CN111613096B

CN111613096B - 一种基于atc系统的cfl指令预先告警方法和系统

Info

Publication number: CN111613096B
Application number: CN202010500556.2A
Authority: CN
Inventors: 彭国埕; 欧昕; 侯昌波; 郝育松; 蔡昆杰; 刘华章; 张军; 王松
Original assignee: Chengdu Civil Aviation Air Traffic Control Science & Technology Co ltd; Second Research Institute of CAAC
Current assignee: Chengdu Civil Aviation Air Traffic Control Science & Technology Co ltd; Second Research Institute of CAAC
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2040-06-04
Also published as: CN111613096A

Abstract

本发明公开了一种基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，包括构建虚拟CFL高度，对CFL计划设定的高度层进行预演判断；根据下达的CFL指令，使得ATC系统在原有空域4D模型推算的基础上进行重新推算，以对CFL指令进行风险情况判断；获取航空器飞行态势预测航迹位置继而进行航班冲突判断；根据预演判断、风险情况判断和/或航班冲突判断的判断结果，发出告警；本发明将可能存在冲突的高度层提前直观提示，帮助管制员下达正确安全的指令；在CFL指令下达后可立即给出告警，无需等待航空器作出反应，防止指令已被机组执行才发现存在危险的情况发生；结合航空器飞行态势，计划航路，进行更为准确的位置预测，实现更为准确、及早的告警，提升空管指挥安全性。

Description

一种基于ATC系统的CFL指令预先告警方法和系统

技术领域

本发明涉及空中交通管制技术领域，具体而言，为一种基于ATC系统的CFL指令预先告警方法及系统。

背景技术

空中交通管制自动化系统(Air Traffic Control System，以下简称ATC系统)是供空中交通管制员实时掌握空中飞行态势、实施空中交通管制的重要技术工具。

最小管制间隔是为了保证各种飞行的安全和通畅，飞行中任意两架航空器之间的距离都不能小于规定的安全间隔，包括高度间隔和水平间隔。

冲突预测是指根据当前空域航空器动态，进行预测未来一段时间内是否会和其他航班产生冲突。

传统技术中，指令飞行高度层(Command Flight Level，以下简称CFL)是管制员在使用ATC系统对空中航空器进行指挥时下达的指令高度，飞行员接收到管制员下达的CFL高度后，将控制飞机向该CFL高度层爬升或下降，直到飞机达到并稳定在该CFL高度层。

CFL告警是根据设定的CFL、航空器当前状态、当前空域情况，判断航空器在执行CFL指令过程中是否发生不安全事件并相应给出告警提示。传统的ATC系统的CFL告警功能，在管制员发布CFL指令并设置CFL后，需经过一段时间，监测到航空器开始执行实际飞行动作，向CFL爬升或下降时，才进行告警计算。

现有系统将该航迹与其他航迹一一进行告警计算，当该航迹与冲突航迹之间的水平距离和垂直距离同时小于系统设置的告警门限值时，系统发出冲突告警。传统的告警技术方案如下:

告警计算系统在航空器之间计算当前垂直距离和水平距离，并根据设定条件输出告警；

告警计算系统预测航空器未来短期的位置，根据当前爬升下降率、航向、预测位置决定是否发生告警。

上述告警方案具有以下缺点：

传统告警技术预测的基础都是采用当前值(爬升率、速度和航向)，只能在较短时间内进行预测，留给管制员的反应时间较少；

在高度预测时，不能主动提前预测各个高度指令的安全性，所以其高度预测方案存在延迟，航空器未开始爬升下降动作时，不会给出告警或给出错误告警，直到航空器开始爬升、下降动作时，才计算CFL告警，如果有告警发生，此时的航班实际已经处于了一种不安全的状态；

并且传统告警技术只能在管制命令发出后才能给出告警，不能避免风险指令的发出；

传统告警技术在预测水平位置时存在较大的偏差，特别是航路转弯、返回航路、开始直飞时，预测位置和实际位置相差较大。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种新的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法和系统，能够通过虚拟CFL推算让管制员更安全的下达CFL，本发明还利于管制员能够更快、更早的发现设定的CFL所导致的飞行冲突危险。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

