CN113436469B

CN113436469B - 一种空域边界点位置调整方法

Info

Publication number: CN113436469B
Application number: CN202110744650.7A
Authority: CN
Inventors: 宋柯
Original assignee: China Aviation Materials Navigation Technology Beijing Co ltd
Current assignee: China Aviation Materials Navigation Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2041-07-01
Also published as: CN113436469A

Abstract

本发明公开了一种空域边界点位置调整方法，包括：将全国所有空域进行级别划分；对当前级别所有空域边界点进行位置调整；逐级处理所有空域。本申请可以便捷对全国各级空域进行边界点位置调整，确保所有边界点与临近的空域边界重合。本发明可应用到空域精细管理、4D航迹分析等领域。

Description

一种空域边界点位置调整方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种空域边界点位置调整方法。

背景技术

空域是所有航空运输发生的空间场所，民航空管普遍按照空域边界进行指挥权限划分和空域资源调配。空域边界的准确与否直接关系到航空运输的安全和效率。我国空域主要分为情报区、管制区、管制扇区、进近管制区、进近管制扇区等类型。

目前，我国民航空域边界点的划设或调整的传统方法主要依靠人工在二维航图上描点完成，该方法产生的边界点坐标误差较大，大量空域边界点与相邻空域边界不重合，空域之间存在明显间隙或交叠。如图3、图4所示，空域1的边界点P应和空域2的边界重合，但由于误差，二者之间存在较大间隙，当飞机处于空域间隙或交错位置时，无法判断管制指挥权限归属。随着空域资源的日益紧张，这种不精确的空域边界数据将对实际运行带来很大困扰。

进行大批量空域边界点调整时，由于空域边界之间耦合度极高且数量庞大，传统的人工处理方法耗时巨大且经常陷入死循环，无法快速有效地对所有空域边界进行调整。如何快速、精确地对大量空域边界点进行调整是困扰我国空域管理人员的一个难题。

发明内容

为此，本发明提供一种空域边界点位置调整方法，该方法可快速对所有空域边界进行调整、并确保边界点与相邻空域边界距离满足精度要求，解决了空域边界点无法通过自动化方法批量处理的难题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1 将全国所有空域进行级别划分；

步骤2 对当前级别所有空域边界点进行位置调整；

步骤3 逐级处理所有空域。

本发明步骤1中，所述对全国所有空域进行级别划分的方法是：将全国所有空域划设为4个级别；将情报区和管制区划分为级别1；将管制扇区划分为级别2；将进近管制区划分为级别3；将进近管制扇区划分为级别4。

本发明步骤2包括：

步骤2-1 从级别2开始处理，将上级空域所有多边形边界设为固定边，将本级别空域所有多边形边界点设为非固定点。

步骤2-2 遍历所有非固定点，判断其是否能转换为固定点，包括如下步骤：

步骤2-2-1 设定2个阀值，重合阀值δ和临近阀值λ。将当前非固定点与所有固定边进行两两位置判断，通过该点与某固定边的距离d确定该点与该固定边位置关系：若d<=δ，认为点与固定边位置关系为重合；若δ<d<=λ，认为点与固定边位置关系为临近；若d>λ，认为点与固定边位置关系为无关。

步骤2-2-2 若该点与某固定边的位置关系为重合，将该点设置为固定点。

步骤2-2-3 若该点与某固定边的位置关系为临近，依据此点所在的两条相邻边与该固定边的夹角范围，选用延长线投影或垂线投影计算该点在此固定边上的投影位置，并将投影位置作为该点调整后的位置，将该点设置为固定点。

步骤2-2-4 若该点与任何固定边的位置关系均为无关，保持该点为非固定点。

步骤2-3 将新增固定点之间或新旧固定点之间的空域边界设置为固定边，判断本级空域边界点中是否还存在非固定点，若存在，转到步骤2-2；若不存在非固定点，结束本级空域边界调整。

本发明步骤2-1中，为了降低方法复杂程度，忽略弧形、圆形、扇形和椭圆形边界，只处理多边形边界。

本发明步骤2-2-3中，根据两相邻边与固定边的夹角范围选用不同投影方式，其方法是：设置夹角阀值ϕ，当延长线最大夹角θ<ϕ时，采用垂线投影方式计算新位置；当延长线最大夹角θ>=ϕ时，采用延长线投影方式计算新位置。

本发明步骤2-2-3中，延长线最大夹角θ的计算方法是：设非固定点为P，P点所在空域的两条相邻边界分别为L1和L2，与之临近的固定边为FL；从P点反向延长L1和L2，与FL分别相交与点M和点N，M和N点处的锐角夹角分别为θ₁和θ₂，取二者中较大者为θ，即θ= Max(θ₁,θ₂)。

