CN111696389B - 一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法及系统 - Google Patents

一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法及系统，包括ADS‑B系统、ACARS系统和航空器燃油估计系统，航空器燃油估计系统包括航空计划数据采集输入模块、航空计划航路点插入分割模块、航路点燃油消耗统计计算模块、航空器实时经纬度采集模块、航路点最优匹配模块、航空器油量值预估修正模块和输出显示模块。本发明基于航班飞行计划实现了科学化地预测出航空器的实时预估油量值，可以实时预测、实时更新显示并实时指导飞行员的飞行操作，有效解决了ACARS数据链获取报文频率范围内的数据真空，在恶劣飞行环境下也可以提供准确的预估油量值，并能及时修正预估油量值，提高了航空器飞行的安全性，降低了航空器飞行的运营成本。

Description

一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法及系统
技术领域
本发明涉及燃油量实时预测技术领域，尤其涉及一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法及系统。
背景技术
航空燃油直接关系到航空器的安全运行及承运人的运营效益，航司已严格执行CCAR121-R5燃油量的相关要求，做好放行前燃油的充足准备。加强燃油实时监控，完善航班燃油监控程序显得尤为重要。目前航空器燃油信息主要基于ACARS数据链获取，由于ACARS系统价格昂贵，报文频率大都在10分钟左右，两次报文的时隙构成了燃油监控的真空区，这期间无法实现对航空器剩余燃油量的实时查询或获取，如何建立精准航班燃油消耗估计模型就成为燃油监控的关键。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法及系统，基于航班飞行计划实现了科学化地预测出航空器的实时预估油量值，可以实时预测、实时更新显示并实时指导飞行员的飞行操作，有效解决了ACARS数据链获取报文频率范围内的数据真空，在恶劣飞行环境下也可以提供准确的预估油量值，并能及时修正预估油量值，提高了航空器飞行的安全性，降低了航空器飞行的运营成本。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，包括：
S1、确定或/和采集取得航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航路及路点信息，根据飞行计划航路点信息对各个飞行计划航路点航段进行分割，基于航段时间在航路点航段中插入不同数量的航路点，并计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率；
S2、通过ADS-B系统或/和ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点，按照最短路径将实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点进行匹配，提取最短路径下的飞行计划各个航路点的燃油消耗率为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；
S3、以每分钟为计算周期，依据实时经纬度轨迹点的燃油消耗率计算航空器当前时刻的机载剩油，该机载剩油为预估油量值，然后根据ACARS系统最新收到的油量信息实时修正预估油量值。
本发明航空器燃油估计方法步骤S1中分割后的飞行计划航路点航段插入航路点方法如下：
对分割后的飞行计划航路点航段中每隔一分钟分割插入一个航路点，对飞行计划的各个飞行计划航路点以及各个插入航路点计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率，航路点的燃油消耗率为f(t),
Figure BDA0002516210520000021
f(t)为燃油消耗率，单位为kg/min，f(ti)为该航路点的计划机载剩油,T为间隔时间，单位为min。
本发明航空器燃油估计方法步骤S2中实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点方法如下：
通过ADSB系统或/和ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标，飞行计划航路点包含飞行计划航路点经纬度坐标，通过实时经纬度轨迹点的实时经纬度坐标与各个飞行计划航路点的飞行计划航路点经纬度坐标进行路径计算，并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，提取最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率。
本发明航空器燃油估计方法步骤S3中航空器当前时刻的机载剩油预估方法如下：
根据最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率f(t)，计算航空器当前时刻的机载剩油F(t)，F(t)＝F(t-△t)-f(t)△t，其中△t＝1分钟，F(t-△t)为一分钟前航空器的机载剩油，一分钟前航空器的机载剩油来源于ACARS系统中一分钟前航空器的机载剩油或/和计算得到一分钟前航空器的机载剩油。根据ACARS系统中最新收到的油量信息实时修正步骤S3中在ACARS系统收到时刻的预估油量值。