一种基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，包括

根据航空器当前的实际飞行高度，构建多个计划设定的虚拟CFL高度层，对所述虚拟高度层进行风险预演判断；

根据实际下达的CFL指令，使得ATC系统在原有空域4D模型推算的基础上，进行重新推算，以对CFL指令进行风险判断；

获取航空器飞行态势预测航迹位置，根据所述预测航迹位置进行航班冲突判断；

根据所述预演判断、风险情况判断和/或航班冲突判断的判断结果，发出告警。

进一步的，上述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法中，所述构建虚拟CFL高度，对CFL计划设定的高度层进行预演判断，包括：

S11.根据航空器当前实际所处的高度层，构建虚拟CFL高度；

S12.获取ATC系统的实时数据，对所述虚拟CFL高度预演，并显示在界面上，判断该计划设定的CFL是否与其他航班存在冲突；

S13.在存在冲突时，所述界面上对高度层冲突信息进行显示。

进一步的，上述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法中，虚拟CFL高度包括航班指定当前飞行高度层接近的上方N个高度层，或下方N个高度层对应的各个CFL高度层，N为正整数。

进一步的，上述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法中，所述界面为ATC系统的飞行态势显示/控制界面，通过CFL高度层选择菜单输入计划设定的CFL高度层；当计划设定的CFL高度层经过虚拟CFL高度预演后存在冲突，则在有冲突的高度层以差异化方式在菜单上进行显示。

进一步的，上述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法中，所述获取航空器飞行态势预测航迹位置，根据所述预测航迹位置进行航班冲突判断，包括

S31.对航空器飞行态势进行判断；

S32.预测未来可能飞越的航路点，并记录至当前航迹信息中；

S33.对每两条航路段的夹角分析是否需要航空器作出转弯飞行，根据分析结果确定是否添加转弯点；

S34.根据各添加航路点预测未来位置。

S35.根据所述预测未来位置判断是否存在航班冲突。

进一步的，上述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法中，所述飞行态势包括沿计划航路飞行、跟随所述航路保持偏置飞行、回归航路飞行和直飞飞行。

进一步的，上述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法中，对飞行态势预测未来可能飞越的航路点，将可能飞越的航路点对应地添加到航路信息：

沿航路飞行，添加航路点为计划航迹未过点；

保持偏置，添加航路点为未来偏置点及计划未过点；

回归航路，添加航路点为归航交点及计划未过点；

直飞飞行，添加航路点为直飞未来航路交点及计划未过点。

另一方面，本发明还提供了一种CFL指令预先告警系统，包括处理器和存储器，存储器中存储有程序，程序被处理器运行时，执行上述任一实施例所述方法中的步骤。

与传统技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明方法和系统，对虚拟CFL高度进行预演判断、下达的CFL指令风险情况判断以及根据飞行态势的位置预测进行航班冲突，发出告警；其一，将可能存在冲突的高度层提前直观提示，帮助管制员下达正确安全的指令，对传统告警技术在管制员发出指令之后才进行告警计算的旧模式进行改进，实现了最大程度的防止危险指令高度的发出和执行；其二在CFL指令下达后可立即给出告警，无需等待航空器作出反应，根据CFL指令进行预测并实时向管制员输出提示，防止指令已经开始被机组执行才发现存在危险的情况发生。其三结合航空器飞行态势，计划航路，进行更为准确的位置预测，突破了传统告警预测技术只能以当前数据(航向、爬升下降率等)作直线预测的限制，实现更为准确、及早的告警，提升空管指挥安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一种基于ATC系统的CFL指令预先告警方法的流程示意图；

图2为本发明中CFL指令在显示界面的预先告警示意图；

图3为本发明中航空器飞行姿态判断航迹的流程示意图；

图4为本发明一种CFL指令预先告警系统的逻辑框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示，一种基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，包括

根据所述风险预演判断、风险判断和/或航班冲突判断的判断结果，发出告警。

本发明方法，在管制员设置CFL之前、下达的CFL指令发出之前以及在对航空器位置预测三个方面，进行预先推演计算，判断是否存在安全风险，以利于管制员能够更快、更早的发现设定的CFL是否会导致危险发生，提高空管指挥的安全性、可靠性。

