CN112687129A - 基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的方法和系统。该方法包括由处理器确定飞行器的本机预测轨迹。该飞行器是本机。该方法还包括确定本机附近的一个或更多个其它飞行器的交通预测轨迹。所述一个或更多个其它飞行器包括交通。该方法还包括评估本机与交通之间的相遇，其中，评估本机与交通之间的相遇包括将相遇评估策略应用于交通预测轨迹和本机预测轨迹。该方法还包括响应于评估本机与交通之间的相遇而生成相遇评估数据。该相遇评估数据被本机使用以至少检测和避让交通。

Description

基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的方法和系统
技术领域
本公开涉及对交通(traffic)或其它飞行器的检测和避让，并且更具体地涉及用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通或其它飞行器的方法和系统。
背景技术
未来飞行器的操作有望高度自主地管理。在这种情况下，使得能够实现基本完全自主操作的技术将是关键。检测和避让是将遥控飞行器系统(RPAS)集成到空域中的一项关键功能。检测和避让系统实质上提供了检测空域中的其它飞行器或交通并采取适当行动以解决潜在冲突并继续操作的能力。检测和避让能力被认为对飞行器的自主操作至关重要，也是在空域中进行这种操作的关键要求。当前的检测和避让系统采用简单且基本的方法来预测其它飞行器的轨迹。另外，当本机和空域中的其它飞行器以不恒定的速度进行调度和移动时，检测和避让可能会劣化。因此，需要一种不受这些不利影响的方法和系统以检测和避让其它飞行器或交通。
发明内容
根据一个示例，一种用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的方法，包括由处理器确定飞行器的本机预测轨迹。该飞行器是本机。该方法还包括确定在本机附近的一个或更多个其它飞行器的交通预测轨迹。所述一个或更多个其它飞行器包括交通。该方法还包括评估本机与交通之间的相遇，其中评估本机与交通之间的相遇包括将相遇评估策略应用于交通预测轨迹和本机预测轨迹。该方法还包括响应于评估本机与交通之间的相遇而生成相遇评估数据。相遇评估数据用于至少通过本机检测和避让交通。
根据另一示例，用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的系统包括处理器和与该处理器相关联的存储器。存储器包括计算机可读程序指令，该计算机可读程序指令在由处理器执行时使该处理器执行一组功能。该组功能包括确定飞行器的本机预测轨迹，该飞行器是本机。该组功能还包括确定在本机附近的一个或更多个其它飞行器的交通预测轨迹。所述一个或更多个其它飞行器包括交通。该组功能还包括评估本机与交通之间的相遇，其中，评估本机与交通之间的相遇包括将相遇评估策略应用于交通预测轨迹和本机预测轨迹。该组功能还包括响应于评估本机与交通之间的相遇而生成相遇评估数据。相遇评估数据用于至少通过本机检测和避让交通。
根据另一示例，飞行器包括用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的系统。该系统包括处理器和与该处理器相关联的存储器。存储器包括计算机可读程序指令，该计算机可读程序指令在由处理器执行时使该处理器执行一组功能。该组功能包括确定飞行器的本机预测轨迹，该飞行器是本机。该组功能还包括确定在本机附近的一个或更多个其它飞行器的交通预测轨迹。所述一个或更多个其它飞行器包括交通。该组功能还包括评估本机与交通之间的相遇，其中，评估本机与交通之间的相遇包括将相遇评估策略应用于交通预测轨迹和本机预测轨迹。该组功能还包括响应于评估本机与交通之间的相遇而生成相遇评估数据。相遇评估数据用于至少通过本机检测和避让交通。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，确定交通预测轨迹包括将交通的轨迹预测为适时排序的预测交通状态矢量的序列。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，确定交通预测轨迹包括交通轨迹预测模块使用经处理的交通航迹和任何可用增强来生成交通预测轨迹。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，所述方法和所述一组功能还包括由交通航迹处理器根据交通航迹数据生成经处理的交通航迹。交通航迹处理器被配置成确定本机与交通之间的相对位置，并分析多个交通航迹的历史以确定交通的调度模式。由交通航迹处理器根据交通的调度模式生成交通调度数据。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，所述方法和所述一组功能还包括：交通检测模块使用交通状态信息、自动相关监视广播(ADS-B)报告、交通信息服务广播(TIS-B)报告、交通和本机的共享飞行计划以及交通的任务描述中的至少一个来生成交通航迹数据和任何交通意图数据。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，确定交通预测轨迹包括确定对交通预测轨迹的任何增强，以应用于交通预测轨迹。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，确定交通预测轨迹包括确定通过交通意图数据增强的交通预测轨迹。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，所述方法和所述一组功能还包括将交通意图数据转换成在交通轨迹预测过程期间满足的约束。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，所述方法和所述一组功能还包括：交通检测模块使用交通状态信息、自动相关监视广播(ADS-B)报告、交通信息服务广播(TIS-B)报告、交通和本机的共享飞行计划以及交通的任务描述中的至少一个来确定交通意图数据。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，确定交通预测轨迹包括确定通过交通调度数据增强的交通预测轨迹。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，确定通过交通调度数据增强的交通预测轨迹包括使用经处理的交通航迹、本机预测轨迹和交通调度数据来预测冲突路线交通轨迹。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，相遇评估数据由相遇评估策略定义，并且特定相遇评估数据的内容基于接收该特定相遇评估数据的客户端系统的一个或更多个需求。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，确定本机预测轨迹包括使用本机状态、本机意图和本机性能模型。
