CN112348960B - 一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法 - Google Patents

一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法 Download PDF

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CN112348960B CN202011354731.8A CN202011354731A CN112348960B CN 112348960 B CN112348960 B CN 112348960B CN 202011354731 A CN202011354731 A CN 202011354731A CN 112348960 B CN112348960 B CN 112348960B
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Abstract

本发明提供一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法，包括：构建空域时间维编码，检测时间维冲突；构建空域高度范围编码，检测高度范围冲突；建立地球表面剖分网格体系；网格化空域；判断网格编码集合间有无交集；判断空域间水平距离；进行频率维冲突检测；本发明方法实现了空域在时间维、空间维和频率维的一体化冲突检测；提高空域表达的精度及冲突检测准确度；计算量小，提高了实时性；本发明方法基于网格编码，编码之间采用比较、异或、求并运算，而非传统的基于经纬度坐标的浮点计算，更符合计算机的计算逻辑，提高运算效率。

Description

一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法
技术领域
本发明属于空中交通管制技术领域，特别涉及一种空域冲突检测方法。
背景技术
随着国民经济的发展，各领域、各行业都有航空活动需求，除军用航空需要划设各类训练和演习空域、民用航空不断开辟新的航路航线之外，各类航空旅游、航空摄影等需求也日益激增，加上不断增多的需要单独划设空域的无人机飞行空域，使得不断增长的用空需求与空域资源的有限性的矛盾日益凸显，空域正变得越来越拥挤。各类空域相互交织，必然导致空域之间的冲突成倍增加，如何高效、快速、准确地进行空域冲突检测，对于提高飞行安全、防止危及飞行安全的情况发生至关重要。冲突检测可分为飞行冲突检测和空域冲突检测两种。前者的研究已有半个多世纪，已有大量的研究文献，适用范围是合作型航空器之间，通过遍历解算航迹的多元方程，在航迹预测的基础上进行冲突检测，此类方法计算量大、耗时长，故无法应用于飞行流量大的区域和军民航之间冲突检测。而空域冲突检测研究的是航空器活动所在的空域有无冲突，而非航空器本身，通过空域间隔将各类航空器的活动空域隔离开，适用范围更广。
空域的属性包括时间属性、空间属性和频率属性，空间属性又包括空域的高度范围和水平范围。因此进行空域冲突检测必须在时间维、高度范围、水平范围和频率维都要检测。
现有的空域冲突检测方法包括图形相交型和栅格型。图形求交型的原理是将空域看成形状各异的图形，判断图形之间线段有无相交进行冲突判定，如专利CN 104050374 B以及专利CN 108922250 A。该方法的不足是没有考虑空域的安全间隔，当空域所代表的图形没有相交时，也可能出现空域间隔小于安全间隔而存在冲突的情况，造成“漏检”。栅格型是构建空域的栅格模型，并赋予栅格以内在属性，利用栅格的内在属性判定空域有无冲突，如专利CN 111477034 A。该方法的不足是没有考虑空域大小与网格大小的关系，而统一用一个能包含空域大小的矩形网格表示空域，对空域的描述过于粗放，影响检测结果的准确性。此外，以上方法均没有考虑空域的使用频率之间的冲突。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法，包括：
步骤1：构建空域时间维编码，检测时间维冲突；
步骤2：构建空域高度范围编码，检测高度范围冲突；
步骤3：建立地球表面剖分网格体系；
步骤4：网格化空域；
步骤5：判断网格编码集合间有无交集；
步骤6：判断空域间水平距离；
步骤7：进行频率维冲突检测。
进一步的，步骤1根据空域的使用时间范围，构建格式统一的时间维编码，便于计算机识别和读取；若空域的时间维无冲突，直接判定为空域之间无冲突，不需要进行下面步骤的判定；若空域的时间维有冲突，则转入步骤2；步骤2对时间维存在冲突的空域，根据空域的高度范围，构建格式统一的高度范围编码；若空域的高度范围无冲突，则转入步骤7；若空域的高度范围有冲突，则转入步骤3；在步骤3中进行第1至7层级剖分与编码；而后转换经纬度坐标与网格编码；步骤4中根据每个空域的类型和大小，用不同层级的多个网格去填充空域；步骤5筛选出必然存在冲突的空域和可能存在冲突的空域；步骤6中将计算出的空域间距离与规定的安全间隔对比，若大于安全间隔，则判定为空域在水平范围上不存在冲突；否则，空域之间在水平范围上存在冲突；步骤7中对时间维有冲突而空间维无冲突的所有空域，进行频率维冲突检测。
进一步的，
步骤1包括：
步骤1-1：时间维编码；
步骤1-2：检测时间维冲突；
步骤2包括：
步骤2-1：高度范围编码；
步骤2-2：检测高度范围冲突；
步骤3包括：
步骤3-1：进行第1层级剖分与编码；
步骤3-2：进行第2～7层级剖分与编码；
步骤3-3：转换经纬度坐标与网格编码；
步骤4包括：
步骤4-1：计算空域的外包矩形；
步骤4-2：计算空域的最小外包网格；
步骤4-3：计算包含要进行水平范围冲突检测的多个空域的最小外包网格；
步骤4-4：计算空域边界所在的网格；
步骤4-5：计算空域内部所在的网格；
步骤4-6：网格聚合；
步骤6包括：
步骤6-1：判定空域间相对方位；
步骤6-2：确定两空域在相对方位上最边缘网格的行列坐标；
步骤6-3：通过坐标计算出空域间水平距离；
步骤7包括：
步骤7-1：统一频率维的编码格式；
步骤7-2：进行编码运算；
步骤7-3：根据步骤7-2的运算结果，进行冲突判定。
进一步的，步骤1-1中时间编码为一串16位的数字，前8位数字代表为空域的启用时间，后8位数字代表空域的结束使用时间，中间用“-”隔开；步骤1-2中两两空域之间进行时间维冲突检测，两个空域只有时间范围不重叠，才无冲突；步骤2-1中高度编码用大写英文字母H加上三位数字表示，数字的单位为百米；步骤2-2中两两空域之间进行高度范围冲突检测，两个空域只有高度范围不重叠，才无冲突；步骤3-1中选择本初子午线与赤道交点为剖分原点，用4°×4°的第一层级网格将纬度范围为[-90°,90°]、经度范围为[-180°,180°]的地球表面剖分为46×90份；步骤3-2中上一层级的网格为父网格，下一层级的网格为子网格；每1个上一层级父网格平均分成16份，得到下一层级16个子网格，对16个子网格按照皮亚诺空间填充曲线进行16进制编码，直到剖分至第7层级；步骤4-1中分别过纬度最小的点和纬度最大的点作两条正东正西的直线；分别过经度最小的点和经度最大的点作两条正南正北的直线，四条线的相交范围即该空域的外包矩形；步骤4-2中比较出网格面积大于步骤4-1中空域外包矩形的面积且与该面积最接近的网格层级；步骤4-3中选择一个最小外包网格的编码，取其编码均相等前多位编码，编码对应的网格即为多个空域的最小外包网格；步骤4-4中将步骤4-3得到的最小外包网格剖分至指定层级；步骤4-5中将空域边界网格行列坐标集合中行坐标相等的网格分在同一组，该组中列坐标最小为Pmin，最大为Pmax，按步长为1填充Pmin～Pmax中的列坐标，行坐标不变，按照纬度由低到高、经度由西向东的顺序逐行进行扫描，直到空域内部填充完毕，获得空域内部网格的行列坐标集合；步骤4-6中将同属于1个父网格的16个子网格聚合成1个父网格，用1个父网格编码代替16个子网格编码；步骤5中当空域对应的网格编码集合间有交集，即两空域包含同一个网格时，空域在水平范围内必然存在冲突，不再进行下一步冲突判定；只有空域对应的网格编码集合间无交集，即两空域不包含同一个网格时，空域在水平范围内才有可能无冲突，转入步骤6；步骤6中将计算出的距离与《间隔规定》和《中华人民共和国飞行基本规则》规定的安全间隔对比，若大于安全间隔，则判定为空域在水平范围上不存在冲突；否则，空域之间在水平范围上存在冲突。