本发明给出的一个具体实施例中，根据航空器当前的实际飞行高度，构建多个计划设定的虚拟CFL高度层，对所述虚拟高度层进行风险预演判断，包括：

S11.根据航空器当前实际所处的高度层，构建多个计划设定的虚拟CFL高度层；

多个计划设定的虚拟CFL高度层包括航班计划指定当前飞行高度层接近的上方N个高度层，或下方N个高度层对应的各个CFL高度层，N为正整数，通常为设置为3。虚拟的CFL高度层用于在CFL指令下达前，先获取实际的航迹信息进行虚拟推算演示，预测是否存在冲突风险。

虚拟CFL高度也按照中国民航实施的飞行高度层配备标准进行构建；目前中国民航已实施RVSM(Reduced Vertical Separation Minimum)最小垂直间隔标准为：600米至8400米，每隔300米为一个高度层；8400米至8900米，隔500米为一个高度层；8900米至12500米，每隔300米为一个高度层；12500米以上，每隔600米为一个高度层。

本发明在基于原有ATC系统的CFL高度层构建虚拟的CFL高度，结合实时的航迹数据，推演管制员计划设定的CFL指令是否存在风险。

S12.获取ATC系统的实时数据，对所述虚拟CFL高度层预演，并显示在界面上，判断该计划设定的CFL是否与其他航班存在冲突；

虚拟CFL高度层用于推算检验管制员计划为航班下达的指令高度，将计划下达的CFL指令在对应的虚拟CFL高度层上进行预演(即推算的方式虚拟显示)，以直观的判断管制员要下达的指令是否与其他航班存在冲突。

S13.在存在冲突时，所述界面上对高度层冲突信息进行显示。

本实施例中的所述界面为ATC系统的飞行态势显示/控制界面，管制员为航班的CFL高度层进行选择时，通过CFL高度层选择菜单输入；则本步骤中，当计划设定的CFL高度层经过虚拟CFL高度预演后存在冲突，则在有冲突的高度层以明显且差异化方式在菜单上进行显示，如将对应的冲突高度层底色设置为区别于其他高度层底色的橙色或红色等醒目颜色。

如图2所示的显示/控制界面局部示图，1010为航班当前所在高度层，根据该高度层，构建出虚拟的管制员计划设定的高度层1070、1040、0980、0950以及0920，获取实际的当前其他所有航空器的航迹信息对每个虚拟高度层进行一一推算；然后获得上述所有航空器预测航迹信息进行比较，判断出该位于1010高度层的航班如果飞行到虚拟出的其他高度层的话是否会产生冲突；本实施例中在ATC系统的飞行态势显示/控制界面通过高度层选择菜单的区别颜色显示，提示管制员计划设定的1070高度层和9022高度层存在潜在冲突风险。以上述方法，可分别进行对其他航班的CFL指令高度层虚拟构建预测判断。

这样，管制员在为航班选取CFL高度时，可以在设置CFL之前，提前针对当前航班情况预先模拟指令高度层的安全性，能清晰、直观的看到可能存在冲突的CFL高度层，从而避免管制员向航空器下达可能存在冲突的CFL高度层指令的情况发生。

本发明中，所述根据实际下达的CFL指令，使得ATC系统在原有空域4D模型推算的基础上，进行重新推算，以对CFL指令进行风险情况判断中：

ATC系统内部一直在推算空域4D模型，并保持对周边航空器动态预测。

本发明中，当CFL指令被设置下达后，基于系统对航空器飞行态势及路线的规划能力，根据所述下达的CFL指令重新推算航空器的飞行态势及路线，以预先对CFL指令进行风险情况判断：是否可能与周围一定距离内、一定高度层范围内的其他航班产生飞行冲突，如可能发生冲突，可以立即输出告警提示。

由于ATC系统能够规划出较为准确的航空器飞行态势及路线，没必要等到航空器确认并开始执行之后才能开始预测CFL指令告警，本发明方法实时的根据下达的CFL指令重算空域4D模型并将结果输出，整个流程基于系统本身强大、快速的推算能力，可以控制在极短的时间内，继而能够及时提示管制员下达的指令风险情况，具有高实时性，避免危险的CFL指令达到机组或被机组执行。

