划提供更多弹性，所公开的系统和方法可针对航点时间和概率叉(probabilistic fork)利用置信区间使用概率轨迹信息。轨迹信息可按照扩展航班信息交换模型(FIXM)格式的数据格式来传送。特别地，可使用可能FIXM或P-FIXM来传送可能轨迹。在其它示例中，可使用飞机意图描述语言(AIDL)的随机版本。
此外，所公开的系统和方法允许航空公司之间的轨迹交换。所公开的系统可包括轨迹探测和调整工具，其被配置为确定新提出的轨迹的潜在冲突，并且提出用于冲突解决的修改，因此降低延迟的概率。
为了允许正确执行所选或选定的轨迹，所公开的系统可包括空地数据链路，其用于向飞机飞行管理计算机(FMC)发送(上行)以及从其接收(下行)轨迹和飞机意图。FMC(本文中也被称为飞行管理计算装置)能够以闭环反馈控制方式发出推力和姿态命令，以指导飞机达到在所指派的4D轨迹的若干航点处所需的时间。
图1示出根据示例实现方式的空中运输系统100。空中运输系统100包括诸如飞机102A、102B和102C的多个飞机。飞机102A-102C可配备有基于轨迹的FMC。
飞机102A-102C可由对应飞机运营商104A和104B运营。飞机运营商104A-104B可包括航空公司、货运公司、公务航空运营商、或者通用航空和军事运营商。
飞机102A-102C和飞机运营商104A-104B被配置为与SWIM基础设施106通信。SWIM基础设施106是方便数据共享的全国家空域系统(NAS)信息系统并且可用作数字数据共享骨干。SWIM基础设施106可允许增加的共同态势感知以及向与空中交通关联的各种代理和实体的及时信息传送。SWIM基础设施106因此可用作提供针对航空数据的单个访问点的信息共享平台，其中通过单个连接，数据的制作者发布数据并且用户访问信息。
SWIM基础设施106可包括计算和联网组件以及数据库，其允许航空信息在代理和各种数据源之间的安全且可靠的共享。航空信息以标准格式交换，以方便信息的共享和使用。例如，FIXM数据格式可用于航班信息。对于天气信息，可使用天气信息交换模型(WXXM)数据格式。WXXM被设计为允许以数字格式(XML)管理和分发天气数据。此外，WXXM是设计用于航空安全的一系列数据模型的成员，特别是航空信息交换模型(AIXM)和FIXM。
对于空域、机场和其它相关航空信息，可使用AIXM数据格式，并且对于飞机意图信息，可使用AIDL数据格式。在示例中，这些各种信息元素和类型可经由web服务来提供。在空地通信的情况下，为了与传统系统的兼容，可使用诸如飞机通信寻址和报告系统(ACARS)和航空电信网络(ATN)协议的特定通信协议。
空中运输系统100还可包括空中导航服务提供商(ANSP)108A和108B。ANSP108A-108B为共享的空域和机场的安全使用提供各种服务。ANSP 108A-108B可包括提供空中导航服务的公共或私人法律实体。例如，ANSP 108A-108B可代表公司、地区或国家管理空中交通。ANSP 108A-18B可向空域用户提供以下服务中的一个或更多个：空中交通管理(ATM)、通信、导航和监测系统(CNS)、空中导航气象服务(MET)、搜救(SAR)和航空信息服务/航空信息管理(AIS/AIM)。这些服务可由ANSP 108A-108B在运营的所有阶段期间(例如，在进场、机场和航路期间)提供。
空中运输系统100可包括与SWIM基础设施106通信的多个航空数据库110。示例数据库包括天气预报数据库(WFDB)，其被配置为存储与地区或国家的风预报、危险天气模式等关联的信息。WFDB可包括分布于不同天气信息提供商之间的数据库的集合。
另一示例数据库包括全球轨迹数据库(GTDB)。GTDB数据库可存储特定地区、国家或全球空中交通网络的飞机(例如，飞机102A-102C)的轨迹。GTDB可方便共享各种实体的轨迹信息。授权实体可经由SWIM基础设施106访问GTDB，以获得与以空间和时间上的合理的准确度针对飞机预测的轨迹关联的信息。
另一示例数据库包括全球航班状态数据库(GFDB)。GFDB可包括指示给定航班的当前条件(例如，位置、速度、加速度、高度(altitude)、航向等)的信息。各个地区或国家可具有其自己的GFDB，这些各种数据库可被统一在单个数据库中。
另一示例数据库包括一个或更多个空域信息数据库(ASDB)。各个国家或空域地区可具有对应ASDB。在示例中，各个国家的空域可被划分成扇区和航线。这些扇区和航线中的一些可用于商业或民用航班，而其它可由军事或对民用关闭的航班使用。ASDB可包括诸如关于可用扇区和航线以及关闭的扇区和航线的信息的静态信息。ASDB还可包括关于临时不可用的扇区和航线的准静态信息以及与空域状态的改变关联的动态信息。例如，如果扇区或一些航线变得对航班不可用，则ASDB可被更新以包含这些信息。各种实体可经由SWIM基础设施106来访问这些信息，以修改飞行轨迹和航线以适应对空域的更新。
另一示例数据库包括机场信息数据库(APDB)。APDB可包括关于机场的静态信息，例如机场的布局、大门的地图、跑道的配置和数量等。APDB还可包括与机场运营的改变关联的动态信息，例如机场的部分何时关闭、跑道何时关闭或者着陆带何时变得不可用或可用等。在示例中，ASDB和APDB可被统称为航空信息数据库。
另一示例数据库包括飞机性能数据库(ACPDB)。ACPDB数据库可包括关于各种飞机型号的性能和能力信息，例如爬升速度、加速度、最大速度、高度能力等。该信息可使得空中运输系统中的其它实体能够准确地模拟和预测飞机轨迹。
另一示例数据库可包括ATC如何工作的模型的数据库。这些模型可使得各种实体能够预测特定情况下的ATC决策，因此能够以符合预测的空域的ATC改变的方式改变飞机轨迹。
空中运输系统100还可包括用于基于轨迹的运行(TBO)的弹性增强的系统112。系统112可包括如下所述的多个模块，并且可包括软件模块和硬件组件(例如，服务器、数据库、处理器、计算装置、计算机可读介质、存储器、可编程指令等)。
图2示出根据示例实现方式的系统112的框图。系统112的不同组件和模块可彼此通信以交换相关信息和更新。然而，图2中未显示通信线路以减少图中的视觉混乱。
系统112包括机场和空域模型模块200。如果系统112可访问机场和空域的准确且最新的模型，则飞机轨迹的计算的准确度可增加。ASDB和APDB是向系统112提供机场和空域信息的外部数据库；然而，ASDB和APDB所提供的信息可能不完整。机场和空域模型模块200可与外部ASDB和APDB通信并且可访问其中存储的信息，但是也可具有附加信息。
示例附加信息可包括与机场容量和特定空域扇区的容量有关的信息。附加信息的另一示例包括指定在特定情况下ATC将如何作出反应的模型和规则。例如，附加信息可包括当一些航班提前到达时ATC将如何修改航班到达顺序的规则。在示例中，ATC可被分割成多个控制器，各个控制器负责空域的特定扇区。这些扇区控制器可能并不总是很好地同步。ATC可根据其它扇区中发生的改变(航班取消或合并、到达和离开时间改变等)来操作或者基于其来应用规则和标准以对扇区进行调整，以增强同步。机场和空域模型模块200可包括这些规则和标准以能够预测ATC所执行的改变。
系统112还可包括模型更新器202。模型更新器202可被配置为监测空域或机场中的改变，例如监测ASDB和APDB的改变，以确保模型与实际条件之间的一致性。模型更新器202然后可更新机场和空域模型模块200的模型以保持模型最新。下面参照图10更详细地描述模型更新器202的操作。