进一步的，步骤1-1中在前8位和后8位数字中，第1-2位数字代表某月，第3-4位数字代表某月，第5-8位数字代表某时某分，采用24小时制，空域的时间维编码默认省略当年年份；若空域使用时间跨年，则在空域启用时间和结束使用时间编码前面各加上4位数字，代表年份编码；步骤1-2中在两个空域中任选一个空域，记为空域A，取空域A的前8位编码，先与另外一个空域B的后8位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-1，再取空域A的后8位编码与空域B的前8位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-2，对Result-1和Result-2进行异或运算，判断时间维是否冲突；步骤2-1中高度范围的编码共8位，其中前4位为空域的下限高度，后4位为空域的上限高度；步骤2-2中在时间维上存在冲突的两个空域中任选一个空域，记为空域M，取空域M高度范围编码的前4位，先与另外一个空域N的后4位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-3；再取空域A的后4位编码与空域N的前4位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-4，对Result-3和Result-4进行异或运算，判断高度范围是否冲突；步骤3-1中第一层级网格序号在纬度方向上用A～Y和a～y共48个英文字母从赤道按照纬度由低到高编码，编码跳过I、O、i和o，其中北纬大写、南纬小写；第一层级网格序号在经度方向上从本初子午线开始由西向东用00～89共90个数字编码；步骤3-3中某点经纬度坐标为(L，B)，其中L为纬度，B为经度，L和B的表示形式均为度分秒，记作L＝LD°LM′LS″,B＝BD°BM′BS″；以步骤4-4中以最小外包网格内第N层级网格中左下网格为原点网格，其坐标为(0,0)，建立直角坐标系，向东、向北从0开始，按步长为1编号，直到编号到最小外包网格内最东和最北端的第N层级网格，确定空域边界每条线段端点所在网格的行列坐标，端点之间网格的行列坐标集由插值计算得到，去掉空域角点重复的坐标，得到空域边界网格的行列坐标集合，其中列坐标在前，行坐标在后；步骤7-1中频率单位统一为KHz，单位前面的数值统一设定为9位，不足9位的在数值前面补0；步骤7-2中对两空域所使用的频率值先逐位进行异或运算，再对异或运算得到的9个数值逐位进行求并运算；步骤7-3中若最终求并运算的结果为0，则两空域所使用的频率相等，频率之间会存在相互干扰，空域间存在频率冲突；若结果为1，则两空域所使用的频率不相等，频率之间不存在相互干扰，空域间不存在频率冲突。
进一步的，步骤3-1中第1层级网格的边长为512千米；步骤3-2中第2～7级网格的大小分别为1°×1°、16′×16′、4′×4′、1′×1′、16″×16″、4″×4″，网格边长分别为128千米、32千米、8千米、2千米、512米、128米。
进一步的，步骤3-3中转换经纬度坐标与网格编码具体包括：
步骤3-3-1：计算第1层级网格编码；计算公式为：
LD/4°的商为M1、余数为N1，M1+1对应的英文字母为该点所在的第1层级网格的纬度方向编号，北纬大写，南纬小写；BD/4°商为m1、余数为n1，m1即为该点所在的第1层级网格的经度方向编号；两个编号组合成该点所在的第1层级网格编码；
步骤3-3-2：计算第2层级网格编码；计算公式为：
步骤1的余数N1除以1°得到数值M2，M2即为该点所在的第2层级网格的纬度方向编号；n1除以1°得到数值m2，m2即为该点所在的第2层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应得出第2层级网格编码；
步骤3-3-3：计算第3层级网格编码，计算公式为：
LM/16′的商为M3、余数为N3，M2即为该点所在的第3层级网格的纬度方向编号；BM/16′商为m3、余数为n3，m3即为该点所在的第3层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第3层级网格编码；
步骤3-3-4：计算出该点位于第4层级网格的编码，计算公式为：
N3/4′的商为M4、余数为N4，M4即为该点所在的第4层级网格的纬度方向编号；n3/4′商为m4、余数为n4，m4即为该点所在的第4层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第4层级网格编码；
步骤3-3-5：计算出该点位于第5层级网格的编码，计算公式为：
N4/1′的商为M5，M5即为该点所在的第5层级网格的纬度方向编号；n4/1′商为m5、余数为n5，m5即为该点所在的第5层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第5层级网格编码；
步骤3-3-6：计算出该点位于第6层级网格的编码，计算公式为：
LS/16″的商为M6、余数为N6，M6即为该点所在的第6层级网格的纬度方向编号；BS/16″商为m6、余数为n6，m6即为该点所在的第6层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第6层级网格编码；
步骤3-3-7：计算出该点位于第7层级网格的编码，计算公式为：
N6/4″的商为M7，M7即为该点所在的第7层级网格的纬度方向编号；n6/4″商为m7，m7即为该点所在的第7层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第7层级网格编码。
进一步的，步骤6-1中根据两空域的中心点经纬度坐标，判定两空域的方位关系；步骤6-2中根据表达精度对应的最小剖分层级N，确定两空域在相对方位上最边缘的第N级网格编码，取最后两位编码转化为一维二进制编码，再拆分为二维二进制编码，最后转化为二维十进制编码，以最小外包网格的左下角为坐标原点(0，0)，得到两空域在相对方位上最边缘的第N级网格的坐标；步骤6-3中通过坐标计算两空域在相对方位上最边缘第N级网格之间的横向间距与纵向间距，使用勾股定理求得两空域间水平距离，若水平距离小于水平安全间隔，则两空域在水平范围存在冲突，判定两空域空间上有冲突；否则，两空域在水平范围不冲突，判定两空域在空间维上不冲突。
进一步的，步骤6-3中水平安全间隔包括横向安全间隔、纵向安全间隔，水平安全间隔为10公里。
本发明方法实现了空域在时间维、空间维和频率维的一体化冲突检测，提高了冲突检测的准确度和实时性。
附图说明
图1为本发明方法流程框图；
图2为本发明中地球表面剖分金字塔示意图；
图3为本发明中地球表面剖分网格体系和编码方案平面示意图；
图4为本发明中计算空域最小外包网格示意图；
图5(a)为本发明中填充空域内部网格时的扫描路径表达示意图；
图5(b)为本发明中16个子网格聚合成1个父网格示意图；
图6为本发明中判定空域间相对方位示意图；
图7为本发明中计算空域间水平距离示意图；
图8为本发明方法程序实现流程框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及优势更加明晰，下面结合附图和实施例对本发明的内容进行进一步详细说明。
本发明的基本原理是通过在空域的时间维、高度范围和频率维进行格式统一的编码，便于计算机识别和读取，利用编码间比较、异或和求并运算，实现空域在时间维、高度范围和频率维上的冲突检测。通过构建地球表面剖分网格体系，并对网格进行编码，每个网格都对应唯一的编码，对空域进行网格化表达。将空域表达为网格集合，由网格与编码的唯一对应关系，得到空域的编码集合，通过编码集合求交集，对无交集的空域对，通过相对方位上最边缘网格的编码，计算出空域间水平间隔，进行水平范围上空域冲突检测。进而实现空域在时间维、高度范围、水平范围和频率维冲突检测的目的。
如图1所示，本发明方法包括以下步骤：