一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，包括：
S1、确定或/和采集取得航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航路及航路点信息，根据飞行计划航路点信息对各个飞行计划航路点航段进行分割，对分割后的飞行计划航路点航段中每隔一分钟分割插入一个航路点，对飞行计划的各个飞行计划航路点以及各个插入航路点计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率f(t)，
Figure BDA0002516210520000031
f(t)为燃油消耗率，单位为kg/min，f(ti)为该航路点的计划机载剩油,T为间隔时间，单位为min；
S2、通过ADSB系统或/和ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标，飞行计划航路点包含飞行计划航路点经纬度坐标，通过实时经纬度轨迹点的实时经纬度坐标与各个飞行计划航路点的飞行计划航路点经纬度坐标进行路径计算，并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，提取最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；
S3、以每分钟为计算周期，依据实时经纬度轨迹点的燃油消耗率计算航空器当前时刻的机载剩油，该机载剩油为预估油量值，其方法如下：
根据最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率f(t)，计算航空器当前时刻的机载剩油F(t)，F(t)＝F(t-△t)-f(t)△t，其中△t＝1分钟，F(t-△t)为一分钟前航空器的机载剩油，一分钟前航空器的机载剩油来源于ACARS系统中一分钟前航空器的机载剩油或/和计算得到一分钟前航空器的机载剩油；
然后根据ACARS系统中最新收到的油量信息实时修正预估油量值。
一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计系统，包括ADS-B系统、ACARS系统和航空器燃油估计系统，所述航空器燃油估计系统分别与ADS-B系统、ACARS系统连接，所述航空器燃油估计系统包括航空计划数据采集输入模块、航空计划航路点插入分割模块、航路点燃油消耗统计计算模块、航空器实时经纬度采集模块、航路点最优匹配模块、航空器油量值预估修正模块和输出显示模块，所述航空计划数据采集输入模块用于采集或/输入航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航迹线、飞行计划航路点航段、飞行计划航路点信息；所述航空计划航路点插入分割模块用于对各个飞行计划航路点航段进行分割并结合飞行计划航迹线在分割后的飞行计划航路点航段中插入航路点；所述航路点燃油消耗统计计算模块用于通过数据统计及计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率；所述航空器实时经纬度采集模块用于采集ADS-B系统或/和ACARS系统传输过来航空器的实时经纬度轨迹点，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标；所述航路点最优匹配模块用于按照最短路径将实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点进行匹配并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，记录最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；所述航空器油量值预估修正模块用于根据燃油消耗率计算航空器当前时刻的预估油量值，并根据ACARS系统最新收到的油量信息实时修正预估油量值；所述输出显示模块用于实时显示输出航空器的预估油量值。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明基于航班飞行计划实现了科学化地预测出航空器的实时预估油量值，可以实时预测、实时更新显示并实时指导飞行员的飞行操作，有效解决了ACARS数据链获取报文频率范围内的数据真空，在恶劣飞行环境下也可以提供准确的预估油量值，并能及时修正预估油量值，提高了航空器飞行的安全性，降低了航空器飞行的运营成本。
(2)本发明建立起了精准的燃油估计模型，依赖于针对特定的飞机性能、飞行任务、飞行环境制定的飞行计划，并结合实时飞行数据估计机载剩油。
(3)本发明首先对计划航路分割内插航路点，并计算每个分割点的燃油消耗率，其次结合飞行计划及实时飞行数据，匹配最优燃油消耗率作为参数输入燃油估计模型，最后实时计算航班机载剩油，在收到ACARS油量信息后并基于该油量值修正预估油量值，降低了模型估计误差。
(4)经多次实验结果表明，本发明有效地提高了机载油量值的预测精度，更加契合了工程应用需求，具有较高的实用价值。
附图说明
图1为本发明的原理结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例一
一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，包括：