根据一个示例和前述示例中的任何一个，其中，评估本机与交通之间的相遇包括通过将所定义的交通保护区域应用于本机附近的各其它飞行器来评估本机附近的各其它飞行器的交通保护区域；计算在相遇评估策略的相遇度量中定义的相遇参数，以评估各交通保护区域的警报级别；评估各交通保护区域是否以及何时将被侵犯，并评估相关联的警报级别；检查各交通保护区域的警报触发条件，以用具有适当警报级别的警报来标记相遇；响应于相关联的交通保护区域被侵犯，用具有适当警报级别的警报来标记相遇。
已经讨论的特征、功能和优点可以在各种示例中独立地实现，或者可以在其它示例中进行组合，可以参照以下描述和附图来查看其进一步的细节。
附图说明
图1是根据本公开的示例的用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的方法的示例的流程图。
图2是根据本公开的示例的用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的系统的示例的示意框图。
图3是根据本公开的示例的包括基于策略的交通相遇评估系统以检测和避让交通的本机的示例的示意框图。
图4示出了根据本公开的示例的、被配置成生成交通意图数据和交通航迹数据的交通检测模块的输入的示例。
图5是根据本公开的示例的、被配置成使用交通航迹数据来生成经处理的交通航迹和交通调度数据的交通航迹处理器的示例。
图6A至图6C是根据本公开的示例的、被配置成生成交通预测轨迹的交通轨迹预测模块的示例。
图7是根据本公开的示例的、被配置成根据本机状态生成经处理的本机状态的本机状态处理器的示例。
图8是根据本公开的示例的、被配置成生成本机预测轨迹的本机轨迹预测模块的示例。
图9A和图9B是根据本公开的示例的、被配置成生成相遇评估数据的相遇评估模块的示例。
图10是根据本公开的示例的、几何定义的交通保护区域的示例性表示。
图11A和图11B分别是根据本公开的示例的、基于几何的交通保护区域和基于时间的交通保护区域的示例性表示。
图12是根据本公开的示例的相遇评估策略中的警报级别定义的示例。
图13是图12中警报级别的示例性表示。
具体实施方式
以下示例的详细描述参照示出了本公开的特定示例的附图。具有不同结构和操作的其它示例不脱离本公开的范围。在不同附图中，相似的参考标号可以指代相同的元件或组件。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括其上具有用于使处理器执行本公开的各方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质。
该计算机可读存储介质可以是有形设备，该有形设备可以保留和存储供指令执行设备使用的指令。计算机可读存储介质可以是例如(但不限于)电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非详尽列表包括以下内容：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)，、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能磁盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备(例如打孔卡或凹槽中上面记录有指令的凸起结构)以及上述内容的任何合适的组合。如本文所使用的，计算机可读存储介质不应被理解为本身是瞬态信号，例如无线电波或其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输介质(例如，穿过光纤电缆的光脉冲)传播的电磁波或通过电线传输的电信号。
本文所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者经由网络(例如，互联网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到外部计算机或外部存储设备。所述网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。各计算/处理设备中的网络适配卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令以存储在各个计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开的操作的计算机可读程序指令可以是汇编程序指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据或者源代码或以一种或更多种编程语言(包括面向对象的编程语言(例如Smalltalk、C++等)和常规过程编程语言(例如“C”编程语言或类似编程语言))的任意组合编写的目标代码。计算机可读程序指令可以完全在用户计算机上、部分在用户计算机上、作为独立软件包、部分在用户计算机上并且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。在完全在远程计算机或服务器上执行的情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户计算机，或者可以与外部计算机建立连接(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。在一些示例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令来使电子电路个性化，以执行本公开的各方面。
本文参照根据本公开的示例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了本公开的各方面。将理解的是，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以通过计算机可读程序指令来实现。