步骤1：构建空域时间维编码，检测时间维冲突。即根据空域的使用时间范围，构建格式统一的时间维编码，便于计算机识别和读取。若空域的时间维无冲突，直接判定为空域之间无冲突，不需要进行下面步骤的判定；若空域的时间维有冲突，则转入步骤2。
具体方法为：
步骤1-1：对时间维编码。时间编码为一串16位的数字，前8位数字代表为空域的启用时间，后8位数字代表空域的结束使用时间，中间用“-”隔开。在前8位和后8位数字中，第1-2位数字代表某月，第3-4位数字代表某月，第5-8位数字代表某时某分，采用24小时制。空域的时间维编码默认省略当年年份。例如今年是2020年，06100800-06111400代表该空域的使用期限为2020年6月10日早8点到2020年6月11日下午2点。若空域使用时间跨年，则在空域启用时间和结束使用时间编码前面各加上4位数字，代表年份编码，例如202012300800-202101052000，代表该空域的使用期限为2020年12月30日早8点到2021年1月5日晚8点。
步骤1-2：检测时间维冲突。两两空域之间进行时间维冲突检测，两个空域只有时间范围不重叠，才无冲突。因此在两个空域中任选一个空域，记为空域A，取空域A的前8位编码，先与另外一个空域B的后8位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-1。再取空域A的后8位编码与空域B的前8位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-2。若逐位比较结果为等于，相应位的计算结果为空，用符号表示；若逐位比较结果是大于，相应位的计算结果为0；若逐位比较结果是小于，相应位的计算结果为1。一旦数字1或0出现，则不再进行后面位的比较，最终比较结果Result-1和Result-2的取值即为1或0。对Result-1和Result-2进行异或运算，公式为/>其中符号/>代表异或运算。若运算结果为0，则两空域的时间范围不重叠，两空域在时间维上无冲突，直接判定为空域间无冲突，不再进行下一步的冲突检测；若运算结果为1，则两空域的时间范围重叠，两空域在时间维上有冲突，进行下一步高度范围冲突检测。
步骤2：构建空域高度范围编码，检测高度范围冲突。即对时间维存在冲突的空域，根据空域的高度范围，构建格式统一的高度范围编码。若空域的高度范围无冲突，则转入步骤7；若空域的高度范围有冲突，则转入步骤3。
具体方法为：
步骤2-1：高度范围编码。高度编码为了与时间编码隔开，用大写英文字母H加上三位数字表示，数字的单位为百米。为了保持高度编码长度一致，便于计算机识读，如果空域高度固定，则重复编码，高度范围的编码共8位，其中前4位为空域的下限高度，后4位为空域的上限高度。默认高度为标准大气压高度，如需表示真高则用H加下标表示。例如H008H008代表标压高800米，H080H110代表标压高8000米到11000米，H真010H真020代表真高1000米到2000米。
步骤2-2：检测高度范围冲突。方法与时间维冲突检测方法类似。在时间维上存在冲突的两个空域中任选一个空域，记为空域M，取空域M高度范围编码的前4位，先与另外一个空域N的后4位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-3。再取空域A的后4位编码与空域N的前4位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-4。若逐位比较结果为等于，相应位的计算结果为空；若逐位比较结果大于，相应位的计算结果为0；若逐位比较结果小于，相应位的计算结果为1。一旦数字1或0出现，则不再进行后面位的比较，最终比较结果Result-3和Result-4的取值即为1或0。对Result-3和Result-4进行异或运算，公式为 其中符号/>代表异或运算。若运算结果为0，则两空域的高度范围不重叠，两空域在高度范围上无冲突，转入步骤7；若运算结果为1，则两空域的高度范围重叠，两空域在高度维上有冲突，转入步骤3。
步骤3：建立地球表面剖分网格体系。对于在高度范围也存在冲突的空域，需要进行水平范围冲突检测，首先需要建立地球表面剖分网格体系。即将地球表面剖分为多层级、多尺度的网格，各层级网格有对应的面积，然后按照编码规则对各层级的网格进行编码。地球表面的任一网格都有唯一的编码，网格编码与经纬度坐标之间能够进行快速转换。
在步骤3中，建立地球表面剖分网格体系的具体方法为：
步骤3-1：进行第1层级剖分与编码。如图2所示，选择本初子午线与赤道交点为剖分原点，用4°×4°的第一层级网格将纬度范围为[-90°,90°]、经度范围为[-180°,180°]的地球表面剖分为46×90份。第一层级网格序号在纬度方向上用A～Y和a～y共48个英文字母从赤道按照纬度由低到高编码，为避免字母与数字1和0混淆，编码跳过I、O、i和o，其中北纬大写、南纬小写；第一层级网格序号在经度方向上从本初子午线开始由西向东用00～89共90个数字编码。第1层级网格的边长为512千米。
步骤3-2：进行第2～7层级剖分与编码。上一层级的网格为父网格，下一层级的网格为子网格。每1个上一层级父网格平均分成16份，得到下一层级16个子网格，对16个子网格按照皮亚诺空间填充曲线进行16进制编码，直到剖分至第7层级。所以子网格编码继承上一层级父网格的编码，并比上一层级父网格编码多1位。第2～7级网格的大小分别为1°×1°、16′×16′、4′×4′、1′×1′、16″×16″、4″×4″，网格边长分别为128千米、32千米、8千米、2千米、512米、128米。剖分层级选择为7级，是因为空域间的水平安全间隔为10公里，若空域间水平间隔小于10公里，则空域间在水平范围上有冲突。第7层级网格的边长为128米，如果再往下剖分到第8和第9层级，则第8和第9层级网格边长分别为32米和8米。不管是128米、32米还是8米，相比于10公里来说都已经很小，对于提高空域间水平范围冲突检测的精度来说意义并不大，反而过多的剖分层级会使得网格编码变得冗长，占用更多的计算机内部存储空间，降低编码间计算效率。因此，地球表面剖分网格体系将剖分层级设定为7级。例如，第3层级某16′×16′网格的编码为H07C2，将其平均分成16个4′×4′的第4层级网格，对这16个子网格按照图2中的编码方式进行编码，编码分别为{H07C20，H07C21，H07C22，H07C23，H07C24，H07C25，H07C26，H07C27，H07C28，H07C29，H07C2A，H07C2B，H07C2C，H07C2D，H07C2E，H07C2F}。经过步骤2-1和步骤2-2，将地球剖分成无缝隙、无重叠的网格，每个网格都有唯一的编码以及相对应的面积。各层级网格大小、尺度和数量见表1。
表1
步骤3-3：转换经纬度坐标与网格编码。设某点的经纬度坐标为(L，B)，其中L为纬度，B为经度，L和B的表示形式均为度分秒，记作L＝LD°LM′LS″,B＝BD°BM′BS″。如图3所示，第1层级网格中纵坐标代表纬度方向编码，大写字母为北纬，小写字母为南纬，横坐标代表经度方向编码00～89，图3中只显示了部分第1层级网格及编码。第2～7层级网格中纵坐标代表纬度方向，编号为0、1、2、3，横坐标代表经度方向，编号为0、1、2、3，编号坐标顺序为先纬向，再经向，例如编号坐标(2，0)对应的编号为8。经纬度坐标转化位网格编码的详细步骤为：
步骤3-3-1：计算第1层级网格编码。计算公式为：
由于第1层级网格为4°×4°网格，故计算出LD/4°的商为M1、余数为N1，M1+1对应的英文字母即为该点所在的第1层级网格的纬度方向编号，北纬大写，南纬小写；BD/4°商为m1、余数为n1，m1即为该点所在的第1层级网格的经度方向编号。两个编号组合成该点所在的第1层级网格编码。例如西安市钟楼的经纬度坐标为(34°15′39″N，108°56′32″E)，34°/4°＝8余2°，108°/4°＝27，位于第1层级中北纬向第9个、经向第28个4°×4°网格，所以西安钟楼所在的第1层级网格的编码为J27。
步骤3-3-2：计算第2层级网格编码。计算公式为：