S1、确定或/和采集取得航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航路及航路点信息，根据飞行计划航路点信息对各个飞行计划航路点航段进行分割(飞行计划航路点航段由航路点构成，一个飞行计划航路点航段可以理解为两个航路点之间航路)，基于航段时间在航路点航段中插入不同数量的航路点，并计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率；
S2、通过ADS-B系统或/和ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点，按照最短路径将实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点进行匹配，提取最短路径下的飞行计划各个航路点的燃油消耗率为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；
S3、以每分钟为计算周期，依据实时经纬度轨迹点的燃油消耗率计算航空器当前时刻的机载剩油，该机载剩油为预估油量值，然后根据ACARS系统最新收到的油量信息实时修正预估油量值。
本实施例步骤S1中分割后的飞行计划航路点航段插入航路点方法如下：
对分割后的飞行计划航路点航段中每隔一分钟分割插入一个航路点，对飞行计划的各个飞行计划航路点以及各个插入航路点计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率，航路点的燃油消耗率为f(t),
Figure BDA0002516210520000051
f(t)为燃油消耗率，单位为kg/min，f(ti)为该航路点的计划机载剩油,T为间隔时间，单位为min。本实施例航路点的计划机载剩油可以为基于大数据按照航班飞行计划统计得到，也可以根据航班飞行计划关联历史航班飞行数据中ACARS数据链获取报文中得到。
本实施例步骤S2中实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点方法如下：
通过ADSB系统或/和ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点(本实施例的航空器包括飞机)，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标，飞行计划航路点包含飞行计划航路点经纬度坐标，通过实时经纬度轨迹点的实时经纬度坐标与各个飞行计划航路点的飞行计划航路点经纬度坐标进行路径计算，并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，提取最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率。
本实施例步骤S3中航空器当前时刻的机载剩油预估方法如下：
根据最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率f(t)，计算航空器当前时刻的机载剩油F(t)，F(t)＝F(t-△t)-f(t)△t，其中△t＝1分钟，F(t-△t)为一分钟前航空器的机载剩油，一分钟前航空器的机载剩油来源于ACARS系统中一分钟前航空器的机载剩油或/和计算得到一分钟前航空器的机载剩油。
本实施例步骤S3中根据ACARS系统中最新收到的油量信息实时修正步骤S3中在ACARS系统收到时刻的预估油量值。
如图1所示，一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计系统，包括ADS-B系统、ACARS系统和航空器燃油估计系统，所述航空器燃油估计系统分别与ADS-B系统、ACARS系统连接，所述航空器燃油估计系统包括航空计划数据采集输入模块、航空计划航路点插入分割模块、航路点燃油消耗统计计算模块、航空器实时经纬度采集模块、航路点最优匹配模块、航空器油量值预估修正模块和输出显示模块，所述航空计划数据采集输入模块用于采集或/输入航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航迹线、飞行计划航路点航段、飞行计划航路点信息；所述航空计划航路点插入分割模块用于对各个飞行计划航路点航段进行分割并结合飞行计划航迹线在分割后的飞行计划航路点航段中插入航路点；所述航路点燃油消耗统计计算模块用于通过数据统计及计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率；所述航空器实时经纬度采集模块用于采集ADS-B系统或/和ACARS系统传输过来航空器的实时经纬度轨迹点，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标；所述航路点最优匹配模块用于按照最短路径将实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点进行匹配并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，记录最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；所述航空器油量值预估修正模块用于根据燃油消耗率计算航空器当前时刻的预估油量值，并根据ACARS系统最新收到的油量信息实时修正预估油量值；所述输出显示模块用于实时显示输出航空器的预估油量值。
实施例二
一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，包括：