系统112还可包括轨迹合成器204。给定飞机性能模型以及关于空域和机场的其它信息，轨迹合成器204可被配置为计算或确定特定航班的轨迹。给定当前条件，轨迹合成器204可生成飞机将执行的最有可能的轨迹。
例如，轨迹合成器204可将来自机场和空域模型模块200的信息与可用航线所关联的信息、飞机的性能模型、天气条件以及来自上述航空数据库110的其它信息、航班的起点和终点组合，以合成航班的可能轨迹。由轨迹合成器204生成的可能轨迹可以是模拟的轨迹，并且可能不是最终轨迹。换言之，如下所述可基于其它信息来修正或更新轨迹合成器204所生成的可能轨迹。
系统112还可包括轨迹探测器和调整器(轨迹P和A)206。轨迹P和A 206可接收利用轨迹合成器204针对若干飞机和航班生成的可能轨迹，然后给定其它约束，可确定这些可能轨迹的可行性或有效性。作为示例，轨迹P和A 206可分析轨迹以确定其是否违反任何安全规则或者以不安全的方式彼此侵占。例如，轨迹P和A 206可确定当两个飞机的轨迹在空间和时间上彼此靠近时两个飞机是否将彼此维持安全的距离。因此，轨迹P和A206可确定特定可能轨迹是否与其它可能轨迹相容。
在示例中，轨迹P和A 206可通过与GTDB以及与下述场景数据库208通信来访问现有飞行轨迹。在一些示例中，包括在GTDB中的轨迹可以是没有考虑在特定情况下ATC所应用的规则、标准和约束的粗略预测。轨迹P和A206可基于ATC可能对现有条件如何作出反应的假设来应用规则、标准和约束，以确定GTDB和场景数据库208的各种轨迹的可行性。
在示例中，确定轨迹的可行性可涉及轨迹P和A 206、轨迹合成器204、机场和空域模型模块200以及场景数据库208之间的迭代且持续的处理。机场和空域模型模块200可基于与模型更新器202的通信持续地更新其模型，并将任何改变馈送到轨迹合成器204。轨迹合成器204然后可将可能轨迹的改变馈送到轨迹P和A 206以确定其可行性。由于条件可能不断变化，所以可针对特定时间范围(例如，直至不久的将来的特定时间点)执行预测和可行性分析。
系统112还可包括交通合成器210。交通合成器210可被配置为从轨迹P和A 206接收验证的轨迹，并且为空域中的特定区域构建全部航班或航班的子集的轨迹网。例如，交通合成器210可生成飞过美国或其它地区的航班的轨迹网。交通合成器210可考虑ATC所应用的规则、标准和约束来生成轨迹网。
系统112还可包括场景管理器212。场景管理器212可被配置为修改或更新由交通合成器210生成的交通网的部分，而无需重新计算整个网。例如，场景管理器212可将新的轨迹添加到网或者从网移除轨迹。场景管理器212还可基于接收到如下所述的指示航空公司已交换轨迹或时隙的信息来修改网，并且相应地更新网或其一部分。这样，场景管理器212可对网以及预测的航班场景执行递增的改变。
在示例中，场景管理器212可被配置为生成场景树。图3示出根据示例实现方式的示例场景树300。机场容量和扇区容量二者均依赖于诸如能见度、云幂和雷暴位置的天气条件，因此容易出现不确定性。场景管理器212可被配置为从历史气象数据确定机场容量的场景树预报。
容量不确定性可利用场景树300来表示。在场景树300中，场景S1开始于上午9点。在9:30，场景S2可能有0.4的概率发生，场景S3可能有0.6的概率发生。如果场景S2发生，则在上午10:45，场景S4可能有0.3的概率发生，场景S5可能有0.7的概率发生，依此类推。场景期间的扇区或节点的容量可由指定在场景持续时间期间的各个时间的容量或包络的曲线图表示。在给定场景树300例如由下述交通优化器214确定飞机的航线时，交通优化器214可针对可能展开的各个场景确定飞机的轨迹。
返回参照图2，系统112还可包括上述场景数据库208。场景数据库208可被配置为存储由系统112的其它模块提供的场景树和航班场景。如上所述，轨迹P和A 206与场景数据库208通信并且被配置为验证或确定场景数据库208中的轨迹和场景的可行性。场景数据库208中的轨迹和场景可基于在空中交通管制(ATC)如何响应于特定条件作出反应的假设上构建。
系统112还可包括交通优化器214。如上所述，交通优化器214可被配置为基于由场景管理器212生成的场景树(例如，场景树300)来生成轨迹树。交通优化器214生成可能轨迹的集合，并且这些可能轨迹形成轨迹树。轨迹树可指定在场景期间的各个时间飞机的位置以及随着各个新场景展开要执行什么动作的条件语句。
例如，给定图3中的场景树300，飞机的轨迹树可能是“9:05离开大门，9:15到达跑道，9:30到达出发点；如果场景S2发生，则朝着节点n1前进并在9:45到达；否则，如果场景S3发生，则朝着节点n2前进并在10:05到达”等等。轨迹树满足“联接约束”，即，任何决策可基于在做出决策时可用的信息，即，基于直至该时间点已发生的场景。
交通优化器214还可应用或执行优化算法，以考虑ATC所应用的规则、标准和约束以及飞行员动作来生成减少燃料消耗和飞行时间的优化的或增强的轨迹。存在可能基于飞行条件的改变而变化的若干自由度或变量。例如，当出现特定飞行条件等时，飞机的速度可能改变或者ATC可能要求飞机改变其高度。交通优化器214尝试生成这些变量或自由度的最佳组合，以生成最佳轨迹。
在示例中，尽管场景管理器212在生成场景树的同时可一次考虑一个航班或轨迹，但是交通优化器214同时考虑给定扇区、地区或国家中的不同航班的轨迹。这样，交通优化器214确定不同航班的最佳轨迹，使得轨迹彼此不冲突。ATC和飞行员对飞行期间可能出现的各种条件的反应可能变化，因此交通优化器214所生成的轨迹本质上可为随机的或概率性的。
系统112还可包括时隙映射器216。如上所述，机场和ATC使用指派给不同客机的时隙。例如，当发生航班延迟并且机场在给定时间窗口接收到比预期更多的航班时，ATC可使用时隙来管理和分配各个航班的延迟量。时隙映射器216与系统112的各种模块以及航空数据库110通信，以维持交通优化器214所生成的4D轨迹与ATC所使用的时隙之间的对应与ATC的当前实践相容。这样，交通合成器210和交通优化器214生成与时隙相关的法规相容的轨迹。
系统112还可包括时隙数据库218。如上所述，可能存在至少两种类型的时隙。一种类型的时隙用于在繁忙或拥挤的机场调节日常运营。这种类型的时隙用于控制航班的到达和离开时间并且避免在繁忙的机场可能加剧的混乱和延迟。航空公司必须使用由指派给航空公司的时隙限定的窄时间窗口以维持机场的交通流量。这种类型的时隙在繁忙的机场独立于紧急情况(例如，独立于紧急天气条件)而使用。
当发生天气混乱或紧急情况时使用第二种类型的时隙。如果发生紧急情况，则ATC通过创建新的时隙以在航班之间平均地分配延迟来管理交通。时隙数据库218可被配置为存储与各个机场的时隙指派以及ATC在紧急情况期间用来管理交通的紧急时隙关联的信息。
当时隙指派改变时，更新时隙数据库218。例如，时隙数据库218可与SWIM基础设施106以及与之连接的其它实体通信，以保持时隙指派最新。系统112的其它模块(例如，时隙映射器216、轨迹合成器204、交通合成器210和交通优化器214)可与时隙数据库218通信以生成符合时隙指派的轨迹。因此，当确定轨迹时，时隙指派可用作约束。
系统112还可包括轨迹管理器220。在示例中，轨迹管理器220可被配置为对系统112的其它模块所生成的轨迹进行局部调整。例如，交通优化器214可生成地区或国家中的优化的航班交通网，但是可能没有考虑航空公司或特定航班所特定的一些变量。因此，轨迹管理器220可对给定轨迹进行进一步修改以处理(例如，航空公司)对这样的调整的请求。
