CN111640333B - 基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，步骤如下：建立基础环境数据库；设置冲突扇区和警告扇区，根据实际管制需求，配置二次雷达应答机代码冲突检测的冲突扇区和警告扇区；维护当前运行航班使用中的二次雷达应答机代码，并建立航班二次雷达应答机使用库；建立航迹与计划相关库，显示航班实时态势；实时检测基于管制扇区的二次雷达应答机代码冲突；预测基于管制扇区的二次雷达应答机代码冲突。本发明采用信息系统代替管制员人工记录，减轻管制员的工作负荷，提升航空运输服务能力。

Description

基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法

技术领域

本发明属于民用航空空中交通管制(ATC)的二次雷达应答机代码分配使用技术领域，具体指代一种基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法。

背景技术

全球共有4096个SSR代码，其中分配给中国民航使用的代码共有1663个(包括借用澳大利亚和缅甸的SSR代码各64个)，且其中部分代码分配给军航加入航路航线飞行任务使用。目前中国民航可用的SSR代码资源均静态的分配给各个管制区使用，每个管制区能使用的SSR代码数量有限，且只能在分配给自己的SSR代码段资源中选择SSR代码分配给航班使用。

近年来，随着民航空中交通量的迅猛增加，各地飞行量持续迅速增长，管制区内供使用的二次雷达应答机编码已不能满足空管运行保障实际工作需要，特别是在航班高峰时段和大面积航班延误时经常出现应答机编码重复和关联错误等情况，给管制指挥带来严重干扰。当前，各地区空管局正在开展以情报区为单位，整合本情报区可用的SSR资源，对本情报区可用SSR资源进行集中管理和分配的研究，制定重复分配机制，提高应答机代码资源利用率。原有二次雷达应答机代码靠管制员人工保证分配不冲突已经越来越难实现，因此，对SSR资源使用的冲突检测已经迫在眉睫。

本发明主要基于扇区管制的ATC系统二次雷达应答机代码分配和检测，提供一种通过飞行轨迹建模，精确估算航班在当前或预计时间所处空间位置，计算使用相同SSR的航班之间是否存在SSR冲突的检测方法，防止识别和指挥的错误，在空中交通管制进程中，最大限度地减少同一区域、同一时间出现同一编码的几率。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，以解决现有技术中二次雷达应答机代码分配基本靠管制员人为记录，分配二次雷达应答机时代码容易冲突的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，步骤如下：

1)建立基础环境数据库；

2)设置冲突扇区和警告扇区，根据实际管制需求，配置二次雷达应答机代码冲突检测的冲突扇区和警告扇区；

3)维护当前运行航班使用中的二次雷达应答机代码，并建立航班二次雷达应答机使用库；

4)建立航迹与计划相关库，显示航班实时态势；

5)实时检测基于管制扇区的二次雷达应答机代码冲突；

6)预测基于管制扇区的二次雷达应答机代码冲突。

进一步地，所述基础环境数据库包括：航线航路点库、管制扇区库、当日执行航班计划库。

进一步地，所述航线航路点库的字段包括：航路点、航路点名称、属于航线、经度、纬度及属于扇区。

进一步地，所述管制扇区库的字段包括：扇区代码、扇区名称、垂直范围上限、是否包含垂直范围上限、垂直范围下限、是否包含垂直范围下限及管制区范围。

进一步地，所述当日执行航班计划库的字段包括：航班号、机型、起飞机场、起飞时间、落地机场、落地时间及计划航路。

进一步地，所述步骤2)具体包括：建立冲突与警告区参数配置表，字段包括：序号、检测扇区、冲突扇区(多扇区时，两扇区编号之间用“/”隔开)、警告扇区(多扇区时，两扇区编号之间用“/”隔开)、启用标志(1标识启用，0标识未启用)、备注。

如S01扇区作为检测扇区时，S01扇区为冲突扇区，警告扇区为S01扇区相邻扇区。

进一步地，所述步骤3)中航班二次雷达应答机使用库的字段包括：航班号、执行时间、二次雷达应答机代码、当前分配人，当前分配时间。

进一步地，所述步骤4)具体包括：

41)对实时接收的航班航迹监视数据进行融合处理；

42)关联航路点进行数据清洗；

43)将清洗后的数据与相应的飞行计划数据匹配，生成航空器飞行航程记录信息。

进一步地，所述步骤5)具体包括：

冲突检测触发：采用定时触发(如每T分钟)或航班跨管制扇区时触发，根据检测系统部署设备的资源能力按实际选择；定时触发，依照冲突与警告区参数配置表中数据，依次从启用标志为启用的检测扇区进行二次雷达应答机代码冲突检测；航班跨管制扇区时触发，只需航班从一个管制扇区进入另一个管制扇区时触发冲突检测，依次开展二次雷达应答机代码冲突检测；