S1、确定或/和采集取得航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航路及航路点信息，根据飞行计划航路点信息对各个飞行计划航路点航段进行分割，对分割后的飞行计划航路点航段中每隔一分钟分割插入一个航路点，对飞行计划的各个飞行计划航路点以及各个插入航路点计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率f(t)，
Figure BDA0002516210520000071
f(t)为燃油消耗率，单位为kg/min，f(ti)为该航路点的计划机载剩油,T为间隔时间，单位为min。由于相邻航路点的环境基本一致，航段内的外界风温、巡航马赫数、高度层、地速、真空速等近似相等，所以可对航段按照航段计划飞行时间T，按照每分钟一个点插入分割航路点，例如如果航段计划飞行时间为10分钟，即将航段等分为10段，插入9个分割航路点。
S2、通过ADSB系统或/和ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点(本实施例的航空器包括飞机)，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标，飞行计划航路点包含飞行计划航路点经纬度坐标，通过实时经纬度轨迹点的实时经纬度坐标与各个飞行计划航路点的飞行计划航路点经纬度坐标进行路径计算，并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，提取最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；
S3、以每分钟为计算周期，依据实时经纬度轨迹点的燃油消耗率计算航空器当前时刻的机载剩油，该机载剩油为预估油量值，其方法如下：
根据最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率f(t)，计算航空器当前时刻的机载剩油F(t)，F(t)＝F(t-△t)-f(t)△t，其中△t＝1分钟，F(t-△t)为一分钟前航空器的机载剩油，一分钟前航空器的机载剩油来源于ACARS系统中一分钟前航空器的机载剩油或/和计算得到一分钟前航空器的机载剩油；
然后根据ACARS系统中最新收到的油量信息实时修正预估油量值，即航空器当前时刻的机载剩油(即预估油量值)F(t)＝FACARS。
假如ACARS数据链获取的报文频率在10分钟左右，则可以根据前一次的ACARS数据链获取的机载剩油按照本实施例方法计算得到在10分钟真空区内每隔一分钟的航空器的预估油量值，这样可以填补在ACARS数据链获取频率真空区内航空器的预估油量值的实时估计预测，直到后一次ACARS数据链获取的机载剩油后，用后一次ACARS数据链获取的机载剩油来修正航空器的预估油量值。由于ACARS系统价格昂贵，其为国外所垄断，而且ACARS数据链获取频率存在明显的时间真空区，在该时间真空区内无法准确预测机载剩油，甚至在ACARS数据链通信盲区或受大雾、雷电等恶劣天气影响下，ACARS数据链获取频率就会大弧度延长，航空器的机载剩油一直显示上一次ACARS数据链获取的机载剩油。人为估计偏差过大，这就会影响飞行员的飞行判断。现有技术无法实现相邻两次ACARS数据链获取的机载剩油之间时间内的机载剩油科学预测，更无法实现航空器机载剩油的实时预测与实时更新显示，无法实时指导飞行员进行飞行。本发明可以通过大数据的学习逐步提高准确性，可以减少对ACARS数据链获取报文的技术依赖，可以在延长ACARS数据链获取的报文频率下，得到科学的机载剩油实时预测和更新显示，从而降低了航空器运营成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，其特征在于，包括：
S1、确定和/或采集取得航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航路及航路点信息，根据飞行计划航路点信息对各个飞行计划航路点航段进行分割，基于航段时间在航路点航段中插入不同数量的航路点，并计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率；
飞行计划航路点航段插入航路点方法如下：
对分割后的飞行计划航路点航段中每隔一分钟分割插入一个航路点，对飞行计划的各个飞行计划航路点以及各个插入航路点计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率，航路点的燃油消耗率为f(t),
Figure FDA0003080136990000011
f(t)为燃油消耗率，单位为kg/min，f(ti)为该航路点的计划机载剩油,T为间隔时间，单位为min；
S2、通过ADS-B系统和/或ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点，按照最短路径将实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点进行匹配，提取最短路径下的飞行计划各个航路点的燃油消耗率为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；
S3、以每分钟为计算周期，依据实时经纬度轨迹点的燃油消耗率计算航空器当前时刻的机载剩油，该机载剩油为预估油量值，然后根据ACARS系统最新收到的油量信息实时修正预估油量值。