可以将这些计算机可读程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生机器，从而使得经由计算机的处理器或其它可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现流程图和/或框图框中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令也可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以指导计算机、可编程数据处理装置和/或其它设备以特定方式起作用，从而使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括一种制品，该制品包括实现流程图和/或框图框中指定的功能/动作的各方面的指令。
也可以将计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上，以使一系列操作步骤在计算机、其它可编程装置或其它设备上执行以产生计算机实现的过程，例如在计算机、其它可编程装置或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图框中指定的功能/动作。
图1是根据本公开的示例的、用于基于策略的交通相遇评估102以检测和避让交通302(图3)的方法100的示例的流程图。如图3所示，交通302被定义为在本机300的邻近空域或预设附近306中的一个或更多个其它飞行器304。在框104中，确定飞行器(诸如图3中的飞行器308)的本机预测轨迹106。将参照图8更详细地描述确定本机预测轨迹106的示例。飞行器308也被称为本机300。将参照图3更详细地描述包括示例性的基于策略的交通相遇评估系统310的本机300或飞行器308的示例。根据一个示例，方法100在基于策略的交通相遇评估系统310中实施并由其执行。
在框108中，确定在本机300的预设附近306中的一个或更多个其它飞行器304(图3)的交通预测轨迹110。将参照图6A至图6C更详细地描述用于确定交通预测轨迹110的方法600的示例。
在框112中，评估本机300与交通302之间的相遇1004(图10)。评估本机300与交通302之间的相遇1004包括将相遇评估策略116应用于114交通预测轨迹110和本机预测轨迹106。用于评估本机300与交通302之间的相遇1004的方法900的示例将参照图9A进行更详细地描述。
在框118中，响应于在框112中评估本机300与交通302之间的相遇1004，来生成相遇评估数据120。在框122中，本机300使用相遇评估数据120以至少检测和避让交通302。
图2是根据本公开的示例的、用于基于策略的交通相遇评估102以检测和避让交通302(图3)的系统200的示例的示意框图。根据一个示例，方法100在系统200中实施并由系统200执行。系统200的更详细示例是基于策略的交通相遇评估系统310，将参照图3对其进行描述。
系统200包括处理器202和与该处理器202相关联的存储器204。存储器204包括计算机可读程序指令206，其在由处理器202执行时使处理器202执行一组功能208。根据图2中的示例，该组功能208包括实施方法100中的基于策略的交通相遇评估102。
图3是根据本公开内容的示例的本机300的示例的示意框图，本机300包括基于策略的交通相遇评估系统310以检测和避让交通302。本机300包括交通检测模块312，该交通检测模块312被配置成生成交通意图数据314和交通航迹数据316。参照图4，图4示出了根据本公开的示例的、被配置成生成交通意图数据314和交通航迹数据316的交通检测模块312的输入402的示例。输入402的示例包括(但不限于)交通状态信息404、自动相关监视广播(ADS-B)报告406、交通信息服务广播(TIS-B)报告408、交通302和本机300的共享飞行计划410以及交通302的任务描述412。交通检测模块312通过使用交通状态信息404、ADS-B报告406、TIS-B报告408、交通302和本机300的共享飞行计划410以及交通302的任务描述412中的至少一者来确定任何交通意图数据314和交通航迹数据316。交通状态信息的示例包括(但不必限于)交通302的位置或地理定位(例如，本机300的预设附近306中的各其它飞行器304的高度、速度、航向等以及与交通302相关联的这些参数中的任何参照的不确定性估计)。
由交通检测模块312使用输入402生成的交通航迹数据316包括在本机300的预设附近306中的各其它飞行器304的交通状态信息414。在某些情况下，交通状态信息414是交通状态的最佳估计。交通状态信息414的示例包括(但不必限于)地理位置416，该地理位置416包括交通302的高度(例如，其它飞行器304相对于本机300的高度、交通302的速度418、航向420以及与各其它飞行器304相关联的交通状态估计422的不确定性)。
返回参照图3，基于策略的交通相遇评估系统310包括交通航迹处理器318。交通航迹处理器318被配置成使用交通航迹数据316来生成经处理的交通航迹320和交通调度数据322。还参照图5，图5是根据本公开的示例的交通航迹处理器318的示例，其被配置成使用交通航迹数据316来生成经处理的交通航迹320和交通调度数据322。在框502中，交通航迹处理器318被配置成根据交通航迹数据316确定本机300与交通302之间的相对位置，并生成经处理的交通航迹320。该经处理的交通航迹320包括与交通320或一个或更多个其它飞行器304相关联的一组数据504。该组数据504包括(但不必限于)交通302相对于本机300的相对高度506；从本机300到交通302的倾斜范围508；交通302的接近率(range rate)510；从本机300到交通302的相对方位角512；交通302的相对水平速度514；交通302的相对垂直速度516；以及与前述参数中的每一个相关联的不确定性518。
交通航迹处理器318还被配置成在框520中分析多个交通航迹的历史以确定交通302的调度模式。交通调度数据322通过交通航迹处理器318分析交通航迹的历史生成，以确定交通302的调度模式。由交通航迹处理器318根据交通302的调度模式生成交通调度数据322。交通调度数据322包括(但不必限于)估计的转弯中心522、初始转弯点524和转弯半径526。