在示例中，轨迹管理器220允许航空公司不仅交换时隙指派，而且交换指派给航空公司的整个轨迹。在一些示例中，关于轨迹的创建、移除或交换的任何操作由轨迹管理器220管理。
作为示例，轨迹管理器220可创建之前不存在的轨迹。在轨迹合成器204生成轨迹的模拟或预测的同时，轨迹管理器220利用实际轨迹来更新场景管理器212和场景数据库208。轨迹管理器220进一步控制系统112所执行的操作顺序并且用作如下面关于图4至图10所描述的系统112的不同组件和模块之间的协调器或同步器。
系统112还可包括交易数据库222。交易数据库222可被配置为维护航空公司之间的任何交易、操作或交换的日志。例如，如果两个航空公司交换轨迹，或者航空公司将轨迹交易给另一航空公司，则该交易的日志可被通信给交易数据库222。然后轨迹管理器220可使用存储在交易数据库222中的这一信息来对轨迹执行局部调整。
系统112的组件可被配置为按照与彼此和/或与联接到相应系统的其它组件互连的方式来工作。系统112的所述操作或组件中的一个或更多个可被分成附加操作或物理组件，或者被组合成更少的操作或物理组件。在一些另外的示例中，附加操作和/或物理组件可被添加到图2所示的示例。另外，系统112的任何组件或模块可包括处理器(例如，微处理器、数字信号处理器等)或者以处理器的形式提供，该处理器被配置为执行包括用于实现本文所描述的逻辑操作的一个或更多个指令的程序代码。系统112还可包括任何类型的计算机可读介质(非瞬时介质)或存储器(例如，包括盘或硬盘驱动器的存储装置)以存储程序代码，所述程序代码在由一个或更多个处理器执行时使得系统112执行上述操作。在示例中，系统112可被包括在其它系统内。在另一示例中，系统112的组件或其子集可被统称为轨迹管理模块。
系统112可被配置为执行图4至图10中所示的各种类型的操作和服务。图4示出根据示例实现方式的轨迹预测操作的顺序图400。顺序图400涉及飞机运营商104A(或者任何其它飞机运营商)、轨迹管理器220、轨迹合成器204和轨迹P和A 206。
在顺序图400的步骤402，飞机运营商104A向轨迹管理器220提供飞行意图信息，包括飞机类型和型号、燃料重量、航班识别号码(ID)、型号、航班的机尾编号、出发地和目的地、预计撤轮档时间(EOBT)等。在示例中，如果飞行意图信息与重复航班关联，则飞机运营商104A可向轨迹管理器220提供航班ID，然后轨迹管理器220可检索与该航班ID关联的先前提供的飞行意图信息。然而，在其它示例中，航班ID可能不包括在飞行意图信息中。
在步骤404，轨迹管理器220将飞行意图信息提供给轨迹合成器204。然后轨迹合成器204可基于飞行意图信息生成表示给定当前条件，飞机将最有可能执行的轨迹的模拟轨迹。在步骤406，轨迹合成器204将模拟轨迹以P-FIXM或AIDL格式提供回轨迹管理器220。
在步骤408，轨迹管理器220将模拟轨迹提供给轨迹P和A 206，给定其它航班的其它轨迹和ATC约束，轨迹P和A 206验证或确定模拟轨迹的可行性。如果轨迹P和A 206识别出冲突，则在步骤410，轨迹合成器204将冲突报告发送回轨迹合成器204。然后轨迹合成器204可考虑轨迹P和A206所识别的任何冲突修改模拟轨迹，并且在步骤412将修改的轨迹发送回轨迹P和A 206以便于验证。这一过程是迭代的并且可如箭头413所指示持续若干次迭代。
如果轨迹P和A 206验证模拟轨迹并且没有识别出冲突，或者一旦轨迹合成器204和轨迹P和A 206之间的迭代过程以识别出有效轨迹结束，则在步骤414将有效轨迹发送回轨迹管理器220。然后在步骤416，轨迹管理器220可将有效轨迹提供给飞机运营商104A以遵循。
因此，轨迹管理器220协调系统112的各种模块之间的活动和信息。在示例中，轨迹管理器220可被配置为发送诸如已接收到对航班的有效轨迹的请求的确认消息的消息。
图5示出根据示例实现方式的轨迹创建操作的顺序图500。顺序图500涉及飞机运营商104A(或者任何其它飞机运营商)、轨迹管理器220、轨迹P和A 206和场景管理器212。
在一些示例中，飞机运营商104A可能具有或接收到关于特定航班的准确信息。因此，在步骤502，飞机运营商104A可向轨迹管理器220提出新的轨迹。在步骤504，轨迹管理器220可将所提出的轨迹提供给轨迹P和A206以便于验证。
如果轨迹P和A206识别出冲突，则在步骤506，轨迹P和A206将冲突报告发送回轨迹管理器220。然后在步骤508，轨迹管理器220可向飞机运营商104A提供指示所提出的轨迹无效的冲突报告。
另一方面，如果轨迹P和A 206没有识别出冲突，则轨迹P和A206可考虑ATC的规则调整所提出的轨迹。例如，轨迹P和A 206可缩小航班的到达或离开窗口，然后在步骤510，将调整的轨迹发送回轨迹管理器220，指示调整的轨迹是有效且可行的。
在步骤512，轨迹管理器220将调整的轨迹发送回飞机运营商104A，指示其是可行的并允许飞机运营商104A使用该轨迹。在步骤514，轨迹管理器220还将轨迹发送给场景管理器212以更新场景并添加到场景数据库208。在示例中，由于轨迹被验证并因此可被发布到全球数据库，所以轨迹管理器220还可经由SWIM基础设施106更新GTDB。
在示例中，场景管理器212可将所创建的轨迹添加到场景改变列表。改变一个轨迹或添加新的轨迹可触发场景中的其它改变。存在可被周期性地执行并且使场景发生重大改变的次数最小化的一批改变或改变的缓冲。这一批改变或改变的缓冲可被存储在场景改变列表中。
图6示出根据示例实现方式的轨迹移除操作的顺序图600。顺序图600涉及飞机运营商104A(或者任何其它飞机运营商)、轨迹管理器220和场景管理器212。
一旦创建了轨迹，就创建航班或轨迹ID。在示例中，航班或轨迹可被取消，并且轨迹管理器220可被配置为将其移除。在另一示例中，轨迹管理器220可决定取消轨迹或航班以支持另一轨迹。
作为示例，在步骤602，飞机运营商104A向轨迹管理器220发送请求以移除特定航班。如果轨迹管理器220找到轨迹或航班ID，则在步骤604，轨迹管理器220通过向场景管理器212发送移除请求来寻求移除该轨迹。然后，场景管理器212可将该移除添加到场景改变列表。另外，在步骤606，轨迹管理器220将向飞机运营商104A发送指示航班或轨迹已被移除的确认消息。轨迹管理器220还可寻求经由SWIM基础设施106从GTDB移除轨迹或航班。
然而，如果在步骤602接收到请求时轨迹管理器220确定航班ID或轨迹不存在，则在步骤608，轨迹管理器220将诸如“未找到”的消息发送回飞机运营商104A。
图7示出了根据示例实现方式的轨迹交换操作的顺序图700。顺序图700涉及飞机运营商104A和104B、轨迹管理器220以及场景管理器212。
在示例中，两个飞机运营商104A和104B之间可能存在两种类型的交换操作。第一种类型可涉及交换，其中飞机运营商104A可提出将其一个轨迹与指派给飞机运营商104B的另一轨迹交换。第二种类型可涉及购买，其中飞机运营商104A提出从飞机运营商104B购买轨迹。
作为示例，飞机运营商A可具有轨迹“Ta”。以该轨迹导航的飞机可能晚点并因此可能错过枢纽机场中的中转(connection)。在这种情况下，将航班提前一小段时间(例如，10分钟)可使得飞机能够进行中转。同时，飞机运营商B可具有与飞机运营商A所期望的时间窗口关联的轨迹“Tb”，用于可能被较少约束并且可容忍延迟的航班。这种情况可促使飞机运营商A和B交换轨迹“Ta”和“Tb”。在示例中，飞机运营商A可从飞机运营商B购买轨迹“Tb”，只要飞机运营商B能够创建另一轨迹取代“Tb”即可。
