CN113627742A - 航空器空域容量评估方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种航空器空域容量评估方法，包括：对所述空域的气象状况进行检测；根据航空器类型获得航空器的飞行间隔；根据空域形状获得所述航空器的可用飞行航线长度；通过所述飞行间隔与所述可用飞行航线长度，进而获得所述空域能够容纳所述航空器的数量，完成所述空域容量评估。提高了空域评估结果的实用性，解决了空域的使用效率低与飞行安全的矛盾。

Description

航空器空域容量评估方法

技术领域

本公开涉及低空通航飞行空域监管技术领域，尤其涉及一种航空器空域容量评估方法。

背景技术

随着我国空域监管逐步放开，尤其是相关法规的进一步确定，显著带动了低空通用航空应用的发展。为了满足日益增加的航空器飞行需求，提高低空通航空域的使用效率，科学合理的评估空域容量非常必要。

低空通航的飞行与民航不同，具有航空器种类多样、性能差异化明显、应用场景繁多等特点，导致，低空空域容量评估涉及要素较多，难以高效的对空域容量进行量化评估；静态条件下的空域容量评估容量值单一，不能满足真实场景飞行条件动态变化实际需求；针对单一航空器、固定航速的空域容量评估结果，难以在多机型、不同任务场景下应用。

目前低空通航空域容量评估方法主要存在的技术缺陷有：空域容量评估多用于民航领域，通用性不强；空域容量评估涉及要素单一，无法综合实际场景的多条件约束；评估空域形状较为单一，不能适应低空通航空域的多样化；评估容量结果相对单一，只反映常态条件下的空域容量等问题。因此，针对上述存在的问题，亟需气象与飞行目标属性约束的低空通航空域容量的评估方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种航空器空域容量评估方法，以缓解现有技术中不能适应低空通航空域的多样化等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供了一种航空器空域容量评估方法，包括：

对所述空域的气象状况进行检测；

根据航空器类型获得航空器的飞行间隔；

根据空域形状获得所述航空器的可用飞行航线长度；

通过所述飞行间隔与所述可用飞行航线长度，进而获得所述空域能够容纳所述航空器的数量，完成所述空域容量评估。

在本公开实施例中，所述气象状况包括危险天气及空域风速，未检测到所述危险天气及所述空域风速小于等于航空器最大抗风性能时所述检测通过。

在本公开实施例中，所述根据航空器类型，获得航空器的飞行间隔，包括：

所述航空器类型是有人航空器还是无人航空器；

确定所述航空器的横向间隔与纵向间隔。

在本公开实施例中，所述有人航空器的所述横向间隔为：

hd＝1500

所述有人航空器的所述纵向间隔为：

所述无人航空器的所述横向间隔为：

hd＝2000

所述无人航空器的所述纵向间隔与所述有人航空器的所述纵向间隔计算相同；

其中，hd为所述航空器的横向间隔，单位是m；zd为所述航空器的纵向间隔，v是所述航空器的飞行速度，单位是km/h；t为所述航空器的飞行时间，单位是s，根据航空器间隔安全，并考虑紧急制动反应时间，t为固定值；l₁、l₂、l₃、l₄、l₅是分别是各前面航空器与后面航空器的间隔；其中，时纵向间隔下限为1500m，纵向间隔下限为2750m。

在本公开实施例中，考虑所述航空器工作环境的所述能见度对飞行间隔影响，

当能见度A_v≥5km，所述飞行间隔不变；

当3km≤A_v＜5km，所述飞行间隔改变为：

hd＝1000*5/A_v

当A_v＜3km，所述空域不能使用，结束所述空域容量评估；

其中，A_v表示能见度，单位为km。

在本公开实施例中，所述根据航空器类型，获得航空器的飞行间隔，还包括：

所述航空器工作环境的通信完好性对所述飞行间隔影响，所述通信完好性对飞行间隔影响为：

当C_c＝100％，所述飞行间隔不变；

当C_c＜100％，所述飞行间隔改变为：

hd＝1500

其中，C_c表示所述通信完好性。

在本公开实施例中，所述根据航空器类型，获得航空器的飞行间隔，还包括：

所述航空器工作环境的导航完好性对所述飞行间隔影响，所述导航完好性对飞行间隔影响为：

当N_c≥99.999％，所述飞行间隔不变；

当N_c＜99.999％，采用C_c＜100％的所述飞行间隔；

其中，N_c表示所述导航完好性。

在本公开实施例中，所述空域形状包括：

椭圆形空域，其单段航线长度为：

L_i＝2π(b-2*hd*i)+4*(a-b)，i＝0，1，2，3……

其中，a与b为椭圆形的长短半轴；L_i为单段航线长度，L_i单位为m；当L_i＜zd时，L_i不可用，结束所述空域容量评估；

圆形空域，其单段航线长度为：

L_i＝2π(R-2*hd*i)，i＝0，1，2，3……

其中，R为半径，单位：米；其它规则同椭圆计算；

多边形空域，其单段航线长度为：

其中，当，不可用，终止计算

所述空域的可用飞行航线长度为：

L＝∑_i＝0L_i

其中，L是航线总长度，单位为m；

在本公开实施例中，所述空域容纳数量为：

number＝L/zd*M₁

其中，number为空域容纳数量，M_l为管理负荷其取值为(0-100％)。

在本公开实施例中，所述空域容量评估还包括确定计划飞行航空器的所需计划飞行航线长度，所述计划飞行航线长度为：

其中，zd_i为计划飞行航空器的飞行纵向间隔，n_i为所选机型的计划飞行数量，nd单位为m；当nd＞L，则所述计划飞行航空器不能飞行。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开航空器空域容量评估方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)增加了低空通航空域评估的通用性，结合实际飞行环境，较为全面的评估了空域容量；