本发明给出的一个具体实施例中，结合图3，所述获取航空器飞行态势预测航迹位置，根据所述预测航迹位置进行航班冲突判断，包括

S31.对航空器飞行态势进行判断；

其中，飞行态势包括沿计划航路飞行、跟随所述航路保持偏置飞行、回归航路飞行和直飞飞行四种。

S32.预测未来可能飞越的航路点，并记录至当前航迹信息中；

该步骤中对上述四种飞行态势预测未来可能飞越的航路点，将可能飞越的航路点对应地添加到航路信息中。如沿航路飞行，添加航路点为计划航迹未过点；保持偏置，添加航路点为未来偏置点及计划未过点；回归航路，添加航路点为归航交点及计划未过点；直飞飞行，添加航路点为直飞未来航路交点及计划未过点。本方法中在对未来位置预测过程中，不仅限于已知的固定航路点，还包含添加的虚拟航路点，对可能飞越的航路点进行全面的参考计算，获得更为准确的预测结果。

S33.对每两条航路段的夹角分析是否需要航空器作出转弯飞行，根据分析结果确定是否添加虚拟航路点；该虚拟航路点为起止转弯点，通过计算转弯半径、圆心得到，转弯点计算为成熟技术，不再赘述。

S34.根据各添加航路点预测未来位置。

S35.根据所述预测未来位置判断是否存在航班冲突。

航空器飞行态势有多种多样，传统算法仅考虑航空器沿当前航向或沿航路飞行是不够的，为了使未来航路预测更加准确，本发明首先为航空器的各种飞行态势进行判断、分类预测，确定航空器未来一段路线的飞行态势，然后再进行后续的位置预测工作。本发明获取更为准确的未来位置预测数据，用于计算航空器在飞行中是否可能的导致冲突，从而输出告警，突破传统告警技术存在的限制。

本发明中，根据所述预演判断、风险情况判断和/或航班冲突判断的任一判断结果，发出告警；其一，将可能存在冲突的高度层提前直观提示，帮助管制员下达正确安全的指令，对传统告警技术在管制员发出指令之后才进行告警计算的旧模式进行改进，实现了最大程度的防止危险指令高度的发出和执行；其二在CFL指令下达后可立即给出告警，无需等待航空器作出反应，根据CFL指令进行预测并实时向管制员输出提示，防止指令已经开始被机组执行才发现存在危险的情况发生。其三结合航空器飞行态势，计划航路，进行更为准确的位置预测，突破了传统告警预测技术只能以当前数据(航向、爬升下降率等)作直线预测的限制，实现更为准确、及早的告警，提升空管指挥安全性。

第二方面，本发明还提供了一种系统，用于实施上述基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，如图4所示，其包括处理器和存储器，存储器中存储有程序，程序被处理器运行时，执行

根据实际下达的CFL指令，使得ATC系统在原有空域4D模型推算的基础上，进行重新推算，以对CFL指令进行风险判断；；

本发明系统的程序执行步骤原理与本发明方法一致，每个步骤可对应参考上述相关描述，不再一一赘述。

本发明给出的一个具体实施例中，程序执行所述“根据航空器当前的实际飞行高度，构建多个计划设定的虚拟CFL高度层，对所述虚拟高度层进行风险预演判断”，包括：

多个计划设定的虚拟CFL高度包括航班指定当前飞行高度层接近的上方N个高度层，或下方N个高度层对应的各个CFL高度层，N为正整数，通常为设置为3。

虚拟CFL高度层用于推算检验管制员计划为航班下达的指令高度，将计划下达的CFL指令在对应的虚拟CFL高度层上进行预演(即推算的方式虚拟显示)，获取实际的当前其他所有航空器的航迹信息对每个虚拟高度层进行一一推算；然后获得上述所有航空器预测航迹信息进行比较，以直观的判断管制员对当前某个航班要下达的CFL指令是否与其他航班存在冲突。