在步骤702，飞机运营商104A通过向轨迹管理器220发送提案或请求来提出交换或购买。在步骤704，轨迹管理器220将提案提供给飞机运营商104B。然后飞机运营商104B可拒绝或接受该提案。
如果飞机运营商104B拒绝提案，则在步骤706，飞机运营商104B向轨迹管理器220发送指示拒绝的信息，轨迹管理器220在步骤708也将该信息提供回飞机运营商104A。然而，如果飞机运营商104B接受提案，则在步骤710，飞机运营商104B向轨迹管理器220发送指示接受的信息。
在步骤712，轨迹管理器220向飞机运营商104A告知飞机运营商104接受了交换提案。在步骤714，轨迹管理器220还将关于交换提案的信息发送给场景管理器212，以在场景改变列表中注册改变。在示例中，轨迹管理器220可利用所有者和航班标识符的改变来更新GTDB。此外，轨迹管理器220还可将关于交换的信息存储在交易数据库222中。
尽管图7示出了飞机运营商104A-104B中的一个发起交换，但是在其它示例中，轨迹管理器220可为飞机运营商之间的交换发起提案。在一些示例中，交换可通过获得对交易数据库222的访问来异步地完成。
应该注意，与仅交换时隙指派相反，图7示出了完整轨迹的交换。在示例中，交换可涉及轨迹以及时隙指派二者。
飞机运营商104A和104B之间的轨迹交换可导致对所交换的轨迹的修改。例如，轨迹的交换可导致采取该轨迹进行飞行的飞机的改变。飞机的改变可改变速度、高度等能力，并且因此可导致轨迹的改变。交通优化器214可相应地考虑这些改变对轨迹、地区的轨迹网以及航班场景进行调整。
图8示出了根据示例实现方式的轨迹拍卖操作的顺序图800。顺序图800涉及飞机运营商104A、104B和其它飞机运营商、轨迹管理器220以及场景管理器212。
轨迹拍卖操作可开始于步骤802，其中飞机运营商104A创建或发起拍卖以出售或交换其一个轨迹。飞机运营商104A可例如向轨迹管理器220发送关于拍卖的特定信息，包括正在拍卖哪一轨迹、价格要求、截止日期等。
在步骤804，轨迹管理器220可发布轨迹拍卖。例如，轨迹管理器220可通过SWIM基础设施106经由发布-订阅服务发布拍卖信息。诸如飞机运营商104B的其它飞机运营商可以是拍卖服务的订户并因此被通知拍卖。
在步骤806，各个飞机运营商104B、C等可向轨迹管理器220竞价。如果在截止日期之前没有接收到有效的竞价，则轨迹管理器220可在步骤808通知飞机运营商104A并且交易可关闭。
否则，轨迹管理器220可在步骤810向飞机运营商104A通知胜出的竞价，并且还在步骤812通过向胜出方飞机运营商发送胜出通知来通知胜出方飞机运营商。在步骤814，轨迹管理器220还将操作的细节发送给场景管理器212，并且还可将包括报价和竞价的拍卖细节存储在交易数据库222中。
尽管图8示出了飞机运营商104A中的一个发起拍卖操作，但是在其它示例中，轨迹管理器220可发起拍卖操作。在一些示例中，拍卖操作可通过获得对交易数据库222的访问来异步地完成。
图9示出了根据示例实现方式的场景优化操作的顺序图900。顺序图900涉及飞机场景管理器212、交通优化器214、交通合成器210和时隙映射器216。
在步骤902，场景管理器212可从机场和空域模型模块200接收相关数据，以便构建作为资源容量的概率树的容量树。交通优化器214可实现算法，该算法生成组成适合于特定时间段(例如，5分钟)的时间仓的场景树(例如，场景树300)的概率轨迹森林。作为示例，该算法可涉及，给定飞行约束，针对各个树分支确定降低成本函数的轨迹。作为示例的成本函数可表示航空公司的收入总和减去成本。通过确定降低该成本函数的轨迹，集体航空公司收益增加，而航班延迟隐含地减少。
在交通优化器214针对场景树确定了轨迹之后，在步骤904，交通优化器214将场景树和关联的确定的轨迹提供给交通合成器210。然后交通合成器210可通过模拟ATC的空中交通管理动作来细化场景树以生成具有准确且小的时间粒度(例如，按照秒)的详细轨迹。
交通合成器210因此针对各个场景分支生成该分支的许多精细粒度实现。交通合成器210也可生成该分支的可行性度量。作为示例，该度量可以是可行轨迹相对于交通优化器214所提出的“目标”轨迹的偏差的聚合度量。例如，假设“j”是与目标轨迹“J”对应的可行轨迹。如果遵循轨迹“j”，则到达时间将为“tj”，而如果遵循轨迹J，则到达时间将为“tJ”。为了计算度量，“tj”可被移位以与“tJ”重合。然后，交通合成器210可回溯，并且针对各个时间tJ–k，确定轨迹“j”中与轨迹“J”中的点对应的点。这些差的均方根可被认为是轨迹的空间偏差的度量。差tj-tJ是轨迹的时间偏差的度量，但是也可考虑轨迹的持续时间之差。轨迹之一的持续时间可能被压缩或拉伸以使出发和到达同步以用于计算空间偏差，在度量中考虑了压缩因子。这样，确定了偏差的空间和时间度量二者。在示例中，可应用空间度量与时间度量之间的加权。
在步骤906，交通合成器210将可行性度量与延迟报告一起提供给交通优化器214。然后交通优化器214可考虑从交通合成器210接收的可行性评估和延迟报告，针对分支应用可接受性标准测试(例如，相对于最后场景树中的仓的偏差量)。如果满足可接受性标准，则操作完成。否则，交通优化器214可改变飞行约束并且重新运行算法。因此，确定场景树的轨迹可以是如箭头907所指示的迭代过程，例如，步骤904和906可被重复若干次。
一旦确定了满足成本函数和飞行约束的轨迹，就在步骤908将场景树和关联的确定的轨迹发送给场景管理器212。然后场景管理器212可将树和轨迹发送给时隙映射器216，时隙映射器216可基于所接收的场景树和所确定的轨迹来确定时隙指派。在步骤910，场景管理器212还可更新时隙数据库218，以便限定哪一飞行轨迹与各个现有时隙关联。场景管理器212还可经由SWIM基础设施106更新GTDB。然后SWIM基础设施106可促使将新的轨迹分发给系统112的参与者，包括飞机运营商104A-104B、飞机102A-102C以及ANSP 108A-108B。
图10示出了根据示例实现方式的模型更新操作的顺序图1000。顺序图1000所示的模型更新操作可由系统112的模型更新器202执行。此外，模型更新操作可被周期性地执行以持续地更新系统112的各种模型和数据库，或者可在检测到改变并且对数据库或模型的改变合理时由事件监测器触发。
在方框1002，模型更新器202可接收、读取和过滤从上述WFDB、ASDB和APDB接收的数据。如果所接收的数据指示改变(诸如天气预报改变、或者机场或空域容量的改变)，则模型更新器202可被配置为在方框1004构建模型更新计划。可构建模型更新计划以使机场和空域模型模块200和时隙数据库218的更新同步。否则，如果针对一个数据库递增地发生更新，而不更新另一数据库或者没有考虑更新信息的正确顺序，则可能出现信息的不一致和丢失。
在构建模型更新计划时，模块更新器202可在方框1006执行模型更新。特别地，模型更新器202可更新机场和空域模型模块200，并且还由于时隙指派的改变而更新时隙数据库218。
作为示例，机场容量可能例如由于跑道容量的减少而改变。这种减少可导致整个机场容量的改变，并且APDB可相应地改变。机场容量的改变可导致原本将使用跑道的各种航班的时隙指派改变。模型更新器202在方框1002读取这些改变。然后模型更新器202在方框1004构建计划以使机场和空域模型模块200和时隙数据库218的更新同步，并且确定更新中要遵循的正确顺序。然后模型更新器202在方框1006执行该计划。现在，基于机场和空域模型模块200和时隙数据库218中的信息执行其操作的其它模块可访问准确且最新的信息。