冲突检测方法：根据航空器当前飞行记录信息库中航班实时记录，结合冲突与警告区参数配置表的配置信息，采用归类匹配算法进行冲突检测。

进一步地，所述步骤6)具体包括：根据步骤5)的实时检测结果，预测未来时间段内检测扇区与冲突扇区、检测扇区与警告扇区之间的二次雷达应答机代码使用冲突情况。

本发明的有益效果：

1、基于空管现行扇区管制的运行机制，符合实际管制需求，更容易让管制员执行，易于实现；

2、通过航班飞行实时态势，结合”冲突与警告区配置模型”，可以更精确的检测二次雷达应答机代码冲突，并且更直观向管制员展示；

3、不仅提供对当前时刻二次雷达应答机代码冲突检测方法，同时提供对未来预计时间预测的冲突检测方法；

4、冲突检测结果按告警等级分为“冲突”、“关注”、“提示”三个级别，管制员可以更高效的根据告警等级采取措施，避免安全事故；

5、采用信息系统代替管制员人工记录，减轻管制员的工作负荷，提升航空运输服务能力。

附图说明

图1为本发明空管扇区管制运行模式示意图。

图2为扇区S01二次雷达应答机代码冲突的实时态势示意图。

具体实施方式

空中交通管制自动化系统(Air Traffic Control System，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最重要技术工具。

机载二次雷达应答机(Secondary Surveillance Radar，SSR)是对地面二次雷达询问信号进行自动应答的一种设备，是雷达管制中识别航空器的重要依据，在雷达管制扇区，机载二次雷达应答机代码识别是航空器识别最主要、最常用的方法。

扇区管制，扇区是指一块划定容积的扇形空域，通常设在某一管制中心或某一进近管制单位内，并以此为基点，按一定距离为半径，画一个圆，在该圆内划分若干扇形区域，某一扇形区间有一名或一组交通管制员负有管制职责。扇区大小是根据交通流量、飞行高度层次和管制员的工作量来确定的。(示例：假设XX空管局，管制空域范围是一个半径150KM的圆形，刚开始还好，航班量不大，一组管制员可以完成对这个圆内飞机的管控。后来飞机越来越多了，一组管制员管不过来了，需要更多的人手来管理。于是，就把这个圆分成了几个扇形，每个扇形是一个扇区，一个扇区由一组管制员负责。)

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，步骤如下：

1)建立基础环境数据库；基础环境数据库主要包括航线航路点库、管制扇区库及当日执行航班计划库等。

11)航线航路点库主要字段包括：航路点、航路点名称、属于航线、经度、纬度、属于扇区等；如下表1所示：

表1

12)管制扇区库主要字段包括：扇区代码、扇区名称、垂直范围上限、是否包含垂直范围上限、垂直范围下限、是否包含垂直范围下限、管制区范围等；其中“垂直范围上限”表示本扇区在空间垂直的最高高度，单位为米(M)；“垂直范围下限”表示本扇区在空间垂直的最低高度，单位为米(M)；“是否包含垂直范围上限”和“是否包含垂直范围下限”字段项填入值分别为True(是)或False(否)，当为True时，相对应的“垂直范围上限”或“垂直范围下限”字段项填入值为具体数字，当为False时，相对应的“垂直范围上限”字段项填入值为空(‘空’默认为民航规定的最高飞行高度层14900M)，“垂直范围下限”字段项填入值为GND(表示为地线或0线)，如下表2所示：

表2

13)当日执行航班计划库主要字段包括：航班号、机型、起飞机场、起飞时间、落地机场、落地时间、计划航路等，如下表3所示：

表3

本发明中的所有关系型数据表中“起飞机场”、“落地机场”、“起飞时间”、“落地时间”字段内填入的数值，航班未执行时填入的是计划起飞机场、计划落地机场、计划起飞时间、计划落地时间；航班开始执行时，用实际值更新对应的数据项。

2)设置冲突扇区和警告扇区，根据实际管制需求，配置二次雷达应答机代码冲突检测的冲突扇区和警告扇区；

建立冲突与警告区参数配置表，字段包括：序号、检测扇区、冲突扇区(多扇区时，两扇区编号之间用“/”隔开)、警告扇区(多扇区时，两扇区编号之间用“/”隔开)、启用标志(1标识启用，0标识未启用)、备注。