由于第2层级网格为1°×1°网格，故步骤1的余数N1除以1°得到数值M2，M2即为该点所在的第2层级网格的纬度方向编号；n1除以1°得到数值m2，m2即为该点所在的第2层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应得出第2层级网格编码。上例中，2°/1°＝2，0/1°＝0，坐标(2，0)对应的1°×1°网格编号为8，所以西安钟楼所在的第2层级网格的编码为J278。
步骤3-3-3：计算第3层级网格编码。计算公式为：
第3层级网格为16′×16′网格，故LM/16′的商为M3、余数为N3，M2即为该点所在的第3层级网格的纬度方向编号；BM/16′商为m3、余数为n3，m3即为该点所在的第3层级网格的经度方向编号。根据两个编号对应出第3层级网格编码。例如15′/16′＝0余15′，56′/16′＝3余8′，坐标(0，3)对应的16′×16′网格编码为5，所以西安钟楼所在的第3层级网格的编码为J2785。
步骤3-3-4：计算出该点位于第4层级网格的编码。计算公式为：
第4层级网格为4′×4′网格，故N3/4′的商为M4、余数为N4，M4即为该点所在的第4层级网格的纬度方向编号；n3/4′商为m4、余数为n4，m4即为该点所在的第4层级网格的经度方向编号。根据两个编号对应出第4层级网格编码。例如15′/4′＝3余3′，8′/4′＝2余0′，坐标(3，2)对应的4′×4′网格编码为E，所以西安钟楼所在的第4层级网格的编码为J2785E。
步骤3-3-5：计算出该点位于第5层级网格的编码。计算公式为：
第5层级网格为1′×1′网格，故N4/1′的商为M5，M5即为该点所在的第5层级网格的纬度方向编号；n4/1′商为m5、余数为n5，m5即为该点所在的第5层级网格的经度方向编号。根据两个编号对应出第5层级网格编码。例如3′/1′＝3余0′，0′/1′＝0余0′，坐标(3，0)对应的1′×1′网格编码为A，所以西安钟楼所在的第5层级网格的编码为J2785EA。
步骤3-3-6：计算出该点位于第6层级网格的编码。计算公式为：
第6层级网格为16″×16″网格，故LS/16″的商为M6、余数为N6，M6即为该点所在的第6层级网格的纬度方向编号；BS/16″商为m6、余数为n6，m6即为该点所在的第6层级网格的经度方向编号。根据两个编号对应出第6层级网格编码。例如39″/16″＝2余7″，32″/16″＝2余0″，坐标(2，2)对应的16″×16″网格编码为C，所以西安钟楼所在的第6层级网格的编码为J2785EAC。
步骤3-3-7：计算出该点位于第7层级网格的编码。计算公式为：
第7层级网格为4″×4″网格，故N6/4″的商为M7，M7即为该点所在的第7层级网格的纬度方向编号；n6/4″商为m7，m7即为该点所在的第7层级网格的经度方向编号。根据两个编号对应出第7层级网格编码。例如7″/4″＝1余3″，0″/4″＝0余0″，坐标(1，0)对应的4″×4″网格编码为2，所以西安钟楼所在的第7层级网格的编码为J2785EAC2。
步骤4：网格化空域。假设要进行水平范围冲突检测的空域共有K个，根据每个空域的类型和大小，用不同层级的多个网格去填充空域，提高空域表达的精度，进而提高冲突检测的准确度。
具体包括：
步骤4-1：计算空域的外包矩形。每个空域有m个角点P1～Pm(m的取值根据该空域实际角点个数确定)，经纬度坐标分别为P1(L1，B1)，P2(L2，B2)……，Pm(Lm，Bm)，其中L为纬度，B为经度。由于各层级网格为正方形网格，方向正南正北、正东正西，故分别过纬度最小(Lmin)的点和纬度最大(Lmax)的点作两条正东正西的直线，距离记为d1；分别过经度最小(Bmin)的点和经度最大(Bmax)的点作两条正南正北的直线，距离记为d2。四条线的相交范围即空域的外包矩形。如图4所示，例如某空域有9个角点P1～P9，分别过纬度最小的点P5和纬度最大的点P1作两条正东正西的直线，距离记为d1；分别过经度最小的点P1和经度最大的点P4作两条正南正北的直线，距离记为d2。四条线的相交范围即该空域的外包矩形。采用上述方法，计算得到K个空域的外包矩形。
步骤4-2：计算空域的最小外包网格。如图4所示，计算出某空域外包矩形的面积S＝d1×d2。第1～7层级网格都有固定的面积，比较出网格面积大于S且与S最接近的网格层级n。在空域的所有角点中，任意选择一点，按照步骤3-3的方法计算出该点所在的第n层级网格编码，该编码对应的网格即为最小外包网格。例如，若图4中d1＝5千米，d2＝7千米，则外包矩形面积为35平方千米。因为第4层级网格为64平方千米，大于35平方千米且与35平方千米最接近，所以该空域的最小外包网格对应的层级为4。假设任意选择的一个角点为P2，将P2的经纬度坐标按步骤3-3的方法转化为第4层级的网格编码K06E75，该编码对应的网格即为该空域的最小外包网格。采用上述方法，计算得到K个空域的最小外包网格。
步骤4-3：计算包含要进行水平范围冲突检测的K个空域的最小外包网格。这K个空域的最小外包网格的编码中前W位编码均相等，从第W+1位开始不相等，则任意选择一个最小外包网格的编码，取其前W位编码，即为所有K个空域的最小外包网格编码，该编码对应的网格即为K个空域的最小外包网格。
步骤4-4：计算空域边界所在的网格。如图5所示，将步骤4-3得到的最小外包网格剖分至指定层级N(n≤N≤7)，以最小外包网格内第N层级网格中左下网格为原点网格，其坐标为(0,0)，建立直角坐标系。向东、向北从0开始，按步长为1编号，直到编号到最小外包网格内最东和最北端的第N层级网格。确定空域边界每条线段端点所在网格的行列坐标，端点之间网格的行列坐标集由插值计算得到，并进行唯一性判断，去掉空域角点重复的坐标，得到最终的空域边界网格的行列坐标集合，其中列坐标在前，行坐标在后。例如，设图5中空域最小外包网格的编码为M24A，属于第2层级网格，将最小外包网格剖分到第4层级，以最小外包网格的左下点为原点，建立直角坐标系，向东、向北为正向，依次用01234…等数字编码。得到空域边界网格的行列坐标集合为{(2,0)、(2,1)、(2,2)、(2,3)、(2,4)、(2,5)、(2,6)、(2,7)、(2,8)、(2,9)、(2,10)、(3,0)、(4,0)、(5,0)、(6,0)、(7,1)、(7,2)、(7,3)、(7,4)、(7,5)、(7,6)、(7,7)、(7,8)、(7,9)、(7,10)、(3,11)、(4,11)、(5,11)、(6,11)}。
步骤4-5：计算空域内部所在的网格。将空域边界网格行列坐标集合中行坐标相等的网格分在同一组，该组中列坐标最小为Pmin，最大为Pmax，按步长为1填充Pmin～Pmax中的列坐标，行坐标不变。按照纬度由低到高、经度由西向东的顺序逐行进行扫描，直到空域内部填充完毕，获得空域内部网格的行列坐标集合，如图5(a)所示，Z字型曲线即为填充空域内部网格时的扫描路径。加上步骤4-4得到的边界坐标集，得到完整的空域所在网格的行列坐标集合。利用行列坐标与网格编码之间的对应关系，得到空域所在网格的编码集合。例如，在图5(a)中，行坐标为1的坐标为(2,1)和(7,1)，按步长为1填充1-7中的列坐标，行坐标不变，得到该行中间的网格的坐标为(3,1)、(4,1)、(5,1)、(6,1)。依次类推，按照纬度由低到高、经度由西向东的顺序逐行进行扫描，直到空域内部填充完毕，获得空域内部网格的行列坐标集合，加上步骤4-4得到的边界坐标集，得到完整的空域所在网格的行列坐标集合为{(3,0)、(4,0)、(5,0)、(6,0)、(2,1)、(3,1)(4,1)、(5,1)、(6,1)、(7,1)、(2,2)、(3,2)(4,2)、(5,2)、(6,2)、(7,2)、(2,3)、(3,3)(4,3)、(5,3)、(6,3)、(7,3)、(2,4)、(3,4)(4,4)、(5,4)、(6,4)、(7,4)、(2,5)、(3,5)(4,5)、(5,5)、(6,5)、(7,5)、(2,6)、(3,6)(4,6)、(5,6)、(6,6)、(7,6)、(2,7)、(3,7)(4,7)、(5,7)、(6,7)、(7,7)、(2,8)、(3,8)(4,8)、(5,8)、(6,8)、(7,8)、(2,9)、(3,9)(4,9)、(5,9)、(6,9)、(7,9)、(2,10)、(3,10)(4,10)、(5,10)、(6,10)、(7,10)、(3,11)、(4,11)、(5,11)、(6,11)}。