尽管图4至图10独立地示出了各个操作，但是在其它示例中，系统112可被配置为一起、顺序地或并行地执行这些操作和服务的组合。在其它示例中，图4至图10中的操作可被组合。
在示例中，系统112的一些组件和模块可位于地面上，而其它组件或模块可在空中并联接到飞机(例如，飞机102A、102A、102C等)。例如，可将一些组件或模块或者模块的部分(硬件、软件或其组合)安装到飞机以用于控制其轨迹。
图11示出了根据示例实现方式的飞机1101的飞行管理系统1100。飞行管理系统1100可包括轨迹管理模块1102，其从通信网关1104接收飞行任务(可以是飞行计划或轨迹)。通信网关1104可能已通过SWIM基础设施106从飞行任务发起者接收到轨迹，并且该轨迹可采用以下数据格式中的一种：ACARS飞行计划、AIDL文件或FIXM文件。这些格式中的每一种可对飞机必须完成的轨迹或任务施加不同的约束。
导航和天气数据库1106可包括或者经由通信网关1104接收天气和空域信息，并且可对任务施加约束。在示例中，导航和天气数据库1106可部分地复制机场和空域模型模块200。
然后创建4D轨迹预测目标并将其发送给性能预测模块1108。性能预测模块1108可具有被配置为针对给定约束生成优化的轨迹的轨迹预测算法。飞行管理系统1100可包括性能数据库1109，其具有关于飞机1101的性能和能力信息，例如爬升速度、加速度、最大速度、高度能力等。该信息可使得性能预测模块1108能够准确地模拟和预测飞机1101的轨迹。
如果性能预测模块1108没有针对给定约束成功找到解决方案，则将不成功通信给轨迹管理模块1102，然后轨迹管理模块1102向通信网关1104发送“不能”通知。否则，性能预测模块1108将解决方案通信给轨迹管理模块1102，然后轨迹管理模块1102向通信网关1104发送“接受”通知。在任一情况下，通信网关1104经由SWIM基础设施106将所得通知转发给飞行任务发起者。在示例中，性能预测模块1108可以是交通合成器210的一部分。
一旦通过性能预测模块1108确定可行轨迹，轨迹就被保存到轨迹数据库1110，并且轨迹管理模块1102生成段命令给指导模块1112，指导模块1112被配置为控制飞机1101实现轨迹解决方案。例如，除了从导航模块1114接收的飞机1101的位置、速度和风速测量之外，指导模块1112还可使用所生成的段命令，以生成空速、垂直速率和转弯速率命令。
然后，指导模块1112可将空速、垂直速率和转弯速率命令通信给自动飞行控制系统(AFCS)1116，AFCS 1116继而控制飞机1101的发动机推力和空气动力学控制面以便实现指导模块1112的命令。来自图11中所示的各种模块和组件的信息可显示在驾驶舱显示器1118上以便于飞行员看到并监测上述操作和信息。
通信网关1104还能够将当前飞机位置和状态数据以及其意图和轨迹发送给外部网络节点，以将这些信息提供给飞机运营商(例如，飞机运营商104A-104B)、ANSP(例如，ANSP 108A-108B)或者连接到SWIM基础设施106的任何其它代理。
在示例中，通信网关1104经由诸如ACARS、ATN和IPS(互联网协议套件)的各种网络基础设施处理空地通信。通信的内容可包括航空数据链路应用，例如由ACARS和ATN实现的未来空中导航系统(FANS)和LINK 2000+以及由IPS实现的SWIM基础设施106。SWIM基础设施106继而促使上面关于系统112所描述的基于轨迹的运行的全面实现。
通信网关1104还可方便与任何其它与SWIM基础设施106集成的节点共享以下信息：天气信息的WXXM；飞行计划和4D轨迹信息的FIXM；飞机意图信息的AIDL；以及机场、空域和其它相关航空信息的AIXM。可经由SWIM基础设施106的各种操作来执行该信息的共享以及对其它数据交易的访问，使得利用影响其飞行和轨迹的最新信息来持续地更新飞机1101。
图11所示的组件和模块可被配置为按照与彼此和/或与联接到相应系统的其它组件互连的方式来工作。图11中所描述的操作或组件中的一个或更多个可被分成附加操作或物理组件，或者被组合成更少的操作或物理组件。在一些另外的示例中，附加操作和/或物理组件可被添加到图11所示的示例。另外，图11的任何组件或模块可包括处理器(例如，微处理器、数字信号处理器等)或者以处理器的形式提供，该处理器被配置为执行包括用于实现本文所描述的逻辑操作的一个或更多个指令的程序代码。图11的组件和模块还可包括任何类型的计算机可读介质(非瞬时介质)或存储器(例如，包括盘或硬盘驱动器的存储装置)以存储程序代码，所述程序代码在由一个或更多个处理器执行时使得模块和组件执行上述操作。在示例中，飞行管理系统1100以及图11的其它组件和模块可被包括在其它系统内。
图12是根据示例实现方式的确定各个航班的飞行轨迹的方法1200的流程图。方法1200可以例如由系统112执行。此外，图13至图15是与方法1200一起使用的方法的流程图。
方法1200可包括如方框1202-1224中的一个或更多个所示的一个或更多个操作或动作。尽管这些方框按照顺序的次序示出，但是在一些情况下这些方框可并行执行和/或以不同于本文所描述的次序执行。另外，各个方框可被组合成更少的方框，被分成附加方框，和/或基于期望的实现方式被移除。
另外，对于本文公开的方法1200以及其它处理和操作，流程图示出了当前示例的一个可能实现方式的操作。在这方面，各个方框可表示模块、段或者程序代码的一部分，其包括可由处理器或控制器执行的一个或更多个指令，以用于实现处理中的特定逻辑操作或步骤。程序代码可被存储在任何类型的计算机可读介质或存储器上，例如包括盘或硬盘驱动器的存储装置。计算机可读介质可包括例如短时间存储数据的计算机可读介质的非瞬时计算机可读介质或存储器，类似寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可包括诸如次要或持久长期存储装置的非瞬时介质或存储器，例如类似只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质还可以是任何其它易失性或非易失性存储系统。例如，计算机可读介质可被认为是计算机可读存储介质、有形存储装置或者其它制品。另外，对于本文所公开的方法1200以及其它处理和操作，图12至图15中的一个或更多个方框可表示被布置为执行处理中的特定逻辑操作的电路或数字逻辑。
在方框1202，方法1200包括由计算装置基于(i)指示天气条件的信息、(ii)指示空域和机场限制的信息、(iii)指示被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息以及(iv)指示相应航班的起点和终点的信息，来确定各个相应航班的可能飞行轨迹。如上所述，给定从各种数据库和模型获得的信息，系统112(例如，轨迹合成器204)可确定航班的可能或有可能的轨迹。例如，数据库可包括WFDB和ACPDB等等。机场和空域模型模块200可提供与空域和机场容量关联的信息。通过具有指示起点或出发点以及终点或到达点的信息，系统112可确定可能轨迹。
图13是根据示例实现方式的与方法1200一起使用的方法的流程图。在方框1204，该方法包括基于在飞行期间的特定时段内的未来飞行条件改变的估计，生成预测各个相应航班的各种场景的场景树。如上所述，在示例中，系统112可被配置为生成场景树(例如，场景树300)以预测可在特定时间范围内展开的各种场景。在方框1206，该方法包括针对场景树的各个分支确定相应的可能飞行轨迹。系统112可确定各个分支的可能轨迹，并且可在特定场景发生时完成给定的可能轨迹。系统112因此可持续地更新场景和可能轨迹。