返回参照图3，基于策略的交通相遇评估系统310还包括交通轨迹预测模块324。交通轨迹预测模块324被配置成至少使用交通意图数据314、经处理的交通航迹320或交通调度数据322来生成交通预测轨迹110。参照图6A至图6C，图6A至图6C是根据本公开的示例的、被配置成生成交通预测轨迹110的交通轨迹预测模块324的示例。根据一个示例，用于确定交通预测轨迹110的方法600在交通轨迹预测模块324中实施并由其执行。在框602中，确定交通预测轨迹110包括将交通302的轨迹预测为时间顺序的预测交通状态矢量604的序列。经处理的交通航迹320的数据集合504定义交通状态矢量604的集合。
根据一个示例，确定交通预测轨迹110包括通过交通轨迹预测模块324使用经处理的交通航迹320和任何可用的增强325(图3)来生成交通预测轨迹110。参照图6A的框606，确定交通预测轨迹110包括确定对交通预测轨迹110的任何增强325以应用于交通预测轨迹110。
在框608中，确定交通轨迹预测模块324是否已经接收到任何交通意图数据314。响应于所考虑的特定交通302的交通意图数据314被交通轨迹预测模块324接收到，该方法600前进到框610。在框610中，确定交通预测轨迹110包括确定通过交通意图数据314增强的交通预测轨迹110。通过交通意图数据314增强的交通预测轨迹110是使用交通意图数据314、经处理的交通航迹320以及交通和飞行信息611确定的。
在框612中，确定通过交通意图数据314增强的交通预测轨迹110包括将交通意图数据314转换成在交通轨迹预测过程614期间满足的约束。
在框616中，对交通意图数据314进行解码。根据一个示例，交通意图数据314被解码或转换为轨迹约束。在框618中，建立轨迹预测数学问题。将意图导出的轨迹约束整合到运动方程中，以进行交通轨迹预测。
在框620中，解决意图增强的轨迹预测问题。对随时间变化的运动轨迹约束方程进行整合，以生成通过交通意图数据314增强的交通预测轨迹110A。通过交通意图数据314增强的交通预测轨迹符合意图约束110A。
返回框608，如果交通轨迹预测模块324未接收到交通意图数据314，则该方法600前进至图6B中的框622。在框622中，交通轨迹预测模块324确定交通轨迹预测模块324是否接收到交通调度数据322。如果交通轨迹预测模块324接收到交通调度数据322，则该方法600前进至框624。在框624中，确定交通预测轨迹110包括确定通过交通调度数据322增强的交通预测轨迹110B。
在框625中，确定通过交通调度数据322增强的交通预测轨迹110B包括预测冲突路线交通轨迹626。根据一个示例，交通路线预测模块324使用交通调度数据322、经处理的交通航迹320和本机预测轨迹106来预测冲突路线交通轨迹626。
在框628中，预测冲突路线交通轨迹626包括估计交通冲突路线。在框630中，预测交通轨迹。预测的交通轨迹包括在到达估计的交通冲突路线之前的转弯路段，并且包括此后的笔直路段。
在框632中，预测冲突路线交通轨迹626包括评估最近的接近点。计算交通302与本机300之间预测的最小相遇距离。
在框634中，确定预测的最小相遇距离是否小于预设阈值。如果预测的最小相遇距离不小于预设阈值，则该方法600返回框628，并且该方法600如前所述继续。如果在框634中预测的最小相遇距离小于预设阈值，则在框630中的预测的交通轨迹对应于冲突路线交通轨迹626。冲突路线交通轨迹626对应于通过交通调度数据322增强的交通预测轨迹110B。
返回到框622，如果在框622中交通轨迹预测模块324未接收到交通调度数据322，则该方法600前进至图6C中的框636。在框636中，响应于交通轨迹预测模块324未接收到任何交通意图数据314并且未接收到任何交通调度数据322来执行默认轨迹预测过程638。在框640中，默认轨迹预测过程638包括对经处理的交通轨迹320的一个或更多个交通状态矢量604进行外推以生成交通预测轨迹110。根据一个示例，确定交通预测轨迹110包括响应于交通意图数据314和交通调度数据322不可用而执行交通状态矢量604的线性外推。
返回参照图3，本机300包括被配置用于导航本机300的NAV模块330。该NAV模块330还被配置成生成本机状态332。还参照图7，本机状态332包括本机状态信息702。本机状态332包括本机300的详细状态矢量。本机状态信息的示例包括(但不必限于)包括本机300的高度的实际地理位置704；本机300的速度706；本机300的航向708；本机300的姿态710；本机300的质量712；本机300的性能数据714；天气信息716(包括当前状况和预测)；以及任何前述参数的变化718。
图3中的基于策略的交通相遇系统310还包括本机状态处理器334。该本机状态处理器334被配置成生成经处理的本机状态336。参照图7，图7包括根据本公开的示例的、被配置成根据本机状态332生成经处理的本机状态336的本机状态处理器334的示例。
返回参照图3，基于策略的交通相遇评估系统310还包括本机轨迹预测模块338，其被配置成至少使用本机意图340和经处理的本机状态336来生成本机预测轨迹106。根据图3中的示例，飞行控制/飞行管理(FC/FM)计算机342提供本机意图340。参照图8，图8是根据本公开的示例的、被配置成生成本机预测轨迹106的本机轨迹预测模块338的示例。根据图8中的示例，由本机轨迹预测模块338至少使用经处理的本机状态336、本机意图340和本机性能模型802来确定本机预测轨迹106。本机意图340包括关于本机300的意图的详细信息。在图8的示例中，可以根据本机300的飞行计划804和任务计划806中的至少一者来确定关于本机300的意图的详细信息。
在图8的示例中，本机性能模型802至少包括运动学模型808和一个或更多个动态模型810。运动学模型808包括本机300的性能参数。性能参数的示例包括(但不限于)标称爬升率、爬升率极限、速度极限、转弯角度等。所述一个或更多个动态模型包括发动机推力、油耗等。
在框812中，本机轨迹预测模块338被配置成响应于将本机意图340被提供给本机轨迹预测模块338来确定本机意图增强的动态轨迹814。本机意图增强的动态轨迹814对应于本机预测轨迹106。根据一个示例，本机预测轨迹106包括定义了本机300的估计轨迹的本机状态332(图3)的时序816。
回到3，基于策略的交通相遇评估系统310还包括相遇评估模块344。相遇评估模块344被配置成至少使用交通预测轨迹110、本机预测轨迹106和相遇评估策略116来生成相遇评估数据120。参照图9A和图9B，图9A和图9B是相遇评估模块344的示例，其被配置成根据本公开的示例生成相遇评估数据120。相遇评估数据120由相遇评估策略116定义，并且特定相遇评估数据120的内容902是基于接收特定相遇评估数据120的特定客户端系统348(图3和图9B)的一个或更多个需求904。
