CN111508279B - 一种天气避让场划设的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天气避让场划设的方法，包括如下步骤：首先获取航班历史数据，其次确定偏航场景标准，判断航班是否由于对流天气原因发生改航并统计，之后寻找对流天气单体内VIL最大的网格、划分空域，构建预测改航概率分布图，最后划设90％、70％、50％改航概率的天气避让场。本发明通过天气避让场的划设，使得对流天气的分布以直观的方式展现出来，能够有效地预测对流天气条件下航班改航的情况，并进一步为对流天气下航班管理提供参考，为空管人员和飞行员提供一定程度的帮助，使得空管人员在对流天气条件下更加有效地管理，使得飞行员在对流天气条件下更加合理地飞行，减少对流天气条件下的经济损失，减轻相关人员的工作负担。

Description

一种天气避让场划设的方法
技术领域
本发明涉及气象产品发展的方法，特别涉及一种天气避让场划设的方法。
背景技术
随着近年来国内民航业的迅速发展，气象产品的发展也变得越来越重要，尤其是天气避让场的划设。天气避让场是一种由对流天气避让模型中回波顶高ET和垂直累计液态水含量VIL的气象数据转化为航班改航概率的天气产品，能够有效、直观地使空管人员了解对流天气的分布，为航班改航预测以及航迹规划提供参考。
目前国内还没有提出天气避让场划设的方法，也没有类似的产品应用于空中交通管理方面，导致在对流天气条件下空管人员不能有效预测航班改航以及为改航航班规划航迹，造成对流天气条件下较大的经济损失，同时给空管人员带来较大的工作负担。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种天气避让场划设的方法。
技术方案：本发明提供一种天气避让场划设的方法，包括如下步骤：
步骤1：获取航班历史数据；
步骤2：确定偏航场景标准，包括对偏航场景阈值D0和强对流天气标准的确定；
步骤3：判断航班是否由于对流天气原因发生改航并统计；
步骤4：寻找对流天气单体内VIL最大的网格、划分空域；
步骤5：构建预测改航概率分布图；
步骤6：划设90％、70％、50％改航概率的天气避让场。
进一步地，所述步骤1中航班历史数据包括时间至少持续一个月的全国航班历史雷达数据、飞行计划数据及气象数据，历史雷达航迹数据包括时间、呼号、高度、地面速度、经纬度，飞行计划数据包括航班号、起飞时间、着陆时间、起飞机场、着陆机场、飞行计划路径，气象数据包括全国范围内的垂直累计液态水含量VIL、回波顶高ET在不同时间下的分布情况。
进一步地，所述步骤2中偏航场景阈值D0的确定方法是：计算出良好天气情况下航班每部分航段中历史雷达轨迹到飞行计划路径的最大垂直距离，良好天气包括天气后报中指明的晴天和多云天气，将所有航段中最大的垂直距离作为该航班的偏离距离，由此计算出良好天气情况下每个航班的偏离距离，并进行偏离距离的统计构建良好天气距离集，去除由于空中交通流量管理、飞行员选取临时航路、数据缺失造成的非正常值，正常值一般为0-40公里，这里非正常值取大于50公里的值。经过研究分析在新的良好天气距离集中一般选取20公里作为偏航场景阈值D0，并根据实际运行的具体情况进行调整。
进一步地，所述步骤2中航班遭遇强对流天气的标准是组合反射率CR≥40dBZ、回波顶高ET≥7000m。
进一步地，所述步骤3中航班是否由于对流天气原因发生改航的判断方法是：通过航班号、日期、时间，匹配同一航班的飞行计划路径和历史雷达轨迹，飞行计划数据包含航班号、日期信息，历史雷达轨迹数据中包含航班号、日期、时间、经纬度信息，匹配的意思是把同一日期同一航班号的飞行计划数据和历史雷达轨迹数据放到一起，以进行下面的改航分析；计算每个航段中飞行计划路径和历史雷达轨迹之间的偏离距离Dj，获取航班的飞行计划路径上所有点的CR和ET气象值，若该航班数据满足以下公式，则认为该航班由于对流天气原因发生改航。
CRi≥35dBZ,i＝1,2,…,n
ETi≥6000m,i＝1,2,…,n
Dj≥D0,j＝1,2,…,m
公式中n为历史雷达轨迹数据中包含的航迹点的数目，m为航段数。
进一步地，所述步骤5中预测改航概率分布图的构建方法是：获取步骤4划分出的每个网格的deltaZ和90％VIL的值，其中deltaZ是指航班飞行高度与第90百分位数的回波顶高ET之间的差值，90％VIL是指第90百分位数的垂直累计液态水含量，以90％VIL为x轴，其数值从0到40，间隔为4，单位为kg/m3，以deltaZ为y轴，其数值从-6000到24000，间隔为3000，单位为m，获得由单元格构成的图表，该图表能够涵盖所有研究数据，根据整个地区每个网格的deltaZ和90％VIL的值，搜索出符合不同单元格deltaZ和90％VIL值的网格，使用符合该条件下的所有网格的改航航班数量除以符合该条件下的所有网格的所有航班数量，获得该单元格的预测改航概率，类似地计算出所有单元格的预测改航概率，构建出预测改航概率分布图。