利用行列坐标与网格编码之间的对应关系，得到空域所在网格的编码集合为{M24A05、M24A10、M24A11、M24A14、M24A06、M24A07、M24A12、M24A13、M24A16、M24A17、M24A0C、M24A0D、M24A18、M24A19、M24A1C、M24A1D、M24A0E、M24A0F、M24A1A、M24A1B、M24A1E、M24A1F、M24A24、M24A25、M24A30、M24A31、M24A34、M24A35、M24A26、M24A27、M24A32、M24A33、M24A36、M24A37、M24A2C、M24A2D、M24A38、M24A39、M24A3C、M24A3D、M24A2E、M24A2F、M24A3A、M24A3B、M24A3E、M24A3F、M24A84、M24A85、M24A90、M24A91、M24A94、M24A95、M24A86、M24A87、M24A92、M24A93、M24A96、M24A97、M24A8C、M24A8D、M24A98、M24A99、M24A9C、M24A9D、M24A8F、M24A9A、M24A9B、M24A9C}。
步骤4-6：网格聚合。如图5(b)所示，将同属于1个父网格的16个子网格聚合成1个父网格，用1个父网格编码代替16个子网格编码。得到空域的最少网格编码集合。例如，在如图5(b)中，将同属于1个父网格的16个子网格聚合成1个父网格，用1个父网格编码代替16个子网格编码。得到空域的最少网格编码集合为{M24A05、M24A06、M24A07、M24A0C、M24A0D、M24A0E、M24A0F、M24A24、M24A25、M24A26、M24A27、M24A2C、M24A2D、M24A2E、M24A2F、M24A84、M24A85、M24A86、M24A87、M24A8C、M24A8D、M24A8F、M24A1、M24A3、M24A9}。
步骤5：判断网格编码集合间有无交集。此步的目的是筛选出必然存在冲突的空域和可能存在冲突的空域，达到减小计算量、提高实时性的目的。当空域对应的网格编码集合间有交集，即两空域包含同一个网格时，空域在水平范围内必然存在冲突，不再进行下一步冲突判定；只有空域对应的网格编码集合间无交集，即两空域不包含同一个网格时，空域在水平范围内才有可能无冲突，转入步骤6。如图7所示，对于空域A和空域D来说，编码集合存在交集，不再计算空域间水平距离。空域A与空域B、空域A与空域C、空域B与空域C、空域B与空域D、空域C与空域D的编码集合无交集，两空域不包含同一个网格，空域在水平范围内才有可能无冲突，转入步骤6，计算空域间水平距离。
步骤6：判断空域间水平距离。而对于步骤5中网格编码集合间无交集的空域对，才需要利用网格编码计算空域间距离。将计算出的距离与《间隔规定》和《中华人民共和国飞行基本规则》规定的安全间隔对比，若大于安全间隔，则判定为空域在水平范围上不存在冲突；否则，空域之间在水平范围上存在冲突。
具体包括以下步骤：
步骤6-1：判定空域间相对方位。如图6所示，即根据两空域的中心点经纬度坐标，判定两空域的方位关系。判定相对方位的方法如下：设空域1中心点的经纬度坐标为(L1，B1),空域2中心点的经纬度坐标为(L2，B2),其中L表示纬度，其中北纬为正，南纬为负；B表示经度，其中东经为正，西经为负。若满足L1<L2且B1<B2，则空域2位于空域1的东北方向；若满足L1>L2且B1>B2，则空域2位于空域1的西南方向；若满足L1<L2且B1>B2，则空域2位于空域1的西北方向；若满足L1>L2且B1<B2，则空域2位于空域1的东南方向；若满足L1<L2且B1＝B2，则空域2位于空域1的正北方向；若满足L1>L2且B1＝B2，则空域2位于空域1的正南方向；若满足L1＝L2且B1>B2，则空域2位于空域1的正西方向；若满足L1＝L2且B1<B2，则空域2位于空域1的正东方向。在图7中，
步骤6-2：确定两空域在相对方位上最边缘网格的行列坐标。如图7所示，根据表达精度对应的最小剖分层级N，确定两空域在相对方位上最边缘的第N级网格编码，取最后两位编码转化为一维二进制编码，再拆分为二维二进制编码，最后转化为二维十进制编码。以最小外包网格的左下角为坐标原点(0，0)，得到两空域在相对方位上最边缘的第N级网格的坐标。例如，在图7中，采用步骤6-1的判定方法，可判定空域C位于空域A的东北反向。4个空域的最小外包网格为第3层级网格，所对应的编码为J2764，根据表达精度需要确定最小剖分层级为5级，故确定空域A东北角的第5级网格编码为J27643F，空域C西南角的第5级网格编码为J2764D8。将3F转化为一维二进制编码为00111111，进而拆分为二维二进制编码为0111和0111，并转化为二维十进制编码7和7，即空域A东北角第5级网格的行列坐标为(7,7)；将D8转化为一维二进制编码为11011000，进而拆分为二维二进制编码为1010和1100，并转化为二维十进制编码10和12，即空域C西南角第5级网格的行列坐标为(12,10)。
步骤6-3：通过坐标计算出空域间水平距离。如图7所示，通过坐标计算两空域在相对方位上最边缘第N级网格之间的横向间距与纵向间距，使用勾股定理求得两空域间水平距离，若水平距离小于水平安全间隔(包括横向安全间隔、纵向安全间隔)，则两空域在水平范围存在冲突，判定两空域空间上有冲突；否则，两空域在水平范围不冲突，判定两空域在空间维上不冲突。水平安全间隔为10公里。例如，图7中，通过坐标计算空域A和空域C在相对方位第5级网格之间的横向间距与纵向间距。12-7-1＝4，10-7-1＝2，即空域A和空域C横向之间由4个、纵向有2个第5级网格，故横向间距为8km，纵向间距为4km。勾股定理得到空域A和空域C的水平距离为8.9公里，而水平安全间隔为10公里，小于水平安全间隔，故空域A和空域C有冲突。
通过构建地球表面剖分网格体系，并对网格进行编码，每个网格都对应唯一的编码，对空域进行网格化表达。将空域表达为网格集合，由网格与编码的唯一对应关系，得到空域的编码集合，通过编码集合求交集，对无交集的空域对，通过相对方位上最边缘网格的编码，计算出空域间水平间隔，进行水平范围上空域冲突检测。
步骤7：对时间维有冲突而空间维无冲突的所有空域，进行频率维冲突检测。
具体包括：
步骤7-1：统一频率维的编码格式。频率单位有Hz、KHz、MHz、GHz、THz，对空通信频率都在KHz以上，故将频率单位统一为KHz，单位前面的数值统一设定为9位，不足9位的在数值前面补0。例如某空域1的使用频率为5MHz，则编码为000005000，空域2的使用频率为225KHz，则编码为000000225。
步骤7-2：进行编码运算。两空域所使用的频率值先逐位进行异或运算，异或运算的结果为0或1，方法为当数值a与b相等时，当数值a与b不相等时，/>其中符号/>代表异或运算。再对异或运算得到的9个数值逐位进行求并运算，公式为1∪0＝1,1∪1＝1,0∪1＝1,0∪0＝0，其中符号∪代表求并运算，目的是检查逐位异或运算得到的9个数值是否均为0。例如步骤7-1中两空域编码分别为000005000和000000225，逐位进行异或运算的结果为000001111，再逐位进行求并运算，第1位0与第二位0求并运算结果为0,该预算结果0与第三位0求并运算结果为0，依次类推，得到最终的计算结果为1。
步骤7-3：根据步骤7-2的运算结果，进行冲突判定。若最终求并运算的结果为0，则两空域所使用的频率相等，频率之间会存在相互干扰，空域间存在频率冲突；若结果为1，则两空域所使用的频率不相等，频率之间不存在相互干扰，空域间不存在频率冲突。
图8为本发明方法程序实现的详细流程图。结合实施例，具体说明本发明的具体实施步骤。如图7所示，某区域内要进行冲突检测的空域共4个，分别是空域A、空域B、空域C、空域D。其中，空域A为一个16km×16km的正方形空域，使用时间范围为2020年10月17日早上6点到2020年11月10日早上6点，高度范围为标压高5000米到10000米，使用频率为5MHz。空域B为半径为8km的圆形空域，使用时间范围为2020年10月20日早上8点到2020年10月30日早上8点，高度范围为标压高6000米到8000米，使用频率为225KHz。空域C为长边为16公里，短边为4km的跑道性空域，使用时间范围为2020年10月25日早上6点到2020年11月5日下午8点，高度范围为标压高6000米到7500米，使用频率为500KHz。空域D为长16km×8km的矩形空域，使用时间范围为2020年10月1日早上6点到2020年10月6日早上6点，高度范围为标压高5000米到10000米，使用频率为3MHz。