参照图9B，相遇评估策略116包括规则和相遇参数集906。该规则和相遇参数集906包括定义的一个或更多个交通保护区域908。在图10、图11A、图11B和图13中示出了与交通302或其它飞行器304相关联的交通保护区域1002和1102的示例。该规则和相遇参数集906还包括分辨率和关于分辨率参数的时间帧910。该规则和相遇参数集906另外还包括交通保护区域908的警报级别定义912和相遇度量914。警报级别定义912的示例将参照图12和图13更详细地描述。
参照图9A，图9A包括用于评估本机300与交通302之间的相遇的方法900的示例，该方法900在相遇评估模块344中实施并由其执行。
在框916中，针对本机300的预设附近306中的各其它飞行器304评估一个或更多个交通保护区域1002(图10)和1102(图11A和图11B)。交通保护区域1002和1102包括如图10中所示的几何定义的交通保护区域1002以及如图11A和图11B中所示的时间定义的交通保护区域1102。图10中的示例仅包括几何定义的交通保护区域1002。图11A和图11B中的示例包括几何定义的交通保护区域1002和时间定义的交通保护区域1102。
在框918中，通过将定义的交通保护区域908应用于本机300的预设附近306中的各交通302或飞行器304的交通预测轨迹110来评估图10中的各交通保护区域1002或图11A和图11B中的交通保护区域1002和1102。
在框920中，计算相遇参数906。在框922中，确定在相遇评估策略116的相遇度量914(图9B)中定义的所有参数906，以针对图10中的各交通保护区域1002或图11A和图11B中的交通保护区域1002和1102评估警报级别1206(图12)。根据一个示例，在相遇评估策略中定义附加数据以更好地表征相遇1004(图10)并设置适当的警报级别1206A-1206C。附加数据的示例包括(但不限于)本机300到交通302的最近的接近点；在本机300侵犯交通保护区域1002之前的估计持续时间；本机300与交通302之间的最小垂直间隔；本机轨迹和交通轨迹的简化预测等。
在框924中，评估本机300与交通302之间的相遇1004(图10)。在框926中，评估本机300与交通302之间的相遇包括评估各交通保护区域1002(图10)是否以及何时将被侵犯，并评估相关联的警报级别1206。
在框928中，评估相遇1004还包括检查针对各时间定义的交通保护区域1102的警报触发条件1202，以用具有适当警报级别1206A-1206C的警报1204标记相遇1004。在框930中，评估相遇1004还包括响应于相关联的交通保护区域1102被侵犯而用具有适当警报级别1206A-1206C的警报1204标记相遇1004。
在框932中，响应于本机300与交通302之间的相遇1004，生成相遇评估数据120。根据图9B中的示例，生成相遇评估数据120包括生成警报信息936和预测信息938。如前所述，本机300使用相遇评估数据120以至少检测和避让交通302。在框934中，相遇评估数据120通过收集在框916、920和924中计算出的数据并根据相遇评估策略116输出相遇评估数据120来生成。如前所述，发送到各特定客户端系统348的特定相遇评估数据120由相遇评估策略116来定义，并且该特定相遇评估数据120是基于接收特定相遇评估数据120的特定客户端系统348的要求。
参照图9B，相遇评估数据的内容902的示例包括(但不必限于)警报信息936和预测信息938。警报信息936的示例包括但不限于相遇的日期和时间940；交通的标识942；当前警报级别944；侵犯不同交通保护区域的经过的时间信息946；估计相遇最高警报级别948；最近的接近点950；到最近的接近点的时间952；最小垂直间隔954；以及关于是否侵犯特定交通保护区域1002或1102的数据956。
预测信息938的示例包括(但不限于)本机预测轨迹106；交通预测轨迹110；与预测信息相关联的不确定性958；分辨率和关于分辨率的时间帧960；相遇类型962；以及预测的类型964，例如，意图增强的、调度性增强的、外推的等。
图10是根据本公开的示例的几何定义的交通保护区域1002的示例性表示1000。在图10的示例中，交通保护区域1002被示出为围绕交通302的椭圆形，但在其它示例中可以使用其它几何形状。图10中的示例是二维(2D)表示，并且出于说明的目的，假设本机300和交通302处于相同的高度。实际上，交通保护区域1002将实际上是包括未在图10中示出的垂直间隔分量的三维(3D)区域。
在图10中示出了基于交通预测轨迹110的交通302P的预测位置1006和基于本机预测轨迹106的本机300P的预测位置1008。基于交通预测轨迹110和本机预测轨迹106，本机300P将与几何定义的交通保护区域1002相遇。如前所述，用于评估本机300与交通302之间的相遇1004的方法900将生成包括如图10中的示例中所示的警报1204的相遇评估数据120。
根据另一示例，通过时间来定义交通保护区域。图11A和图11B分别是根据本公开的示例的几何定义的交通保护区域1002和时间定义的交通保护区域1102的示例性表示1100。在图11A和图11B的示例中，时间定义的交通保护区域1102结合几何定义的交通保护区域1002来定义。在基于本机预测轨迹106和交通预测轨迹110本机300与几何定义的交通保护区域1002相遇之前，时间定义的交通保护区域1102基于预测的持续时间1104或一组预测的持续时间1104A和1104B来定义。在图11A的示例中，本机300被预测在约60秒(60S)的时间内与几何定义的交通保护区域1002相遇。本机300被预测在约25秒(25S)的预测持续时间1104A内与时间定义的交通保护区域1102相遇，并在与时间定义的交通保护区域1102相遇之后，在约35秒(35S)的预测持续时间1104B内与几何定义的交通保护区域1002相遇。几何定义的交通保护区域1002是不变的，但时间定义的交通保护区域1102取决于交通302和本机300的相对速度。在图11B的示例中，示出了较慢的本机300。几何定义的交通保护区域1002具有相同的大小。然而，响应于本机300的速度较慢，时间限定的交通保护区域1102较小。因此，时间限定的交通保护区域1102的大小将取决于本机300的速度。本机300的速度越大，则时间定义的交通保护区域1102的大小或长度越大。在图11B的示例中，本机300被预测在约120秒(120S)内与几何定义的交通保护区域1002相遇。本机300被预测在约85秒(85S)的预测持续时间1104B内与时间定义的交通保护区域1102相遇，并在与时间定义的交通保护区域1102相遇之后，在约35秒(35S)的预测持续时间1104B内与几何定义的交通保护区域1002相遇。