如S01扇区作为检测扇区时，S01扇区为冲突扇区，警告扇区为S01扇区相邻扇区。

冲突检测时，“冲突与警告区参数配置表”配置的冲突扇区与检测扇区内的二次雷达应答机代码绝对不允许重复；警告扇区与检测扇区内的二次雷达应答机代码检测到重复时预警，管制员根据告警等级，进行相应的关注；参见表4所示：

表4

表4中序号01数据表示：S01扇区作为检测扇区，冲突扇区配置为S01扇区，警告扇区包括S02、S03、S04管制扇区，记录已正式启用；

序号02的数据表示：S01扇区作为检测扇区，冲突扇区包括S01和S02扇区，警告扇区包括S03和S04扇区，记录未正式启用。

3)建设航班二次雷达应答机代码维护功能，提供人机界面或接口，维护当前运行航班正在使用的二次雷达应答机的代码，建立航班二次雷达应答机使用库，具体字段包括：航班号、执行时间、二次雷达应答机代码、当前分配人，当前分配时间等。

接口采用XML格式，同步通信方法采用消息队列(MQ)程序。

4)建立航迹与计划相关库，显示航班实时态势；如图1所示；

41)对实时接收的航班航迹监视数据进行融合处理；

实时接收航班航迹监视数据(航空器航迹点记录信息)，包括雷达输出的雷达信息以及广播式自动相关监视(ADS-B)的综合航迹信息，综合航迹数据格式符合AsterixCAT062格式或MH/T4008格式标准。

当前，在同一时间能够接收到雷达和ADS-B两类航迹监视数据，本专利以雷达综合航迹信息为基础，实时监控雷达、ADS-B等多源传感器输出的动态数据精度，根据位置、时间等条件下的输出数据质量设置每路传感器权重值，对于一个目标的多个动态航迹数据按照权重值进行相对权重的加权融合(如：当某段ADS-B数据加权权重值高于雷达时，输出高于本段雷达精度的航班航迹)。通过上述数据融合方法，提供最小位置误差的航班航迹。

42)关联航路点进行数据清洗；

对上步41)融合处理后航迹监视数据中“航路点”信息，与“航线航路点库”中“航路点”相互匹配，清除未匹配上的航班航迹数据。

43)将清洗后的数据与相应的飞行计划数据匹配，主要匹配条件为“航班号”、“执行时间”和“二次雷达应答机代码”，生成航空器飞行航程记录信息。

所述航空器飞行航程记录信息主要由机型、航班号、执行日期、起飞时间、降落时间、起飞机场、降落机场、二次雷达应答机代码(根据“航班号”和“执行时间”匹配“航班二次雷达应答机使用库”中的“二次雷达应答机代码”)、航路点、经纬度、过点时间、所在航线、所在扇区、状态(起飞、飞行、落地)等属性组成，删除航班号为空的无效记录。

“航空器飞行航程记录信息”分别更新“航空器飞行航程记录信息库”和“航空器当前飞行记录信息库”；“航空器飞行航程记录信息库”和“航空器当前飞行记录信息库”的关系型表区别在于：

航空器飞行航程记录信息库保存航空器历史记录，显示整个航班全生命周期运行轨迹；而航空器当前飞行记录信息库只保留航班最新一条飞行记录信息，当航班降落后T分钟，自动删除。两个信息表主要字段都是由机型、航班号、执行日期、起飞时间、降落时间、起飞机场、降落机场、二次雷达应答机代码、航路点、经纬度、过点时间、所在航线、所在扇区、状态(起飞、飞行、落地)等属性项组成。

航空器飞行航程记录信息库保存整个航班的飞行记录，库中单一航班航行数据为多条，执行插入操作。航空器飞行航程记录信息库增加序列号字段，航空器飞行航程记录信息插入时序列号字段的填写数值从本航班号航班本次起飞时间到降落时间过程中按过点时间排序。

航空器当前飞行记录信息库只有本航班的最新一条航行信息，当航班未执行任务时本表中没有信息，当航班起飞时，第一次接收到航迹信息时，执行插入操作；之后航班飞行过程中，不断更新表中本航班动态信息(如：二次雷达应答机代码、航路点、经纬度、过点时间、所在航线、所在扇区、状态等字段项)，当航班降落后T分钟，本航班完成飞行任务，自动从库中删除本航班的记录信息。本表中信息作为航班实时态势显示界面的主要数据源。实时态势显示界面上航空器标牌可灵活选择航班号、起降机场、二次雷达应答机代码等字段组合显示，图1中只显示了航班号。