返回参照图12，在方框1208，方法1200包括由计算装置基于由ATC规则施加的约束来修改可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹。如上所述，系统112(例如，轨迹P和A 206)可接收可能轨迹并基于ATC规则对其进行调整。
图14是根据示例实现方式的与方法1200一起使用的方法的流程图。在方框1210，该方法包括确定在空域中的给定时空点处可能飞行轨迹接近另一飞行轨迹，使得它们之间的距离小于由ATC规则规定的安全距离。轨迹P和A 206可具有与可穿过空域的其它轨迹关联的信息。轨迹P和A 206可确定在给定时空点，可能轨迹可能接近另一轨迹，使得两个飞机之间的距离可能变得不安全或违反ATC规则。在方框1212，该方法包括生成修改的飞行轨迹，使得所述距离满足由ATC规则施加的约束。轨迹P和A 206可修改轨迹以符合ATC规则和约束，以在穿越空域的同时维持飞机之间的安全距离。
返回参照图12，在方框1214，方法1200包括由计算装置为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口。系统112可接收修改的轨迹并指派时隙(例如，到达时间窗口)。与僵化地长时间向航空公司指派时隙而不允许其它实体改变时隙指派相反，本文所公开的系统和方法允许灵活地指派时隙。
在方框1216，方法1200包括在计算装置处接收轨迹交换信息，该轨迹交换信息指示两个飞机运营商已交换与两个飞机运营商所运营的两个相应航班关联的两个相应飞行轨迹。上面所公开的系统和方法允许航空公司交换整个轨迹以及时隙。例如，系统112(例如，轨迹管理器220)可接收指示两个航空公司交换了两个相应航班的两个相应轨迹的信息。
在方框1218，方法1200包括基于轨迹交换信息修改：(i)两个相应飞行轨迹；以及(ii)指派给两个相应飞行轨迹的相应到达时隙。轨迹交换信息可指示由于轨迹交换，被指派执行两个相应航班的飞机的飞机型号存在改变。不同的飞机可具有不同的性能能力(例如，速度、加速度、高度能力等)。因此，修改两个相应飞行轨迹基于与飞机型号的改变对应的性能能力的改变。
图15是根据示例实现方式的与方法1200一起使用的方法的流程图。在方框1220，该方法包括由计算装置使用各个航班的修改的飞行轨迹来生成地理区域的飞行轨迹网。在示例中，如上所述，系统112(例如，交通合成器210)可接收特定地区或国家中的各种航班的轨迹，并且可相应地生成该地区的轨迹网。在方框1222，该方法包括基于轨迹交换信息修改飞行轨迹网的至少一部分。在方框1216由于轨迹交换以及轨迹和时隙的相关修改，系统112可修改轨迹网，或者至少局部地改变受交换影响的网的一部分。
返回参照图12，在方框1224，方法1200包括由计算装置将修改的两个相应飞行轨迹发送给被指派执行两个相应航班的相应飞机。如上所述，系统112可直接或经由SWIM基础设施106将轨迹发送给相应飞机。例如，各个飞机可具有相应通信网关1104或与相应通信网关1104通信，并且可经由通信网关1104来接收与其航班关联的轨迹。然后通信网关1104可将轨迹提供给系统1100的其它模块(例如，轨迹管理模块1102)。轨迹管理模块1102可生成段命令并将段命令提供给指导模块1112。除了从导航模块1114接收的飞机1101的位置、速度和风速测量之外，指导模块1112还可使用所生成的段命令来生成空速、垂直速率和转弯速率命令。然后指导模块1112可控制飞机实现轨迹或沿轨迹导航。
以上详细描述参照附图描述了所公开的系统的各种特征和操作。本文所描述的例示性实现方式并非意在限制。所公开的系统的特定方面可按照各种各样的不同配置来排列和组合，所有这些在本文中均可以想到。
此外，除非上下文另有说明，否则各个图中所示的特征可彼此组合来使用。因此，附图通常应该被视为一个或更多个总体实现方式的组成方面，并且将理解对于各个实现方式而言并非所有示出的特征均是必需的。
另外，本说明书或权利要求书中的元件、方框或步骤的任何列举是为了清晰。因此，这种列举不应被解释为要求或暗示这些元件、方框或步骤遵循特定布置方式或者以特定次序实现。
此外，可使用或配置装置或系统来执行附图中所呈现的功能。在一些情况下，装置和/或系统的组件可被配置为执行功能，使得组件实际上被配置和结构化(以硬件和/或软件)为实现这样的性能。在其它示例中，装置和/或系统的组件可被布置为适于、能够或适合于执行功能(例如，在以特定方式操作时)。
术语“基本上”意指所述的特性、参数或值不需要准确地实现，而是可能出现量不会阻止该特性旨在提供的效果的偏差或变化(包括例如公差、测量误差、测量精度限制以及本领域技术人员已知的其它因素)。
本文所描述的布置方式仅仅是为了示例。因此，本领域技术人员将理解，可替代地使用其它布置方式和其它元件(例如，机器、接口、操作、次序和操作的分组等)，并且根据期望的结果，一些元件可被完全省略。此外，所描述的许多元件是功能实体，其可被实现为分立或分布式组件，或者以任何合适的组合和位置与其它组件结合来实现。
另外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种用于确定各个航班的飞行轨迹的方法，该方法包括以下步骤：
由计算装置基于(i)指示天气条件的信息、(ii)指示空域和机场限制的信息、(iii)指示被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息以及(iv)指示相应航班的起点和终点的信息来确定各个相应航班的可能飞行轨迹；
由计算装置基于空中交通管制(ATC)规则所施加的约束来修改可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹；
由计算装置为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口；
在计算装置处接收指示两个飞机运营商已交换与所述两个飞机运营商所运营的两个相应航班关联的两个相应飞行轨迹的轨迹交换信息；
基于轨迹交换信息修改：(i)两个相应飞行轨迹；以及(ii)指派给两个相应飞行轨迹的相应到达时隙；以及
由计算装置将修改的两个相应飞行轨迹发送给被指派执行两个相应航班的相应飞机。
条款2.根据条款1所述的方法，其中，轨迹交换信息指示被指派执行所述两个相应航班的飞机的飞机型号的改变，其中，修改所述两个相应飞行轨迹的步骤基于与飞机型号的改变对应的性能参数的改变。
条款3.根据条款1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
确定在空域中的给定时空点可能飞行轨迹接近另一飞行轨迹，使得所述可能飞行轨迹与所述另一飞行轨迹之间的距离小于ATC规则所规定的安全距离，其中，修改可能飞行轨迹的步骤包括：
生成修改的飞行轨迹，使得距离满足ATC规则所施加的约束。
条款4.根据条款1所述的方法，其中，计算装置访问数据库，该数据库包括指示与ATC对不同的飞行条件如何作出反应有关的假设的信息，并且其中，确定可能飞行轨迹的步骤还基于指示所述假设的所述信息。
条款5.根据条款1所述的方法，其中，计算装置访问数据库，该数据库包括指示飞行参数的信息，所述飞行参数包括穿越空域的飞机的位置、速度、加速度、高度和航向，并且其中，确定可能飞行轨迹的步骤还基于指示所述飞行参数的所述信息。
条款6.根据条款1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