图12是根据本公开的示例的相遇评估策略116中的警报级别定义912的示例。警报级别1206指示相遇1004的严重性。在图12的示例中，示例性警报级别定义912包括三个警报级别：预防警报级别1206A、校正警报级别1206B和警告警报级别1206C。其它示例可能具有更多或更少的警报级别。各警报级别1206A-1206C包括相应的警报阈值1208A-1208C。各警报阈值1208A-1208C定义了在本机300侵犯时间定义的交通保护区域1102之前的时间范围(以秒为单位)。还参照图13，图13是图12中的警报级别1206A-1206C的示例性表示1302。根据图12和图13中的示例，预防警报级别1206A具有警报阈值1208A，该警报阈值1208A在本机300基于交通预测轨迹110和本机预测轨迹侵犯时间定义的交通保护区域1102之前的60秒到40秒(60S-40S)之间。校正警报1206B具有警报阈值1208B，该警报阈值1208B在本机300侵犯时间定义的交通保护区域1102之前的40秒到30秒之间(40S-30S)，并且警告警报级别1206C具有警报阈值1208C，该警报阈值1208C小于在本机300基于交通预测轨迹110和本机预测轨迹106侵犯时间定义的交通保护区域1102之前的30秒(30S)。这些警报级别1206A-1206C被本机300用于检测和避让交通302。根据一个示例，警报级别1206A-1206C被呈现给本机300的操作员或飞行员。
此外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的方法，该方法包括：由处理器确定飞行器的本机预测轨迹，所述飞行器为所述本机；确定在所述本机附近的一个或更多个其它飞行器的交通预测轨迹，所述一个或更多个其它飞行器包括交通；评估所述本机与所述交通之间的相遇，其中，评估所述本机与所述交通之间的相遇包括将相遇评估策略应用于所述交通预测轨迹和所述本机预测轨迹；以及响应于评估所述本机与所述交通之间的相遇，生成相遇评估数据，所述相遇评估数据被所述本机用于至少检测和避让所述交通。
条款2.根据条款1所述的方法，其中，确定所述交通预测轨迹包括将所述交通的轨迹预测为适时排序的预测交通状态矢量的序列。
条款3.根据条款1所述的方法，其中，确定所述交通预测轨迹包括交通轨迹预测模块使用经处理的交通航迹和任何可用增强来生成所述交通预测轨迹。
条款4.根据条款3所述的方法，该方法还包括由交通航迹处理器根据交通航迹数据生成所述经处理的交通航迹，其中，所述交通航迹处理器被配置成确定所述本机与所述交通之间的相对位置并分析多个交通航迹的历史，以确定所述交通的调度模式，并且其中，由所述交通航迹处理器根据所述交通的所述调度模式生成交通调度数据。
条款5.根据条款4所述的方法，该方法还包括：交通检测模块使用交通状态信息、自动相关监视广播(ADS-B)报告、交通信息服务广播(TIS-B)报告、交通和本机的共享飞行计划以及所述交通的任务描述中的至少一者来生成所述交通航迹数据和任何交通意图数据。
条款6.根据条款1所述的方法，其中，确定所述交通预测轨迹包括确定对所述交通预测轨迹的任何增强，以应用于所述交通预测轨迹。
条款7.根据条款6所述的方法，其中，确定所述交通预测轨迹包括确定通过交通意图数据增强的交通预测轨迹。
条款8.根据条款7所述的方法，该方法还包括将所述交通意图数据转换成在交通轨迹预测过程期间满足的约束。
条款9.根据条款8所述的方法，该方法还包括交通检测模块使用交通状态信息、自动相关监视广播(ADS-B)报告、交通信息服务广播(TIS-B)报告、交通和本机的共享飞行计划以及所述交通的任务描述中的至少一者来确定所述交通意图数据。
条款10.根据条款6所述的方法，其中，确定所述交通预测轨迹包括确定通过交通调度数据增强的交通预测轨迹。
条款11.根据条款10所述的方法，其中，确定通过交通调度数据增强的交通预测轨迹包括使用经处理的交通轨迹、本机预测轨迹和所述交通调度数据来预测冲突路线交通轨迹。
条款12.根据条款1所述的方法，其中，所述相遇评估数据通过所述相遇评估策略定义，并且特定相遇评估数据的内容是基于接收所述特定相遇评估数据的客户端系统的一个或更多个需求。
条款13.根据条款1所述的方法，其中，确定所述本机预测轨迹包括使用本机状态、本机意图和本机性能模型。
条款14.根据条款1所述的方法，其中，评估所述本机与所述交通之间的相遇包括：通过将定义的交通保护区域应用于所述本机附近的各其它飞行器的所述交通预测轨迹来评估所述本机附近的各其它飞行器的交通保护区域；计算在所述相遇评估策略的相遇度量中定义的相遇参数，以评估各交通保护区域的警报级别；评估各交通保护区域是否以及何时将被侵犯，并评估相关联的警报级别；检查各交通保护区域的警报触发条件，以用具有适当警报级别的警报来标记所述相遇；响应于相关联的交通保护区域被侵犯，用具有适当警报级别的警报来标记所述相遇。
条款15.根据条款1所述的方法，其中，确定所述交通预测轨迹包括响应于交通意图数据和交通调度数据不可用而执行交通状态矢量的线性外推。
条款16.根据条款1所述的方法，其中，生成所述相遇评估数据包括生成警报信息和预测信息。
条款17.一种用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的系统，该系统包括：处理器；以及与所述处理器相关联的存储器，所述存储器包括计算机可读程序指令，所述计算机可读程序指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行一组功能，该组功能包括：确定飞行器的本机预测轨迹，所述飞行器是所述本机；确定在所述本机附近的一个或更多个其它飞行器的交通预测轨迹，所述一个或更多个其它飞行器包括交通；评估所述本机与所述交通之间的相遇，其中，评估所述本机与所述交通之间的相遇包括将相遇评估策略应用于所述交通预测轨迹和所述本机预测轨迹；响应于评估所述本机与所述交通之间的相遇，生成相遇评估数据，所述相遇评估数据被所述本机用于至少检测和避让所述交通。