5)实时检测基于管制扇区的二次雷达应答机代码冲突；

冲突检测触发：采用定时触发(如每T分钟)或航班跨管制扇区时触发，根据检测系统部署设备的资源能力按实际选择；定时触发，依照冲突与警告区参数配置表中数据，依次从启用标志为启用的检测扇区进行二次雷达应答机代码冲突检测；航班跨管制扇区时触发，只需航班从一个管制扇区进入另一个管制扇区时触发冲突检测，如扇区S01中航班进入扇区S02中，以扇区S02代码号“S02”作为关键项检索“冲突与警告区参数配置表”中字段为“检测扇区”的数据，根据“冲突与警告区参数配置表”中“冲突扇区”和“警告扇区”字段的配置，依次开展二次雷达应答机代码冲突检测；

冲突检测方法：根据航空器当前飞行记录信息库中航班实时记录，结合冲突与警告区参数配置表的配置信息，采用归类匹配算法进行冲突检测。

首先，取用航空器当前飞行记录信息库中关键信息项作为冲突检测数据源，建立冲突检测中间库，字段包括航班号、机型、起飞机场、降落机场、二次雷达应答机代码、航路点、过点时间、所在航线、所在扇区等九个关键项；如下表5所示：

表5

其次，对航空器当前飞行记录中间库中信息采用归类匹配算法，根据冲突与警告区参数配置表中的配置信息，以检测扇区内航班使用的二次雷达应答机代码为检测主体，依次与冲突扇区或警告扇区内的所有航班开展归类匹配计算，保存二次雷达应答机代码被其他航班匹配上的数据进入二次雷达应答机代码冲突告警库，主要字段包括检测扇区、检测时间、航班号、二次雷达应答机代码、匹配扇区、匹配扇区类别(1：冲突扇区，2：警告扇区)、匹配航班、告警等级(1：冲突，2：关注，3：提示)。

备注说明：告警等级分为“冲突”、“关注”、“提示”三个级别，冲突扇区“二次雷达应答机代码”匹配到的航班都设置为“冲突”级别，必须马上更改“二次雷达应答机代码”；警告扇区“二次雷达应答机代码”匹配到航班分为配置“关注”或“提示”级别，两个级别主要根据航班的航向确定，“关注”级别表示匹配到的航班依航路飞行下一阶段会进入本检测扇区，需要重点关注此航班，当航班进入本检测扇区时，根据进入时刻本检测扇区内“二次雷达应答机代码”使用情况，判断是否通知航班更换二次代码，“提示”级别表示匹配到的航班按正常航路飞行下一阶段不会进入本检测扇区，只有遇应急情况，有可能会改航进入本检测扇区，“提示”级别只需告知管制员，正常运行中不需处理。

根据航空器当前飞行记录中间库中案例信息，开展冲突检测结果如下表6所示：

表6

最后，依据二次雷达应答机代码冲突告警库中的信息，在实时态势图上展示冲突情况，航空器标牌包括航班号、二次二次雷达应答机代码、告警等级等主要信息；同时，实时态势图可根据“检测扇区”视角，依照“告警等级”显示不同颜色，方便管制员视觉识别。图2以扇区S01为“检测扇区”视角展示二次雷达应答机代码冲突的实时态势。

6)预测基于管制扇区的二次雷达应答机代码冲突；

根据步骤5)的实时检测结果，预测未来时间段内检测扇区与冲突扇区、检测扇区与警告扇区之间的二次雷达应答机代码使用冲突情况，特别关注检测扇区视角“告警等级”为2(关注)的航班；正常运行中，航班二次雷达应答机使用会根据当前管制扇区的实际情况随时变更，因而预测太长时间没有意义，一般只需预测未来30分钟内的情况。

首先，根据航空器飞行航程记录信息库中统计相邻航路点之间航空器的平均飞行时间。航空器飞行航程记录信息库中保存的是所有航空器飞行航程记录，信息量比较庞大，采用Hadoop数据挖掘方法，生成航路点距离参数库，该表数据在预测冲突时，作为基础参数使用。中国航空公司运行的航空器机型大部分是波音737系列和空客320，因而简化算法，只以“航线”和“航路点”字段作为关键提取要素，开展“距离”和“飞行时间”核心因子提取；航路点距离参数库主要包含航线、航路点1、航路点2、两点距离、飞行时间等数据项。航路点距离参数库参见表7所示：