以上4个空域按照本发明方法进行冲突检测，首先进行步骤1，构建空域的时间维编码，进行时间维冲突检测。具体方法为：
步骤1-1：时间维编码。将空域A、B、C、D的使用时间范围分别编码为10170600-11100600、10200800-10300800、10250600-11052000、10010600-10060600。
步骤1-2：进行时间维冲突检测。两两空域之间进行时间维冲突检测，以空域A和空域D为例，空域A的前8位编码为10170600，先与空域B的后8位编码10060600进行逐位比较，最终比较结果Result-1为0；再进行11100600与10010600之间的运算，最终比较结果Result-2为0。Result-1和Result-2进行异或运算，运算结果为0，则空域A和D的时间范围不重叠，在时间维上无冲突，直接判定空域A和D无冲突，不再进行下一步的冲突检测。按照同样的方法，判定出空域A、B、C之间在时间维上存在冲突。
对步骤1中存在时间维冲突的空域A、B、C，进行步骤2，构建空域的高度范围编码，进行高度范围冲突检测。具体方法为：
步骤2-1：高度范围编码。空域A、B、C的高度范围编码分别为H050H100、H060H080、H060H075。
步骤2-2：进行高度范围冲突检测。两两空域之间进行高度范围冲突检测，以空域A和空域B为例，空域A的高度范围编码的前4位为H050，先与空域B的后4位编码H080进行逐位比较，最终比较结果为Result-3为1，再进行H100与H060之间的逐位比较，最终比较结果为Result-4为0，Result-3和Result-4进行异或运算，运算结果为1，则空域A和B的高度范围重叠，两空域在高度维上有冲突。按照同样的方法，判定出空域A、B、C之间在高度范围上存在冲突。转入步骤3。
由于空域A、B、C之间在高度范围上也存在冲突，故需要对空域A、B、C进行水平范围冲突检测。首先，进行步骤3，建立地球表面剖分网格体系。具体方法为：
步骤3-1：进行第1层级剖分与编码。如图2所示，选择本初子午线与赤道交点为剖分原点，用4°×4°的第一层级网格将纬度范围为[-90°,90°]、经度范围为[-180°,180°]的地球表面剖分为46×90份。第一层级网格序号在纬度方向上用A～Y和a～y共46个英文字母从赤道按照纬度由低到高编码，为避免字母与数字1和0混淆，编码跳过I、O、i和o，其中北纬大写、南纬小写；第一层级网格序号在经度方向上从本初子午线开始由西向东用00～89共90个数字编码。第1层级网格的边长为512千米。
步骤3-2：进行第2～7层级剖分与编码。上一层级的网格称为父网格，下一层级的网格称为子网格。每1个上一层级父网格平均分成16份，得到下一层级16个子网格，对16个子网格按照皮亚诺空间填充曲线进行16进制编码，直到剖分至第7层级。所以子网格编码继承上一层级父网格的编码，并比上一层级父网格编码多1位。第2～7级网格的大小分别为1°×1°、16′×16′、4′×4′、1′×1′、16″×16″、4″×4″，网格边长分别为128千米、32千米、8千米、2千米、512米、128米。例如，图7中，第3层级某16′×16′网格的编码为J2764，将其平均分成16个4′×4′的第4层级网格，对这16个子网格按照图2中的编码方式进行编码，编码分别为{J27640，J27641，J27642，J27643，J27644，J27645，J27646，J27647，J27648，J27649，J2764A，J2764B，J2764C，J2764D，J2764E，J2764F}。经过步骤2-1和步骤2-2，将地球剖分成无缝隙、无重叠的网格，每个网格都有唯一的编码以及相对应的面积。
步骤3-3：转换经纬度坐标与网格编码。西安市钟楼的经纬度坐标为(34°15′39″N，108°56′32″E)，按照步骤3-3-1到步骤3-3-7的方法，将该经纬度坐标转化为网格编码作为步骤3-3的一个实施例。34°/4°＝8余2°，108°/4°＝27，位于第1层级中北纬向第9个、经向第28个4°×4°网格，所以西安钟楼所在的第1层级网格的编码为J27。2°/1°＝2，0/1°＝0，坐标(2，0)对应的1°×1°网格编号为8，所以西安钟楼所在的第2层级网格的编码为J278。15′/16′＝0余15′，56′/16′＝3余8′，坐标(0，3)对应的16′×16′网格编码为5，所以西安钟楼所在的第3层级网格的编码为J2785。15′/4′＝3余3′，8′/4′＝2余0′，坐标(3，2)对应的4′×4′网格编码为E，所以西安钟楼所在的第4层级网格的编码为J2785E。3′/1′＝3余0′，0′/1′＝0余0′，坐标(3，0)对应的1′×1′网格编码为A，所以西安钟楼所在的第5层级网格的编码为J2785EA。39″/16″＝2余7″，32″/16″＝2余0″，坐标(2，2)对应的16″×16″网格编码为C，所以西安钟楼所在的第6层级网格的编码为J2785EAC。7″/4″＝1余3″，0″/4″＝0余0″，坐标(1，0)对应的4″×4″网格编码为2，所以西安钟楼所在的第7层级网格的编码为J2785EAC2。
建立地球表面剖分网格体系之后，要对空域A、B、C按照步骤4进行空域网格化表达，包括：
步骤4-1：计算空域的外包矩形。在图7中，空域A的外包矩形为空域A本身。空域B的外包矩形为8km×8km的正方形，空域C的外包矩形为8km×2km的矩形。
步骤4-2：计算空域的最小外包网格。空域A的最小外包网格编码为J2764，空域B的最小外包网格编码为J27647，空域C的最小外包网格编码为J2764。
步骤4-3：计算包含空域A、B、C的最小外包网格。空域A、B、C的最小外包网格编码前5位均相等，因此包含空域A、B、C的最小外包网格的编码为J2764。
步骤4-4：计算空域边界所在的网格。如图7所示，根据表达精度的需要，将步骤4-3得到的最小外包网格剖分至第5层级，以左下角的第5层级网格坐标为(0，0)，建立直角坐标系，并向东、向北依次编码。空域A的边界所在网格的行列坐标为{(0,0)、(1,0)、(2,0)、(3,0)、(4,0)、(5,0)、(6,0)、(7,0)、(0,1)、(0,2)、(0,3)、(0,4)、(0,5)、(0,6)、(0,7)、(1,7)、(2,7)、(3,7)、(4,7)、(5,7)、(6,7)、(7,7)、(7,1)、(7,2)、(7,3)、(7,4)、(7,5)、(7,6)}，空域B的边界所在网格的行列坐标为{(12,4)、(13,4)、(14,4)、(15,4)、(12,5)、(12,6)、(12,7)、(13,7)、(14,7)、(15,7)、(15,5)、(15,6)}，空域C的边界所在网格的行列坐标为{(12,10)、(12,14)}。
步骤4-5：计算空域内部所在的网格。经过逐行填充后，获得空域A、B、C内部网格的行列坐标集合，加上步骤4-4得到的边界坐标集，得到完整的空域所在网格的行列坐标集合。利用行列坐标与网格编码之间的对应关系，得到空域所在网格的编码集合。其中空域A所在的第5层级网格编码集合为{J276400、J276401、J276402、J276403、J276404、J276405、J276406、J276407、J276408、J276409、J27640A、J27640B、J27640C、J27640D、J27640E、J27640F、J276410、J276411、J276412、J276413、J276414、J276415、J276416、J276417、J276418、J276419、J27641A、J27641B、J27641C、J27641D、J27641E、J27641F、J276420、J276421、J276422、J276423、J276424、J276425、J276426、J276427、J276428、J276429、J27642A、J27642B、J27642C、J27642D、J27642E、J27642F、J276430、J276431、J276432、J276433、J276434、J276435、J276436、J276437、J276438、J276439、J27643A、J27643B、J27643C、J27643D、J27643E、J27643F}，空域B所在的第5层级网格编码集合为{J276470、J276471、J276472、J276473、J276474、J276475、J276476、J276477、J276478、J276479、J27647A、J27647B、J27647C、J27647D、J27647E、J27647F}，空域C所在的第5层级网格编码集合为{J2764D8、J2764DA、J2764F0、J2764F2、J2764F8}。