本发明步骤2-2-3中，延长线投影的方法是：反向延长最大夹角θ对应的区域边界线，与固定边的交点作为投影点；垂线投影的方法是：计算非固定点与固定边的垂足位置作为投影点。

本发明具有如下优点：

可按照空域级别从高向低逐级调整空域边界，通过多次迭代的方法不断增加固定点和固定边的数量，从而消除了空域边界间的高耦合度，确保每个空域边界点只需计算一次，保证迭代的数量是收敛的。本申请发明的延长线投影和垂线投影求交点的方法符合民航空域管理的原则，并能保证计算结果点与临近边界之间的距离满足精度要求。因此，本发明非常适用于空域边界点批量调整以及新空域边界点位置计算。

附图说明

图1为本发明所述一种空域边界点位置调整方法步骤示意图。

图2为本发明所述一种空域边界点位置调整方法流程示意图。

图3为用延长线投影确定空域边界点位置示意图。

图4为用垂线投影确定空域边界点位置示意图。

图5为本发明实施例对青岛管制扇区边界点位置调整示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

民航空域的合理划分是确保飞机能安全有序运行的保障。目前，我国民航空域边界点的划设或调整的传统方法主要依靠人工在二维航图上描点完成，该方法产生的边界点坐标误差较大，大量空域边界点与相邻空域边界不重合，空域之间存在明显间隙或交叠。而且，在进行大批量空域边界点调整时，由于空域边界之间耦合度极高且数量庞大，传统方法耗时巨大且经常陷入死循环，无法快速有效地对所有空域边界进行调整。

基于此，本申请提出了一种空域边界点位置调整方法，能快速准确地对全国所有空域边界点进行批量调整。

本方法已成功应用于实际空域管理系统，完美解决了用户单位在空域边界点调整过程中的难题。本实施例采用该空域管理系统，参见附图2所示的处理流程示意图，本实施例包括以下步骤：

步骤1 将全国所有空域进行级别划分。

对全国所有空域进行级别划分的方法是：将全国所有空域划设为4个级别；将情报区和管制区划分为级别1；将管制扇区划分为级别2；将进近管制区划分为级别3；将进近管制扇区划分为级别4。

本方法按级别划分空域的原因是，空域边界之间互相直接耦合，调整某空域边界时必将造成其它空域边界变动。为了避免空域边界调整时出现无限循环，本发明在进行调整前，将所有空域按照级别从高到低的顺序进行解耦，处理低级别空域边界时，不会对高级别空域边界产生影响。

情报区和管制区属于国家顶层空域结构，其边界不能调整，因此将情报区和管制区边界设为级别1，属于固定空域。管制扇区、进近管制区、进近管制扇区存在隶属关系，因此依次将这三种空域的级别设置为级别2、级别3和级别4。

步骤2 创建固定边列表和新增固定点列表，逐一对本级别所有空域边界点进行位置调整，包含以下步骤：

重合阀值δ用于限定计算精度，当点与固定边的距离d小于或等于δ时，可认为点与固定边是重合的。本实施例设δ=30米，接近赤道上1秒对应的距离，与普通机身长度相当。

临近阀值λ用于判断点是否与某一固定边临近，当点与固定边的距离小于或等于λ，但大于δ时，认为该点临近该固定边，需要调整该点坐标，使其与固定边重合；当点与固定边的距离大于λ时，认为该点与此固定边无关。本实施例设λ=2000米。

步骤2-2-2 若该点与某固定边的位置关系为重合，将该点设置为固定点并添加到新增固定点列表。

此时可认为该点原本就位于此固定边上，其位置不用调整。

步骤2-2-3 若该点与某固定边的位置关系为临近，依据此点所在的两条相邻边与该固定边的夹角范围，选用延长线投影或垂线投影计算该点在此固定边上的投影位置，并将投影位置作为该点调整后的位置，将该点设置为固定点并添加到新增固定点列表。

本方法按照空域划设惯例，计算空域边界点位置优先采用延长线投影计算两空间边界间的交点。当延长线法计算的交点与原位置距离过大时，采用垂线投影计算交点。本方法根据两相邻边与固定边的夹角范围选用不同投影方式：设置夹角阀值ϕ，当延长线最大夹角θ<ϕ时，采用垂线投影计算新位置点；当延长线最大夹角θ>=ϕ时，采用延长线投影计算新位置点。