由计算装置利用各个航班的修改的飞行轨迹生成地理区域的飞行轨迹网；以及
基于轨迹交换信息，修改飞行轨迹网的至少一部分。
条款7.根据条款1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
基于在飞行期间的特定时段内的未来飞行条件改变的估计，生成预测各个相应航班的各种场景的场景树，其中，确定各个相应航班的可能飞行轨迹的步骤包括：
针对场景树的各个分支确定相应可能飞行轨迹。
条款8.一种存储有指令的非瞬时计算机可读介质，所述指令响应于由计算装置执行使计算装置执行操作以确定各个航班的飞行轨迹，所述操作包括：
基于(i)指示天气条件的信息、(ii)指示空域和机场限制的信息、(iii)指示被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息以及(iv)指示相应航班的起点和终点的信息来确定各个相应航班的可能飞行轨迹；
基于空中交通管制(ATC)规则所施加的约束来修改可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹；
为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口；
接收指示两个飞机运营商已交换与这两个飞机运营商所运营的两个相应航班关联的两个相应飞行轨迹的轨迹交换信息；
基于轨迹交换信息修改：(i)两个相应飞行轨迹；以及(ii)指派给两个相应飞行轨迹的相应到达时隙；以及
将修改的两个相应飞行轨迹发送给被指派执行两个相应航班的相应飞机。
条款9.根据条款8所述的非瞬时计算机可读介质，其中，轨迹交换信息指示被指派执行两个相应航班的飞机的飞机型号的改变，其中，修改两个相应飞行轨迹的操作基于与飞机型号的改变对应的性能参数的改变。
条款10.根据条款8所述的非瞬时计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
确定在空域中的给定时空点可能飞行轨迹接近另一飞行轨迹，使得所述可能飞行轨迹与所述另一飞行轨迹之间的距离小于ATC规则所规定的安全距离，其中，修改可能飞行轨迹的操作包括：
生成修改的飞行轨迹，使得所述距离满足ATC规则所施加的约束。
条款11.根据条款8所述的非瞬时计算机可读介质，其中，计算装置访问数据库，该数据库包括指示与ATC对不同的飞行条件如何作出反应有关的假设的信息，并且其中，确定可能飞行轨迹的操作还基于指示所述假设的所述信息。
条款12.根据条款8所述的非瞬时计算机可读介质，其中，计算装置访问数据库，该数据库包括指示飞行参数的信息，所述飞行参数包括穿越空域的飞机的位置、速度、加速度、高度和航向，并且其中，确定可能飞行轨迹的操作还基于指示所述飞行参数的所述信息。
条款13.根据条款8所述的非瞬时计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
利用各个航班的修改的飞行轨迹生成地理区域的飞行轨迹网；以及
基于轨迹交换信息，修改飞行轨迹网的至少一部分。
条款14.根据条款8所述的非瞬时计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
基于在飞行期间的特定时段内的未来飞行条件改变的估计，生成预测各个相应航班的各种场景的场景树，其中，确定各个相应航班的可能飞行轨迹的操作包括：
针对场景树的各个分支确定相应可能飞行轨迹。
条款15.一种用于确定各个航班的飞行轨迹的系统，该系统包括：
飞行管理计算装置，其联接到第一飞机并具有一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器被配置为发送推力和姿态命令以便于第一飞机遵循所指派的飞行轨迹；
一个或更多个数据库，其包括指示(i)天气条件、(ii)空域和机场限制以及(iii)被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息；以及
轨迹管理模块，其基于地面，并且经由空地数据链路与所述一个或更多个数据库通信并与飞行管理计算装置通信，其中，该轨迹管理模块包括：
一个或更多个处理器；以及
存储器，其存储有指令，所述指令在由轨迹管理模块的所述一个或更多个处理器执行时使得轨迹管理模块执行操作，所述操作包括：
基于所述一个或更多个数据库的信息以及指示相应航班的起点和终点的信息来确定各个相应航班的可能飞行轨迹，
基于空中交通管制(ATC)规则所施加的约束来修改可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹，
为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口，
接收指示第一飞机的第一飞机运营商和第二飞机的第二飞机运营商已交换了与第一飞机和第二飞机关联的两个相应飞行轨迹的轨迹交换信息，
基于轨迹交换信息修改：(i)两个相应飞行轨迹；以及(ii)指派给两个相应飞行轨迹的相应到达时隙，以及
将两个相应飞行轨迹中的相应飞行轨迹发送给飞行管理计算装置以由第一飞机执行相应飞行轨迹。
条款16.根据条款15所述的系统，其中，轨迹交换信息指示第一飞机的飞机型号不同于第二飞机的相应飞机型号，其中，修改两个相应飞行轨迹的操作基于与第一飞机和第二飞机之间的飞机型号的差异对应的性能参数的改变。
条款17.根据条款15所述的系统，其中，所述操作还包括：
确定在空域中的给定时空点可能飞行轨迹接近另一飞行轨迹，使得所述可能飞行轨迹与所述另一飞行轨迹之间的距离小于ATC规则所规定的安全距离，其中，修改可能飞行轨迹的操作包括：
生成修改的飞行轨迹，使得距离满足ATC规则所施加的约束。
条款18.根据条款15所述的系统，其中，所述一个或更多个数据库还包括指示与ATC对不同的飞行条件如何作出反应有关的假设的信息，并且其中，确定可能飞行轨迹的操作还基于指示所述假设的所述信息。
条款19.根据条款15所述的系统，其中，所述一个或更多个数据库还包括指示飞行参数的信息，所述飞行参数包括穿越空域的飞机的位置、速度、加速度、高度和航向，并且其中，确定可能飞行轨迹的操作还基于指示所述飞行参数的所述信息。
条款20.根据条款15所述的系统，其中，所述操作还包括：
利用各个航班的修改的飞行轨迹生成地理区域的飞行轨迹网；以及
基于轨迹交换信息，修改飞行轨迹网的至少一部分。
尽管本文公开了各个方面和实现方式，但是对于本领域技术人员而言，其它方面和实现方式将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实现方式是为了例示，而非意在限制，真正范围由所附权利要求书以及权利要求书有权享有的完整等同范围指示。另外，本文所使用的术语仅是为了描述特定实现方式，而非意在限制。

Claims (15)

1.一种用于确定各个航班的飞行轨迹的方法(1200)，该方法包括以下步骤：
由计算装置基于(i)指示天气条件的信息、(ii)指示空域和机场限制的信息、(iii)指示被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息以及(iv)指示相应航班的起点和终点的信息来确定(1202)各个相应航班的可能飞行轨迹；
由所述计算装置基于空中交通管制ATC规则所施加的约束来修改(1208)所述可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹；