步骤4-6：网格聚合。将同属于1个父网格的16个子网格聚合成1个父网格，用1个父网格编码代替16个子网格编码。得到空域的最少网格编码集合。聚合后，空域A的最少网格编码集合为{J27640、J27641、J27642、J27643}，空域B的最少网格编码集合为{J27647}，空域C的最少网格编码集合为{J2764D8、J2764DA、J2764F0、J2764F2、J2764F8}，
空域A、B、C经过步骤4的网格化表达后，进入步骤5，计算网格编码集合间有无交集。空域A与空域B、空域A与空域C、空域B与空域C的编码集合无交集，说明上述两空域间不包含同一个网格，空域在水平范围内才有可能无冲突，转入步骤6。
在步骤6中，计算空域间水平范围的距离，进行水平范围冲突判定。方法包括以下步骤：
步骤6-1：判定方位。在图6中，可判定空域B位于空域A的东北方向，空域C位于空域A的东北反向，空域B位于空域C的东南方向。
步骤6-2：确定两空域在相对方位上最边缘网格的行列坐标。最小剖分层级为5级，由于空域C位于空域A的东北反向，故确定空域A东北角的第5级网格编码为J27643F，空域C西南角的第5级网格编码为J2764D8。将3F转化为一维二进制编码为00111111，进而拆分为二维二进制编码为0111和0111，即空域1东北角第5级网格的行列坐标为(7,7)；将D8转化为一维二进制编码为11011000，进而拆分为二维二进制编码为1010和1100，即空域3西南角第5级网格的行列坐标为(12,10)。
步骤6-3：通过坐标计算出空域间水平距离。通过坐标计算两空域相对方位第5级网格之间的横向间距与纵向间距。12-7-1＝4，10-7-1＝2，即空域A和空域C横向之间由4个、纵向有2个第5级网格，故横向间距为8km，纵向间距为4km。勾股定理得到空域A和空域C的水平距离为8.9公里，而水平安全间隔为10公里，小于水平安全间隔，故空域A和空域C在水平范围内有冲突。同理可得空域A和空域B、空域B和空域C之间的水平距离小于水平安全间隔，空域A和空域B、空域B和空域C之间在水平范围内也有冲突。加上步骤1判定的空域A、B、C在时间维上存在冲突，步骤2判定的空域A、B、C在高度范围上存在冲突，故最终判定为空域A、B、C之间存在冲突，冲突检测结束。
图7所代表的实施例中，4个空域在进行频率冲突检测前，就已经最终判定空域间存在冲突，不需要再进行步骤7。在本发明的另一个实施例中，空域E的使用频率维500KHz，空域F的使用频率维850KHz，经过步骤1-6，空域E和F之间在时间维有冲突，而在空间维无冲突，故空域E和F之间需要进行步骤7——频率维冲突检测。结合该实施例说明步骤7所用的方法。
步骤7-1：统一频率维的编码格式。空域E的使用频率编码为000000500，空域F的使用频率编码为000000850。
步骤7-2：进行编码运算。逐位进行异或运算的结果为000000110，再逐位进行求并运算，第1位0与第二位0求并运算结果为0,该预算结果0与第三位0求并运算结果为0，依次类推，得到最终的计算结果为1。
步骤7-3：根据最终的运算结果，进行冲突判定。最终的计算结果为1，则空域E和F所使用的频率不相等，频率之间不存在相互干扰，空域E和F间不存在频率冲突。最终判定为空域E和F之间无冲突，冲突检测结束。
本发明方法实现了空域在时间维、空间维和频率维的一体化冲突检测，特别是对于水平范围冲突检测，通过构建7层网格体系和对应的编码方案，将各类空域用网格表达，用不同层级的多个网格而不是用特定层级的一个网格去表达空域，提高空域表达的精度，进而提高冲突检测准确度；通过编码集合求交集，筛选出必然存在冲突的空域和可能存在冲突的空域，减小计算量，提高了实时性；对于可能存在冲突的空域，利用网格编码进行距离计算，与水平安全间隔对比，进而判定是否存在水平范围冲突；本发明方法的计算过程都是基于网格编码，编码之间采用比较、异或、求并运算，而非传统的基于经纬度坐标的浮点计算，更符合计算机的计算逻辑，提高计算机的运算效率。

Claims (5)

1.一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法，包括：
步骤1：构建空域时间维编码，检测时间维冲突；
步骤2：构建空域高度范围编码，检测高度范围冲突；
步骤3：建立地球表面剖分网格体系；
步骤4：网格化空域；
步骤5：判断网格编码集合间有无交集；
步骤6：判断空域间水平距离；
步骤7：进行频率维冲突检测；
步骤1根据空域的使用时间范围，构建格式统一的时间维编码，便于计算机识别和读取；若空域的时间维无冲突，直接判定为空域之间无冲突，不需要进行下面步骤的判定；若空域的时间维有冲突，则转入步骤2；步骤2对时间维存在冲突的空域，根据空域的高度范围，构建格式统一的高度范围编码；若空域的高度范围无冲突，则转入步骤7；若空域的高度范围有冲突，则转入步骤3；在步骤3中进行第1至7层级剖分与编码；而后转换经纬度坐标与网格编码；步骤4中根据每个空域的类型和大小，用不同层级的多个网格去填充空域；步骤5筛选出必然存在冲突的空域和可能存在冲突的空域；步骤6中将计算出的空域间距离与规定的安全间隔对比，若大于安全间隔，则判定为空域在水平范围上不存在冲突；否则，空域之间在水平范围上存在冲突；步骤7中对时间维有冲突而空间维无冲突的所有空域，进行频率维冲突检测；
步骤1包括：
步骤1-1：时间维编码；
步骤1-2：检测时间维冲突；
步骤2包括：
步骤2-1：高度范围编码；
步骤2-2：检测高度范围冲突；
步骤3包括：
步骤3-1：进行第1层级剖分与编码；
步骤3-2：进行第2～7层级剖分与编码；
步骤3-3：转换经纬度坐标与网格编码；
步骤4包括：
步骤4-1：计算空域的外包矩形；
步骤4-2：计算空域的最小外包网格；
步骤4-3：计算包含要进行水平范围冲突检测的多个空域的最小外包网格；
步骤4-4：计算空域边界所在的网格；
步骤4-5：计算空域内部所在的网格；
步骤4-6：网格聚合；
步骤6包括：
步骤6-1：判定空域间相对方位；
步骤6-2：确定两空域在相对方位上最边缘网格的行列坐标；
步骤6-3：通过坐标计算出空域间水平距离；
步骤7包括：
步骤7-1：统一频率维的编码格式；
步骤7-2：进行编码运算；
步骤7-3：根据步骤7-2的运算结果，进行冲突判定；
步骤1-1中时间编码为一串16位的数字，前8位数字代表为空域的启用时间，后8位数字代表空域的结束使用时间，中间用“-”隔开；步骤1-2中两两空域之间进行时间维冲突检测，两个空域只有时间范围不重叠，才无冲突；步骤2-1中高度编码用大写英文字母H加上三位数字表示，数字的单位为百米；步骤2-2中两两空域之间进行高度范围冲突检测，两个空域只有高度范围不重叠，才无冲突；步骤3-1中选择本初子午线与赤道交点为剖分原点，用4°×4°的第一层级网格将纬度范围为[-90°,90°]、经度范围为[-180°,180°]的地球表面剖分为46×90份；步骤3-2中上一层级的网格为父网格，下一层级的网格为子网格；每1个上一层级父网格平均分成16份，得到下一层级16个子网格，对16个子网格按照皮亚诺空间填充曲线进行16进制编码，直到剖分至第7层级；步骤4-1中分别过纬度最小的点和纬度最大的点作两条正东正西的直线；分别过经度最小的点和经度最大的点作两条正南正北的直线，四条线的相交范围即该空域的外包矩形；步骤4-2中比较出网格面积大于步骤4-1中空域外包矩形的面积且与该面积最接近的网格层级；