条款18.根据条款17所述的系统，其中，评估所述本机与所述交通之间的相遇包括：通过将定义的交通保护区域应用于所述本机附近的各其它飞行器的交通预测轨迹来评估所述本机附近的各其它飞行器的交通保护区域；计算在所述相遇评估策略的相遇度量中定义的相遇参数，以评估各交通保护区域的警报级别；评估各交通保护区域是否以及何时将被侵犯，并评估相关联的警报级别；检查各交通保护区域的警报触发条件，以用具有适当警报级别的警报来标记所述相遇；响应于相关联的交通保护区域被侵犯，用具有适当警报级别的警报来标记所述相遇。
条款19.一种飞行器，该飞行器包括：用于基于策略的交通相遇评估以检测和避让交通的系统，该系统包括：处理器；以及与所述处理器相关联的存储器，所述存储器包括计算机可读程序指令，所述计算机可读程序指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行一组功能，该组功能包括：确定所述飞行器的本机预测轨迹，所述飞行器是所述本机；确定在所述本机附近的一个或更多个其它飞行器的交通预测轨迹，所述一个或更多个其它飞行器包括交通；评估所述本机与所述交通之间的相遇，其中，评估所述本机与所述交通之间的相遇包括将相遇评估策略应用于所述交通预测轨迹和所述本机预测轨迹；响应于评估所述本机与所述交通之间的相遇，生成相遇评估数据，所述相遇评估数据被所述本机用于至少检测和避让所述交通。
条款20.根据条款19所述的飞行器，其中，评估所述本机与所述交通之间的相遇包括：通过将定义的交通保护区域应用于所述本机附近的各其它飞行器的交通预测轨迹来评估所述本机附近的各其它飞行器的交通保护区域；计算在所述相遇评估策略的相遇度量中定义的相遇参数，以评估各交通保护区域的警报级别；评估各交通保护区域是否以及何时将被侵犯，并评估相关联的警报级别；检查各交通保护区域的警报触发条件，以用具有适当警报级别的警报来标记所述相遇；响应于相关联的交通保护区域被侵犯，用具有适当警报级别的警报来标记所述相遇。
附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种示例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可以代表指令的模块、片段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图和/或流程图中的各个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作或执行特殊用途的硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。
本文所使用的术语仅出于描述特定示例的目的，而无意于限制本公开的示例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或它们的组。
所附权利要求书中的所有装置或步骤加上功能元件的相应结构、材料、作用和等同物旨在包括用于与具体要求保护的其它要求保护的元件组合地执行功能的任何结构、材料或作用。已经出于说明和描述的目的给出了本示例的描述，但并不旨在穷举或将其限制为所公开形式的示例。在不脱离示例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。
尽管这里已经图示和描述了特定示例，但是本领域普通技术人员可以理解，可以使用旨在实现相同目的的任何布置来代替所示的特定示例，并且这些示例在其它环境中具有其它应用。本申请旨在涵盖任何修改或变化。所附权利要求绝不旨在将本公开的示例的范围限制为本文所述的特定示例。

Claims (15)

1.一种用于基于策略的交通相遇评估(102)以检测和避让交通(302)的方法(100)，该方法(100)包括以下步骤：
由处理器(202)确定(104)飞行器(308)的本机预测轨迹(106)，所述飞行器(308)是本机(300)；
确定(108)在所述本机(300)附近(306)的一个或更多个其它飞行器(304)的交通预测轨迹(110)，所述一个或更多个其它飞行器(304)包括交通(302)；
评估(112)所述本机(300)与所述交通(302)之间的相遇(1004)，其中，评估所述本机(300)与所述交通(302)之间的相遇(1004)的步骤包括：将相遇评估策略(116)应用(114)于所述交通预测轨迹(110)和所述本机预测轨迹(106)；以及
响应于评估所述本机(300)与所述交通(302)之间的相遇(1004)，生成(118)相遇评估数据(120)，所述相遇评估数据(120)被所述本机(300)使用(122)以至少检测和避让所述交通(302)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，确定(108)所述交通预测轨迹(110)的步骤包括：将所述交通(302)的轨迹预测(602)为适时排序的预测交通状态矢量(604)的序列。
3.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，确定(108)所述交通预测轨迹(110)的步骤包括：交通轨迹预测模块(324)使用经处理的交通航迹(320)和任何可用增强(325)来生成所述交通预测轨迹(110)。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，该方法(100)还包括以下步骤：
由交通航迹处理器(318)根据交通航迹数据(316)生成所述经处理的交通航迹(320)，其中，所述交通航迹处理器(318)被配置成确定(502)所述本机(300)与所述交通(302)之间的相对位置并分析(520)多个交通航迹的历史，以确定所述交通(302)的调度模式，并且其中，由所述交通航迹处理器(318)根据所述交通(302)的所述调度模式生成交通调度数据(322)；以及
交通检测模块(312)使用交通状态信息(404)、自动相关监视广播ADS-B报告(406)、交通信息服务广播TIS-B报告(408)、所述交通(302)和所述本机(300)的共享飞行计划(410)以及所述交通(302)的任务描述(412)中的至少一者来生成所述交通航迹数据(316)和任何交通意图数据(314)。
5.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，确定(108)所述交通预测轨迹(110)的步骤包括：确定(606)对所述交通预测轨迹(110)的任何增强(325)，以应用于所述交通预测轨迹(110)。