进一步地，所述步骤6中不同改航概率的天气避让场的划设方法是：根据步骤5得到每个网格的deltaZ和90％VIL值，对应到步骤5构建的预测改航概率分布图，获取每个网格的预测改航概率，将整个地区的天气信息转化为改航概率信息，根据所有网格的预测改航概率，分别以90％、70％、50％的改航概率为概率边界，构建出完整的天气避让场，其中90％改航概率的天气避让场是指航班在该天气避让场中飞行时有90％的概率改航。
有益效果：本发明通过天气避让场的划设，使得对流天气的分布以直观的方式展现出来，能够有效地预测对流天气条件下航班改航的情况，并进一步为改航航班的航迹规划提供参考。能够为空管人员和飞行员提供一定程度的帮助，使得空管人员在对流天气条件下更加有效地管理，使得飞行员在对流天气条件下更加合理地飞行。能够减少对流天气条件下的经济损失，减轻相关人员的工作负担。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为预测改航概率分布图；
该图是筛选出符合不同deltaZ和90％VIL的值的航班，并使用该单元格中的改航航班除以所有航班得到该单元格的改航概率，由此构成整个预测改航概率分布图。
图3为某地区90％、70％、50％改航概率的天气避让场；
将该地区该日的天气信息转化为改航概率信息，根据地图上所有网格的预测改航概率，分别以90％、70％、50％的改航概率为概率边界，构建出完整的天气避让场。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种天气避让场划设的方法，具体步骤如下：
步骤1：获取航班历史数据；
航班历史数据包括时间至少持续一个月的全国航班历史雷达数据、飞行计划数据及气象数据，历史雷达航迹数据包括时间、呼号、高度、地面速度、经纬度，飞行计划数据包括航班号、起飞时间、着陆时间、起飞机场、着陆机场、飞行计划路径，气象数据包括全国范围内的垂直累计液态水含量VIL、回波顶高ET在不同时间下的分布情况，利用编程语言将原始历史雷达航迹数据和原始气象数据转换成可读的格式。
步骤2：确定偏航场景标准；
偏航场景标准包括偏航场景阈值D0和强对流天气标准的确定，根据步骤1搜集到的气象数据，选取良好天气情况下的航班建立良好天气航班集，其中良好天气包括天气后报中指明的晴天和多云天气，根据日期、时间和航班号等信息，匹配良好天气航班集里面的航班历史雷达轨迹和飞行计划路径，计算出良好天气情况下航班每部分航段中历史雷达轨迹到飞行计划路径的最大垂直距离，将所有航段中最大的垂直距离作为该航班的偏离距离，由此计算出良好天气情况下每个航班的偏离距离，并进行偏离距离的统计构建良好天气距离集，去除由于空中交通流量管理、飞行员选取临时航路、数据缺失造成的较大值，经过研究分析在新的良好天气距离集中一般选取20公里作为偏航场景阈值D0，并根据实际运行的具体情况进行调整。
为判断航班是否在航路上遭遇强对流天气，通过对步骤1搜集到的航班历史数据进行分析统计，将组合反射率CR≥40dBZ、回波顶高ET≥7000m作为航班在航路上遭遇强对流天气的标准。
步骤3：判断航班是否由于对流天气原因发生改航并统计；
通过步骤1获取航班飞行计划数据和历史雷达轨迹数据，通过航班号、日期、时间等信息，匹配同一航班的飞行计划路径和历史雷达轨迹，计算每个航段中飞行计划路径和历史雷达轨迹之间的偏离距离Dj，获取航班的飞行计划路径上所有点的CR和ET气象值，若该航班数据满足以下公式，则认为该航班由于对流天气原因发生改航。
CRi≥35dBZ,i＝1,2,…,n
ETi≥6000m,i＝1,2,…,n
Dj≥D0,j＝1,2,…,m
公式中n为历史雷达轨迹数据中包含的航迹点的数目，m为航段数。
由此判断所研究地区研究时间内所有航班是否由于对流天气原因发生改航，并统计出在对流天气条件下航班的改航与未改航数量。
步骤4：寻找对流天气单体内VIL最大的网格、划分空域；
以所研究地区2018年8月的气象数据为研究对象，该气象数据表现为1km*1km的网格，找到该气象数据中垂直累计液态水含量(VIL)最大的网格，以该网格为中心向上下左右进行扩展，得到一个10km*10km的网格，即为对流天气单体内VIL最大的网格，以该网格为中心，将空域划分为10km*10km的网格。
步骤5：构建预测改航概率分布图；