2.按照权利要求1所述的一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，其特征在于：步骤S2中实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点方法如下：
通过ADSB系统和/或ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标，飞行计划航路点包含飞行计划航路点经纬度坐标，通过实时经纬度轨迹点的实时经纬度坐标与各个飞行计划航路点的飞行计划航路点经纬度坐标进行路径计算，并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，提取最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率。
3.按照权利要求1所述的一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，其特征在于：步骤S3中航空器当前时刻的机载剩油预估方法如下：
根据最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率f(t)，计算航空器当前时刻的机载剩油F(t)，F(t)＝F(t-Δt)-f(t)Δt，其中Δt＝1分钟，F(t-Δt)为一分钟前航空器的机载剩油，一分钟前航空器的机载剩油来源于ACARS系统中一分钟前航空器的机载剩油和/或计算得到一分钟前航空器的机载剩油。
4.按照权利要求3所述的一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，其特征在于：
根据ACARS系统中最新收到的油量信息实时修正步骤S3中在ACARS系统收到时刻的预估油量值。
5.一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计方法，其特征在于，包括：
S1、确定和/或采集取得航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航路及航路点信息，根据飞行计划航路点信息对各个飞行计划航路点航段进行分割，对分割后的飞行计划航路点航段中每隔一分钟分割插入一个航路点，对飞行计划的各个飞行计划航路点以及各个插入航路点计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率f(t)，
Figure FDA0003080136990000021
f(t)为燃油消耗率，单位为kg/min，f(ti)为该航路点的计划机载剩油,T为间隔时间，单位为min；
S2、通过ADSB系统和/或ACARS系统实时取得航空器的实时经纬度轨迹点，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标，飞行计划航路点包含飞行计划航路点经纬度坐标，通过实时经纬度轨迹点的实时经纬度坐标与各个飞行计划航路点的飞行计划航路点经纬度坐标进行路径计算，并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，提取最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；
S3、以每分钟为计算周期，依据实时经纬度轨迹点的燃油消耗率计算航空器当前时刻的机载剩油，该机载剩油为预估油量值，其方法如下：
根据最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率f(t)，计算航空器当前时刻的机载剩油F(t)，F(t)＝F(t-Δt)-f(t)Δt，其中Δt＝1分钟，F(t-Δt)为一分钟前航空器的机载剩油，一分钟前航空器的机载剩油来源于ACARS系统中一分钟前航空器的机载剩油和/或计算得到一分钟前航空器的机载剩油；
然后根据ACARS系统中最新收到的油量信息实时修正预估油量值。
6.一种基于航班飞行计划的航空器燃油估计系统，包括ADS-B系统和ACARS系统，其特征在于：还包括航空器燃油估计系统，所述航空器燃油估计系统分别与ADS-B系统、ACARS系统连接，所述航空器燃油估计系统包括航空计划数据采集输入模块、航空计划航路点插入分割模块、航路点燃油消耗统计计算模块、航空器实时经纬度采集模块、航路点最优匹配模块、航空器油量值预估修正模块和输出显示模块，所述航空计划数据采集输入模块用于采集或/输入航班飞行计划数据，航班飞行计划数据包括飞行计划航迹线、飞行计划航路点航段、飞行计划航路点信息；所述航空计划航路点插入分割模块用于对各个飞行计划航路点航段进行分割并结合飞行计划航迹线在分割后的飞行计划航路点航段中插入航路点；所述航路点燃油消耗统计计算模块用于通过数据统计及计算得到飞行计划各个航路点的燃油消耗率；所述航空器实时经纬度采集模块用于采集ADS-B系统和/或ACARS系统传输过来航空器的实时经纬度轨迹点，实时经纬度轨迹点包含实时经纬度坐标；所述航路点最优匹配模块用于按照最短路径将实时经纬度轨迹点与飞行计划各个航路点进行匹配并得到与实时经纬度轨迹点最短路径下的飞行计划航路点，记录最短路径下的飞行计划航路点的燃油消耗率作为实时经纬度轨迹点的燃油消耗率；所述航空器油量值预估修正模块用于根据燃油消耗率计算航空器当前时刻的预估油量值，并根据ACARS系统最新收到的油量信息实时修正预估油量值；所述输出显示模块用于实时显示输出航空器的预估油量值。
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