6.根据权利要求5所述的方法(100)，其中，确定(108)所述交通预测轨迹(110)的步骤包括：确定(606)通过交通意图数据(314)增强的交通预测轨迹(110)，所述方法(100)还包括以下步骤：
将所述交通意图数据(314)转换(612)成在交通轨迹预测过程(614)期间满足的约束；以及
交通检测模块(312)使用交通状态信息(404)、自动相关监视广播ADS-B报告(406)、交通信息服务广播TIS-B报告(408)、所述交通(302)和所述本机(300)的共享飞行计划(410)以及所述交通(302)的任务描述(412)中的至少一者来确定所述交通意图数据(314)。
7.根据权利要求5所述的方法(100)，其中，确定(108)所述交通预测轨迹(110)的步骤包括：确定通过交通调度数据(322)增强的交通预测轨迹(110)，其中，确定(108)通过交通调度数据(322)增强的交通预测轨迹(110)的步骤包括：使用经处理的交通轨迹(320)、本机预测轨迹(106)和所述交通调度数据(322)来预测(625)冲突路线交通轨迹(626)。
8.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述相遇评估数据(120)通过所述相遇评估策略(116)来定义，并且特定相遇评估数据(120)的内容(902)是基于接收所述特定相遇评估数据(120)的客户端系统(348)的一个或更多个需求(904)。
9.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，确定(104)所述本机预测轨迹(106)的步骤包括：使用本机状态(332)、本机意图(340)和本机性能模型(802)。
10.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，评估(112、924)所述本机(300)与所述交通(302)之间的相遇(1004)的步骤包括：
通过将定义的交通保护区域(908)应用(918)于所述本机(300)附近(306)的各其它飞行器(304)的交通预测轨迹(110)来评估(916)所述本机(300)附近(306)的各其它飞行器(304)的交通保护区域(1002、1102)；
计算(920)在所述相遇评估策略(116)的相遇度量(914)中定义的相遇参数(906)，以评估各交通保护区域(1002、1102)的警报级别(1206)；
评估(926)各交通保护区域(1002、1102)是否以及何时将被侵犯，并评估相关联的警报级别(1206)；
检查(928)各交通保护区域(1002、1102)的警报触发条件(1202)，以用具有适当警报级别(1206)的警报(1204)来标记(930)所述相遇(1004)；以及
响应于相关联的交通保护区域(1002、1102)被侵犯，用具有所述适当警报级别(1206)的所述警报(1204)来标记(930)所述相遇(1004)。
11.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，确定(108)所述交通预测轨迹(110)的步骤包括：响应于交通意图数据(314)和交通调度数据(322)不可用，执行(640)交通状态矢量(604)的线性外推。
12.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，生成(118、932)所述相遇评估数据(120)的步骤包括：生成警报信息(936)和预测信息(938)。
13.一种飞行器(308)，该飞行器(308)包括：
用于基于策略的交通相遇评估(102)以检测和避让交通(302)的系统(200、310)，该系统(200、310)包括：
处理器(202)；以及
与所述处理器(202)相关联的存储器(204)，所述存储器(204)包括计算机可读程序指令(206)，所述计算机可读程序指令(206)在由所述处理器(202)执行时使所述处理器(202)执行一组功能(208)，所述一组功能(208)包括：
确定(104)所述飞行器(308)的本机预测轨迹(106)，所述飞行器(308)是本机(300)；
确定(108)在所述本机(300)附近(306)的一个或更多个其它飞行器(304)的交通预测轨迹(110)，所述一个或更多个其它飞行器(304)包括交通(302)；
评估(112)所述本机(300)与所述交通(302)之间的相遇(1004)，其中，评估所述本机(300)与所述交通(302)之间的相遇(1004)包括：将相遇评估策略(116)应用(114)于所述交通预测轨迹(110)和所述本机预测轨迹(106)；以及
响应于评估所述本机(300)与所述交通(302)之间的相遇(1004)，生成(118)相遇评估数据(120)，所述相遇评估数据(120)被所述本机(300)使用以至少检测和避让所述交通(302)。
14.根据权利要求13所述的飞行器(308)，其中，评估(112、924)所述本机(300)与所述交通(302)之间的相遇(1004)包括：
通过将定义的交通保护区域(908)应用于所述本机(300)附近(306)的各其它飞行器(304)的交通预测轨迹(110)来评估(916)所述本机(300)附近(306)的各其它飞行器(304)的交通保护区域(1002、1102)；
计算(920)在所述相遇评估策略(116)的相遇度量(914)中定义的相遇参数(906)，以评估各交通保护区域(1002、1102)的警报级别(1206)；
评估(926)各交通保护区域(1002、1102)是否以及何时将被侵犯，并评估相关联的警报级别(1206)；
检查(928)各交通保护区域(1002、1102)的警报触发条件(1202)，以用具有适当警报级别(1206)的警报(1204)来标记(930)所述相遇(1004)；
响应于相关联的交通保护区域(1002、1102)被侵犯，用具有所述适当警报级别(1206)的警报(1204)来标记(930)所述相遇(1004)。
15.根据权利要求13所述的飞行器(308)，其中，以下项中的至少一者：
确定(108)所述交通预测轨迹(110)包括：响应于交通意图数据(314)和交通调度数据(322)不可用，执行(640)交通状态矢量(604)的线性外推；以及
生成(118、932)所述相遇评估数据(120)包括：生成警报信息(936)和预测信息(938)。
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