获取步骤4划分出的每个网格的deltaZ和90％VIL的值，其中deltaZ是指航班飞行高度与第90百分位数的回波顶高ET之间的差值，90％VIL是指第90百分位数的垂直累计液态水含量，以90％VIL为x轴，其数值从0到40，间隔为4，单位为kg/m3，以deltaZ为y轴，其数值从-6000到24000，该图表能够涵盖所有研究数据，间隔为3000，单位为m，获得由单元格构成的图表，根据整个地区每个网格的deltaZ和90％VIL的值，搜索出符合不同单元格deltaZ和90％VIL值的网格，使用符合该条件下的所有网格的改航航班数量除以符合该条件下的所有网格的所有航班数量，获得该单元格的预测改航概率，类似地计算出所有单元格的预测改航概率，构建出预测改航概率分布图。
步骤6：划设90％、70％、50％改航概率的天气避让场。
根据步骤5得到每个网格的deltaZ和90％VIL值，对应到步骤5构建的预测改航概率分布图，获取每个网格的预测改航概率，将整个地区的天气信息转化为改航概率信息，根据所有网格的预测改航概率，分别以90％、70％、50％的改航概率为概率边界，构建出完整的天气避让场，其中90％改航概率的天气避让场是指航班在该天气避让场中飞行时有90％的概率改航。

Claims (2)

1.一种天气避让场划设的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：获取航班历史数据；
步骤2：确定偏航场景标准，包括对偏航场景阈值D0和强对流天气标准的确定；
步骤3：判断航班是否由于对流天气原因发生改航并统计；
步骤4：寻找对流天气单体内VIL最大的网格、划分空域；
步骤5：构建预测改航概率分布图；
步骤6：划设90％、70％、50％改航概率的天气避让场；
所述步骤1中航班历史数据包括时间至少持续一个月的全国航班历史雷达数据、飞行计划数据及气象数据，历史雷达航迹数据包括时间、呼号、高度、地面速度、经纬度，飞行计划数据包括航班号、起飞时间、着陆时间、起飞机场、着陆机场、飞行计划路径，气象数据包括全国范围内的垂直累计液态水含量VIL、回波顶高ET在不同时间下的分布情况；
所述步骤2中偏航场景阈值D0的确定方法是：计算出良好天气情况下航班每部分航段中历史雷达轨迹到飞行计划路径的最大垂直距离，将所有航段中最大的垂直距离作为该航班的偏离距离，由此计算出良好天气情况下每个航班的偏离距离，并进行偏离距离的统计构建良好天气距离集，去除由于空中交通流量管理、飞行员选取临时航路、数据缺失造成的非正常值，在新的良好天气距离集中选取合适的值作为偏航场景阈值D0；
所述步骤3中航班是否由于对流天气原因发生改航的判断方法是：通过航班号、日期、时间，匹配同一航班的飞行计划路径和历史雷达轨迹，计算每个航段中飞行计划路径和历史雷达轨迹之间的偏离距离Dj，获取航班的飞行计划路径上所有点的CR和ET气象值，若该航班数据满足以下公式，则认为该航班由于对流天气原因发生改航，
CRi≥35dBZ,i＝1,2,…,n
ETi≥6000m,i＝1,2,…,n
Dj≥D0,j＝1,2,…,m
公式中n为历史雷达轨迹数据中包含的航迹点的数目，m为航段数；
所述步骤5中预测改航概率分布图的构建方法是：获取步骤4划分出的每个网格的deltaZ和90％VIL的值，其中deltaZ是指航班飞行高度与第90百分位数的回波顶高ET之间的差值，90％VIL是指第90百分位数的垂直累计液态水含量，以90％VIL为x轴，其数值从0到40，间隔为4，单位为kg/m3，以deltaZ为y轴，其数值从-6000到24000，间隔为3000，单位为m，获得由单元格构成的图表，该图表能够涵盖所有研究数据，根据整个地区每个网格的deltaZ和90％VIL的值，搜索出符合不同单元格deltaZ和90％VIL值的网格，使用符合该条件下的所有网格的改航航班数量除以符合该条件下的所有网格的所有航班数量，获得该单元格的预测改航概率，计算出所有单元格的预测改航概率，构建出预测改航概率分布图；
所述步骤6中不同改航概率的天气避让场的划设方法是：根据步骤5得到每个网格的deltaZ和90％VIL值，对应到步骤5构建的预测改航概率分布图，获取每个网格的预测改航概率，将整个地区的天气信息转化为改航概率信息，根据所有网格的预测改航概率，分别以90％、70％、50％的改航概率为概率边界，构建出完整的天气避让场，其中90％改航概率的天气避让场是指航班在该天气避让场中飞行时有90％的概率改航。
2.根据权利要求1所述的天气避让场划设的方法，其特征在于：所述步骤2中航班遭遇强对流天气的标准是组合反射率CR≥35dBZ、回波顶高ET≥6000m。
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