S13.在存在冲突时，所述界面上对高度层冲突信息进行显示。

本发明中，程序执行所述“根据实际下达的CFL指令，使得ATC系统在原有空域4D模型推算的基础上，进行重新推算，以对CFL指令进行风险情况判断”中：

由于ATC系统能够规划出较为准确的航空器飞行态势及路线，没必要等到航空器确认并开始执行之后才能开始预测CFL指令告警，本发明实时的根据下达的CFL指令重算空域4D模型并将结果输出，整个流程基于系统本身强大、快速的推算能力，可以控制在极短的时间内，继而能够及时提示管制员下达的指令风险情况，具有高实时性，避免危险的CFL指令达到机组或被机组执行。

本发明给出的一个具体实施例中，程序执行所述“获取航空器飞行态势预测航迹位置，根据所述预测航迹位置进行航班冲突判断”，包括

S31.对航空器飞行态势进行判断；

S32.预测未来可能飞越的航路点，并记录至当前航迹信息中；

该步骤中对上述四种飞行态势预测未来可能飞越的航路点，将可能飞越的航路点对应地添加到航路信息中。如沿航路飞行，添加航路点为计划航迹未过点；保持偏置，添加航路点为未来偏置点及计划未过点；回归航路，添加航路点为归航交点及计划未过点；直飞飞行，添加航路点为直飞未来航路交点及计划未过点。

S34.根据各添加航路点预测未来位置。

S35.根据所述预测未来位置判断是否存在航班冲突。

特别的，发明的实现和本文中提供的所有功能操作可以用计算机软件、固件或硬件，包括本说明书及其结构等同方案中所公开的结构、或者其中的一个或多个的组合来实现。本发明的实现可以实现为一个或多个计算机程序产品，即在计算机可读介质上编码的计算机程序指令的一个或多个模块；该计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基片、存储器设备、影响机器可读传播信号的组合物或者其中的一个或多个的组合实现。

计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式来部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或者适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序并非必须对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保持其他程序或数据(例如标记语言文档中所存储的一个或多个脚本)的文件的部分中，存储在专用于所描述的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如存储一个或多个模块、子程序或者代码的部分的文件)中。计算机程序可以被部署成在一个计算机上来执行，或者在位于一个站点处或分布在多个站点处且通过通信网络互连的多个计算机上来执行。

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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，其特征在于，包括

根据所述预演判断、风险情况判断和/或航班冲突判断的判断结果，发出告警；

所述构建虚拟CFL高度，对CFL计划设定的高度层进行预演判断，包括：

S11.根据航空器当前实际所处的高度层，构建虚拟CFL高度；

S12.获取ATC系统的实时数据，对所述虚拟CFL高度预演，并显示在界面上，判断计划设定的CFL是否与其他航班存在冲突；

S13.在存在冲突时，所述界面上对高度层冲突信息进行显示；

所述界面为ATC系统的飞行态势显示/控制界面，通过CFL高度层选择菜单输入计划设定的CFL高度层；当计划设定的CFL高度层经过虚拟CFL高度预演后存在冲突，则在有冲突的高度层以差异化方式在菜单上进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，其特征在于，虚拟CFL高度包括航班指定当前飞行高度层接近的上方N个高度层，或下方N个高度层对应的各个CFL高度层，N为正整数。

3.根据权利要求1所述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，其特征在于，所述获取航空器飞行态势预测航迹位置，根据所述预测航迹位置进行航班冲突判断，包括

S31.对航空器飞行态势进行判断；

S32.预测未来可能飞越的航路点，并记录至当前航迹信息中；

S34.根据各添加航路点预测未来位置；

S35.根据所述预测未来位置判断是否存在航班冲突。

4.根据权利要求3所述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，其特征在于，所述飞行态势包括沿计划航路飞行、跟随所述航路保持偏置飞行、回归航路飞行和直飞飞行。

5.根据权利要求4所述的基于ATC系统的CFL指令预先告警方法，其特征在于，对飞行态势预测未来可能飞越的航路点，将可能飞越的航路点对应地添加到航路信息：

沿计划航路飞行，添加航路点为计划航迹未过点；

保持偏置，添加航路点为未来偏置点及计划未过点；

回归航路，添加航路点为归航交点及计划未过点；

直飞飞行，添加航路点为直飞未来航路交点及计划未过点。

6.一种CFL指令预先告警系统，其特征在于，包括处理器和存储器，存储器中存储有程序，程序被处理器运行时，执行权利要求1-5任一项所述方法中的步骤。