步骤4-3中选择一个最小外包网格的编码，取其编码均相等前多位编码，编码对应的网格即为多个空域的最小外包网格；步骤4-4中将步骤4-3得到的最小外包网格剖分至指定层级；步骤4-5中将空域边界网格行列坐标集合中行坐标相等的网格分在同一组，该组中列坐标最小为Pmin，最大为Pmax，按步长为1填充Pmin～Pmax中的列坐标，行坐标不变，按照纬度由低到高、经度由西向东的顺序逐行进行扫描，直到空域内部填充完毕，获得空域内部网格的行列坐标集合；步骤4-6中将同属于1个父网格的16个子网格聚合成1个父网格，用1个父网格编码代替16个子网格编码；步骤5中当空域对应的网格编码集合间有交集，即两空域包含同一个网格时，空域在水平范围内必然存在冲突，不再进行下一步冲突判定；只有空域对应的网格编码集合间无交集，即两空域不包含同一个网格时，空域在水平范围内才有可能无冲突，转入步骤6；步骤6中将计算出的距离与规定的安全间隔对比，若大于安全间隔，则判定为空域在水平范围上不存在冲突；否则，空域之间在水平范围上存在冲突；
步骤1-1中在前8位和后8位数字中，第1-2位数字代表某月，第3-4位数字代表某日，第5-8位数字代表某时某分，采用24小时制，空域的时间维编码默认省略当年年份；若空域使用时间跨年，则在空域启用时间和结束使用时间编码前面各加上4位数字，代表年份编码；步骤1-2中在两个空域中任选一个空域，记为空域A，取空域A的前8位编码，先与另外一个空域B的后8位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-1，再取空域A的后8位编码与空域B的前8位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-2，对Result-1和Result-2进行异或运算，判断时间维是否冲突；步骤2-1中高度范围的编码共8位，其中前4位为空域的下限高度，后4位为空域的上限高度；步骤2-2中在时间维上存在冲突的两个空域中任选一个空域，记为空域M，取空域M高度范围编码的前4位，先与另外一个空域N的后4位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-3；再取空域A的后4位编码与空域N的前4位编码进行逐位比较，最终比较结果为Result-4，对Result-3和Result-4进行异或运算，判断高度范围是否冲突；步骤3-1中第一层级网格序号在纬度方向上用A～Y和a～y共48个英文字母从赤道按照纬度由低到高编码，编码跳过I、O、i和o，其中北纬大写、南纬小写；第一层级网格序号在经度方向上从本初子午线开始由西向东用00～89共90个数字编码；步骤3-3中某点经纬度坐标为(L，B)，其中L为纬度，B为经度，L和B的表示形式均为度分秒，记作L＝LD°LM′LS″,B＝BD°BM′BS″；以步骤4-4中以最小外包网格内第N层级网格中左下网格为原点网格，其坐标为(0,0)，建立直角坐标系，向东、向北从0开始，按步长为1编号，直到编号到最小外包网格内最东和最北端的第N层级网格，确定空域边界每条线段端点所在网格的行列坐标，端点之间网格的行列坐标集由插值计算得到，去掉空域角点重复的坐标，得到空域边界网格的行列坐标集合，其中列坐标在前，行坐标在后；步骤7-1中频率单位统一为KHz，单位前面的数值统一设定为9位，不足9位的在数值前面补0；步骤7-2中对两空域所使用的频率值先逐位进行异或运算，再对异或运算得到的9个数值逐位进行求并运算；步骤7-3中若最终求并运算的结果为0，则两空域所使用的频率相等，频率之间会存在相互干扰，空域间存在频率冲突；若结果为1，则两空域所使用的频率不相等，频率之间不存在相互干扰，空域间不存在频率冲突。
2.如权利要求1所述的一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法，其特征在于：步骤3-1中第1层级网格的边长为512千米；步骤3-2中第2～7级网格的大小分别为1°×1°、16′×16′、4′×4′、1′×1′、16″×16″、4″×4″，网格边长分别为128千米、32千米、8千米、2千米、512米、128米。
3.如权利要求2所述的一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法，其特征在于：步骤3-3中转换经纬度坐标与网格编码具体包括：
步骤3-3-1：计算第1层级网格编码；计算公式为：
LD/4°的商为M1、余数为N1，M1+1对应的英文字母为该点所在的第1层级网格的纬度方向编号，北纬大写，南纬小写；BD/4°商为m1、余数为n1，m1即为该点所在的第1层级网格的经度方向编号；两个编号组合成该点所在的第1层级网格编码；
步骤3-3-2：计算第2层级网格编码；计算公式为：
步骤1的余数N1除以1°得到数值M2，M2即为该点所在的第2层级网格的纬度方向编号；n1除以1°得到数值m2，m2即为该点所在的第2层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应得出第2层级网格编码；
步骤3-3-3：计算第3层级网格编码，计算公式为：
LM/16′的商为M3、余数为N3，M3即为该点所在的第3层级网格的纬度方向编号；BM/16′商为m3、余数为n3，m3即为该点所在的第3层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第3层级网格编码；
步骤3-3-4：计算出该点位于第4层级网格的编码，计算公式为：
N3/4′的商为M4、余数为N4，M4即为该点所在的第4层级网格的纬度方向编号；n3/4′商为m4、余数为n4，m4即为该点所在的第4层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第4层级网格编码；
步骤3-3-5：计算出该点位于第5层级网格的编码，计算公式为：
N4/1′的商为M5，M5即为该点所在的第5层级网格的纬度方向编号；n4/1′商为m5、余数为n5，m5即为该点所在的第5层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第5层级网格编码；
步骤3-3-6：计算出该点位于第6层级网格的编码，计算公式为：
LS/16″的商为M6、余数为N6，M6即为该点所在的第6层级网格的纬度方向编号；BS/16″商为m6、余数为n6，m6即为该点所在的第6层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第6层级网格编码；
步骤3-3-7：计算出该点位于第7层级网格的编码，计算公式为：
N6/4″的商为M7，M7即为该点所在的第7层级网格的纬度方向编号；n6/4″商为m7，m7即为该点所在的第7层级网格的经度方向编号，根据两个编号对应出第7层级网格编码。
4.如权利要求2所述的一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法，其特征在于：
步骤6-1中根据两空域的中心点经纬度坐标，判定两空域的方位关系；步骤6-2中根据表达精度对应的最小剖分层级N，确定两空域在相对方位上最边缘的第N级网格编码，取最后两位编码转化为一维二进制编码，再拆分为二维二进制编码，最后转化为二维十进制编码，以最小外包网格的左下角为坐标原点(0，0)，得到两空域在相对方位上最边缘的第N级网格的坐标；步骤6-3中通过坐标计算两空域在相对方位上最边缘第N级网格之间的横向间距与纵向间距，使用勾股定理求得两空域间水平距离，若水平距离小于水平安全间隔，则两空域在水平范围存在冲突，判定两空域空间上有冲突；否则，两空域在水平范围不冲突，判定两空域在空间维上不冲突。
5.如权利要求4所述的一种适用于全球空间范围的空域冲突检测方法，其特征在于：步骤6-3中水平安全间隔包括横向安全间隔、纵向安全间隔；水平安全间隔为10公里。
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