如图3所示，P为空域1边界上一非固定点，P点临近空域2的固定边FL，P到FL的垂直距离为d，且满足δ<d<=λ，空域1中与P点相邻的两条边界分别为L1(AP)和L2(BP)。从P点反向延长L1和L2，与FL分别相交与点M和点N，M和N点处的锐角夹角分别为θ₁和θ₂，取二者中较大者θ = Max(θ₁, θ₂)，图3中θ等于M点夹角θ₁。P点调整后的新位置为M点，调整前后距离变化值为MP，且sin(θ)=d/MP，θ越大，M点就越接近P点在FL上的垂足。当θ=90°时，M点就是P在FL上的垂足。θ越小，M点越远离垂足，当θ=0°时，L1和L2与FL平行。本方法为控制调整后的位置M与原位置P的距离在一定范围内，设定夹角阀值ϕ。

本实施例取夹角阀值ϕ=30°，控制MP的最大值=d/sin(30°)=2d。当θ大于等于30°时，延长线投影点M与原始位置P的距离MP不超过P点到FL垂直距离的2倍。当θ<30°时，MP长度大于2d，为避免延长线投影计算所得新旧位置之间的距离MP过大，改用垂线投影确定新点位置，将P点在FL上的垂足位置作为P调整后的位置。如图4所示。

本实施例采用通用测地线算法，计算两线段的延长线交点以及点到直线的垂足。

步骤2-2-4 若该点与任何固定边的位置关系均为无关，保持该点为非固定点。表明本轮计算缺少足够固定边，该非固定点位置暂无法确定，后续每次迭代步骤产生更多固定边后，都将重新判断该点能否转换为固定点。

步骤2-3 将新增固定点之间或新旧固定点之间的空域边界设置为固定边，并添加至固定边列表。判断本级空域边界点中是否还存在非固定点，若存在，转到步骤2-2；若不存在，结束本级空域边界调整。

步骤3 判断是否存在下级空域，若存在，转到步骤2-1；若不存在，处理过程结束，所有新增固定点列表中的点就是调整后的区域边界点。

本实施例调整的青岛管制扇区如图5所示，调整前青岛管制02扇区1号边界点距离北京管制区边界距离为102米，属于临近关系(30<102<2000)，通过延长线投影计算新点位置与北京管制区边界距离为7米，满足点线重合关系，放大图中显示的两点为调整前后的边界点位置。

以上所述，仅是本发明的一种实施例，并非对本发明做任何形式的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种空域边界点位置调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1 ：将全国所有空域进行级别划分，划分为4个级别，将情报区和管制区划分为级别1；将管制扇区划分为级别2；将进近管制区划分为级别3；将进近管制扇区划分为级别4；

步骤2 ：对当前级别所有空域边界点进行位置调整，包括以下步骤：

步骤2-1：从级别2开始处理，将上级空域所有多边形边界设为固定边，将本级别空域所有多边形边界点设为非固定点；为了降低方法复杂程度，忽略弧形、圆形、扇形和椭圆形空域边界，只处理多边形空域边界；

步骤2-2：遍历所有非固定点，将其转换为固定点或保持为非固定点，包括以下步骤：

步骤2-2-1：设定2个阀值，重合阀值δ和临近阀值λ，将当前非固定点与所有固定边进行两两位置判断，通过该点与某固定边的距离d确定该点与该固定边位置关系：若d<=δ，认为点与固定边位置关系为重合；若δ<d<=λ，认为点与固定边位置关系为临近；若d>λ，认为点与固定边位置关系为无关；

步骤2-2-2：若该点与某固定边的位置关系为重合，将该点设置为固定点；

步骤2-2-3：若该点与某固定边的位置关系为临近，依据此点所在的两条相邻边与该固定边的夹角范围，选用延长线投影或垂线投影计算该点在此固定边上的投影位置，将投影位置设置为该点新位置后将该点设置为固定点；其中，选用延长线投影或垂线投影的方法是：设置夹角阀值ϕ，当延长线最大夹角θ<ϕ时，采用垂线投影方式计算；当延长线最大夹角θ>=ϕ时，采用延长线投影方式计算；

所述延长线最大夹角θ的计算方法是：设非固定点为P，P点所在空域的两条相邻边分别为L1和L2，与P点临近的固定边为FL；从P点反向延长L1和L2，与FL分别相交与点M和点N，M和N点处的锐角夹角分别为θ₁和θ₂，取二者中较大者为θ，即θ= Max(θ₁，θ₂)；

所述延长线投影，方法是：反向延长最大夹角θ对应的相邻边，与固定边的交点作为投影点；

所述垂线投影，方法是：计算非固定点与固定边的垂足位置作为投影点；

步骤2-2-4：若该点与任何固定边的位置关系均为无关，保持该点为非固定点；

步骤2-3：将新增固定点之间或新旧固定点之间的空域边界设置为固定边，判断本级空域边界点中是否还存在非固定点，若存在，转到步骤2-2；若不存在非固定点，结束本级空域边界调整；

步骤3 ：逐级处理所有空域。