表7

其次，管制员可以自主设置预测时间T(如10分钟后)，预测基于航空器当前飞行记录信息库中航班位置信息，按民航客机只能沿固定航线飞行的规则，结合航路点距离参数表中相近航路点之间飞行时间，计算生成T分钟后航空器飞行位置信息(未来T分钟的时点，离航班距离最近航路点)，保存入“预测T分钟后航空器飞行记录信息库”，该信息库主要字段包括预测时间、航班号、机型、起飞机场、降落机场、二次雷达应答机代码、航路点(未来T分钟的时点，航班距离最近航路点)、过点时间(当“过点时间>当前时间+T”表示T分钟的时点，本航班还没飞到航路点；当“过点时间＝当前时间+T”表示T分钟的时点，本航班刚好在航路点上；当“过点时间<当前时间+T”表示T分钟的时点，本航班已飞过航路点)、所在航线、所在扇区等十项关键项。

最后，参照步骤5)中的冲突检测方法，生成未来T分钟的时点“二次雷达应答机代码冲突告警库”，并在态势图上展示预计时间时点的代码冲突预测情况。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，其特征在于，步骤如下：

1）建立基础环境数据库；

2）设置冲突扇区和警告扇区，根据实际管制需求，配置二次雷达应答机代码冲突检测的冲突扇区和警告扇区；

3）维护当前运行航班使用中的二次雷达应答机代码，并建立航班二次雷达应答机使用库；

4）建立航迹与计划相关库，显示航班实时态势；

5）实时检测基于管制扇区的二次雷达应答机代码冲突；

6）预测基于管制扇区的二次雷达应答机代码冲突；

所述步骤2）具体包括：建立冲突与警告区参数配置表，字段包括：序号、检测扇区、冲突扇区、警告扇区、启用标志和备注；

冲突检测时，冲突与警告区参数配置表配置的冲突扇区与检测扇区内的二次雷达应答机代码不重复；警告扇区与检测扇区内的二次雷达应答机代码检测到重复时预警，管制员根据告警等级，进行相应的关注；

所述步骤5）具体包括：

冲突检测触发：采用定时触发或航班跨管制扇区时触发，根据检测系统部署设备的资源能力按实际选择；定时触发，依照冲突与警告区参数配置表中数据，依次从启用标志为启用的检测扇区进行二次雷达应答机代码冲突检测；航班跨管制扇区时触发，只需航班从一个管制扇区进入另一个管制扇区时触发冲突检测，依次开展二次雷达应答机代码冲突检测；

冲突检测方法：根据航空器当前飞行记录信息库中航班实时记录，结合冲突与警告区参数配置表的配置信息，采用归类匹配算法进行冲突检测；

告警等级分为冲突、关注、提示三个级别，冲突扇区二次雷达应答机代码匹配到的航班都设置为冲突级别，更改二次雷达应答机代码；警告扇区二次雷达应答机代码匹配到航班分为配置关注或提示级别，两个级别根据航班的航向确定，关注级别表示匹配到的航班依航路飞行下一阶段会进入本检测扇区，需要关注此航班，当航班进入本检测扇区时，根据进入时刻本检测扇区内二次雷达应答机代码使用情况，判断是否通知航班更换二次代码，提示级别表示匹配到的航班按正常航路飞行下一阶段不会进入本检测扇区，提示级别告知管制员，正常运行中不需处理。

2.根据权利要求1所述的基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，其特征在于，所述基础环境数据库包括：航线航路点库、管制扇区库和当日执行航班计划库。

3.根据权利要求2所述的基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，其特征在于，所述航线航路点库的字段包括：航路点、航路点名称、属于航线、经度、纬度及属于扇区。

4.根据权利要求2所述的基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，其特征在于，所述管制扇区库的字段包括：扇区代码、扇区名称、垂直范围上限、是否包含垂直范围上限、垂直范围下限、是否包含垂直范围下限及管制区范围。

5.根据权利要求2所述的基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，其特征在于，所述当日执行航班计划库的字段包括：航班号、机型、起飞机场、起飞时间、落地机场、落地时间及计划航路。

6.根据权利要求1所述的基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，其特征在于，所述步骤3）中航班二次雷达应答机使用库的字段包括：航班号、执行时间、二次雷达应答机代码、当前分配人和当前分配时间。

7.根据权利要求1所述的基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，其特征在于，所述步骤4）具体包括：

41）对实时接收的航班航迹监视数据进行融合处理；

42）关联航路点进行数据清洗；

43）将清洗后的数据与相应的飞行计划数据匹配，生成航空器飞行航程记录信息。

8.根据权利要求1所述的基于扇区管制的空管二次雷达应答机代码冲突检测方法，其特征在于，所述步骤6）具体包括：根据步骤5）的实时检测结果，预测未来时间段内检测扇区与冲突扇区、检测扇区与警告扇区之间的二次雷达应答机代码使用冲突情况。

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