由所述计算装置为修改的飞行轨迹指派(1214)相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口；
在所述计算装置处接收(1216)轨迹交换信息，该轨迹交换信息指示两个飞机运营商已交换与所述两个飞机运营商所运营的两个相应航班关联的两个相应飞行轨迹；
基于所述轨迹交换信息修改(1218)：(i)所述两个相应飞行轨迹；以及(ii)指派给所述两个相应飞行轨迹的相应到达时隙；以及
由所述计算装置将修改的两个相应飞行轨迹发送(1224)给被指派执行所述两个相应航班的相应飞机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轨迹交换信息指示被指派执行所述两个相应航班的飞机的飞机型号的改变，其中，修改所述两个相应飞行轨迹的步骤基于与飞机型号的改变对应的性能参数的改变。
3.根据权利要求1或2所述的方法，该方法还包括以下步骤：
确定(1210)在空域中的给定时空点所述可能飞行轨迹接近另一飞行轨迹，使得所述可能飞行轨迹与所述另一飞行轨迹之间的距离小于所述ATC规则所规定的安全距离，其中，修改所述可能飞行轨迹的步骤包括：
生成(1212)修改的飞行轨迹，使得所述距离满足所述ATC规则所施加的所述约束。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述计算装置访问数据库，该数据库包括指示与ATC对不同的飞行条件如何作出反应有关的假设的信息，并且其中，确定所述可能飞行轨迹的步骤还基于指示所述假设的所述信息。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述计算装置访问数据库，该数据库包括指示飞行参数的信息，所述飞行参数包括穿越空域的飞机的位置、速度、加速度、高度和航向，并且其中，确定所述可能飞行轨迹的步骤还基于指示所述飞行参数的所述信息。
6.根据权利要求1或2所述的方法，该方法还包括以下步骤：
由所述计算装置利用各个航班的修改的飞行轨迹来生成(1220)地理区域的飞行轨迹网；以及
基于所述轨迹交换信息，修改(1222)所述飞行轨迹网的至少一部分。
7.根据权利要求1或2所述的方法，该方法还包括以下步骤：
基于在飞行期间的特定时段内的未来飞行条件改变的估计，生成(1204)预测各个相应航班的各种场景的场景树，其中，确定各个相应航班的所述可能飞行轨迹的步骤包括：
针对所述场景树的各个分支确定(1206)相应可能飞行轨迹。
8.一种存储有指令的非瞬时计算机可读介质，所述指令响应于由计算装置执行而使所述计算装置执行操作以确定各个航班的飞行轨迹，所述操作包括：
基于(i)指示天气条件的信息、(ii)指示空域和机场限制的信息、(iii)指示被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息以及(iv)指示相应航班的起点和终点的信息来确定各个相应航班的可能飞行轨迹；
基于空中交通管制ATC规则所施加的约束来修改所述可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹；
为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口；
接收轨迹交换信息，该轨迹交换信息指示两个飞机运营商已交换与所述两个飞机运营商所运营的两个相应航班关联的两个相应飞行轨迹；
基于所述轨迹交换信息修改：(i)所述两个相应飞行轨迹；以及(ii)指派给所述两个相应飞行轨迹的相应到达时隙；以及
将修改的两个相应飞行轨迹发送给被指派执行所述两个相应航班的相应飞机。
9.根据权利要求8所述的非瞬时计算机可读介质，其中，所述轨迹交换信息指示被指派执行所述两个相应航班的飞机的飞机型号的改变，其中，修改所述两个相应飞行轨迹的操作基于与飞机型号的改变对应的性能参数的改变。
10.根据权利要求8或9所述的非瞬时计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
确定在空域中的给定时空点所述可能飞行轨迹接近另一飞行轨迹，使得所述可能飞行轨迹与所述另一飞行轨迹之间的距离小于所述ATC规则所规定的安全距离，其中，修改所述可能飞行轨迹的操作包括：
生成修改的飞行轨迹，使得所述距离满足所述ATC规则所施加的所述约束。
11.根据权利要求8或9所述的非瞬时计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
利用各个航班的修改的飞行轨迹来生成地理区域的飞行轨迹网；以及
基于所述轨迹交换信息，修改所述飞行轨迹网的至少一部分。
12.根据权利要求8或9所述的非瞬时计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
基于在飞行期间的特定时段内的未来飞行条件改变的估计，生成预测各个相应航班的各种场景的场景树，其中，确定各个相应航班的所述可能飞行轨迹的操作包括：
针对所述场景树的各个分支确定相应可能飞行轨迹。
13.一种用于确定各个航班的飞行轨迹的系统，该系统包括：
飞行管理计算装置，该飞行管理计算装置联接到第一飞机并具有一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器被配置为发送推力和姿态命令以便于所述第一飞机遵循所指派的飞行轨迹；
一个或更多个数据库，所述一个或更多个数据库包括指示(i)天气条件、(ii)空域和机场限制以及(iii)被指派执行相应航班的相应飞机的性能参数的信息；以及
轨迹管理模块，该轨迹管理模块基于地面，并且经由空地数据链路与所述一个或更多个数据库通信并与所述飞行管理计算装置通信，其中，所述轨迹管理模块包括：
一个或更多个处理器，以及
存储器，所述存储器存储有指令，所述指令在由所述轨迹管理模块的所述一个或更多个处理器执行时使所述轨迹管理模块执行操作，所述操作包括：
基于所述一个或更多个数据库的所述信息以及指示相应航班的起点和终点的信息来确定各个相应航班的可能飞行轨迹，
基于空中交通管制ATC规则所施加的约束来修改所述可能飞行轨迹以生成修改的飞行轨迹，
为修改的飞行轨迹指派相应到达时隙，其中，各个到达时隙指示相应航班到达终点的时间窗口，
接收指示所述第一飞机的第一飞机运营商和第二飞机的第二飞机运营商已交换了与所述第一飞机和所述第二飞机关联的两个相应飞行轨迹的轨迹交换信息，
基于所述轨迹交换信息修改：(i)所述两个相应飞行轨迹；以及(ii)指派给所述两个相应飞行轨迹的相应到达时隙，以及
将所述两个相应飞行轨迹中的相应飞行轨迹发送给所述飞行管理计算装置以由所述第一飞机执行所述相应飞行轨迹。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述轨迹交换信息指示所述第一飞机的飞机型号不同于所述第二飞机的相应飞机型号，其中，修改所述两个相应飞行轨迹的操作基于与所述第一飞机和所述第二飞机之间的飞机型号的差异对应的性能参数的改变。
15.根据权利要求13或14所述的系统，其中，所述操作还包括：
确定在空域中的给定时空点所述可能飞行轨迹接近另一飞行轨迹，使得所述可能飞行轨迹与所述另一飞行轨迹之间的距离小于所述ATC规则所规定的安全距离，其中，修改所述可能飞行轨迹的操作包括：
生成所述修改的飞行轨迹，使得所述距离满足所述ATC规则所施加的所述约束。
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