(2)根据实际飞行空域形状的不同，分别计算空域可用飞行航线，提高了评估方法对低空空域的适用性，适应了低空通航空域的多样化；以及

(3)提高了空域评估结果的实用性，解决了空域的使用效率低与飞行安全的矛盾。

附图说明

图1为本公开实施例航空器空域容量评估方法的流程图。

图2为本公开实施例航空器空域容量评估方法的框架示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种航空器空域容量评估方法，所述方法增加了低空通航空域评估的通用性，结合实际飞行环境，较为全面的评估了空域容量；根据实际飞行空域形状的不同，分别计算空域可用飞行航线，提高了评估方法对低空空域的适用性，适应了低空通航空域的多样化；提高了空域评估结果的实用性，解决了空域的使用效率低与飞行安全的矛盾。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种航空器空域容量评估方法，如图1所示，所述空域容量评估方法，包括：

操作S1：对所述空域的气象状况进行检测；

操作S2：根据航空器类型获得航空器的飞行间隔；

操作S3：根据空域形状获得所述航空器的可用飞行航线长度；

操作S4：通过所述飞行间隔与所述可用飞行航线长度，进而获得所述空域能够容纳所述航空器的数量，完成所述空域容量评估。

根据本公开实施例，如图2所示，基于气象与飞行目标属性约束的低空通航航空器空域容量评估方法，涉及的因素包括：航空器属性、空域气象及其它因子。其中，航空器属性主要包括：抗风性能、飞行速度与航空器类型(有人机与无人机)；空域气象因素包括：能见度、风速、危险天气等；其它的因素有：人工设定架次、空域形状、飞行管理负荷、通信良好性、导航良好性等。该方法主要包含两部分：计算空域容纳飞机的数量和判断空域是否能容纳计划飞行架次。

在本公开实施例中，计算空域容纳飞机数量包括飞行间隔计算和空域可用飞行航线长度计算，预先设定飞机飞行的速度范围v₁-v₂、抗风性能W_r、航空器的类型A_t，实时获得空域气象信息与其它飞行条件参数，主要包括：空域能见度A_v、是否有危险天气W_d、风速W_s、飞行管理负荷M_l、通信完好性C_c、导航条件N_c、空域形状A_s等。规则如下：

在本公开实施例中，判断空域是否有危险天气，当W_d有危险天气时，终止评估，提示危险天气警告；

在本公开实施例中，空域实际风速大于航空器最大抗风性能(W_s＞W_r)，终止评估，提示风速过大警告；

在本公开实施例中，为保证飞机飞行安全，根据航空器类型(A_t)计算空域容量评估飞行间隔，具体如下：

有人航空器，

在本公开实施例中，优选的，气象、导航、飞行管理负荷因素不影响评估的结果，通过飞行速度计算飞行间隔方式如下：

在本公开实施例中，横向间隔：

hd＝1500m (1)

在本公开实施例中，纵向间隔：

hd是为飞行横向间隔，单位是米；v是飞行速度，单位是km/h；t飞行时间，单位是：秒，根据航空器间隔安全，并考虑紧急制动反应时间，t取值60秒；l₁、l₂、l₃、l₄、l₅是分别是各前面航空器与后面航空器的间隔；其中，v≤100时zd纵向间隔下限规定1500m，100＜v≤150纵向间隔下限2750m；

在本公开实施例中，真实条件下，能见度对空域容量评估的影响，具体如下：

A_v≥5km，正常评估，使用上述(1)和(2)方法计算；

3km≤A_v＜5km，使用如下方法计算飞行间隔，

hd＝1000*5/A_v (3)

A_v＜3km，空域不能使用，A_v单位是km。

在本公开实施例中，真实条件下，通信完好性C_c对空域容量评估的影响，具体如下：

C_c＝100％，正常评估，使用上述(1)和(2)方法计算；

C_c＜100％，使用如下方法计算飞行间隔：

hd＝1500m (6)

在本公开实施例中，真实条件下，导航完好性N_c对空域容量评估的影响，N_c≥99.999％，正常评估，使用上述(1)和(2)方法计算；N_c＜99.999％，飞行间隔计算规则同(6)与(7)。

无人航空器，

在本公开实施例中，优选的，正常评估如下：

在本公开实施例中，横向间隔：

hd＝2000m (8)

在本公开实施例中，纵向间隔计算与有人航空器计算方式(2)相同，考虑无人机飞行的特点，与后面飞机的间隔取值变大，具体l₁与l₂取值1000m、l₃与l₄取值1500m、l₅取值2000m；100≤v≤150，纵向间隔zd下限是2000m；

真实条件下，能见度、导航完好性、通信完好性与有人航空器相同。

当有人航空器、无人航空器混合运行时，按无人航空器间隔标准评估。

在本公开实施例中，可用飞行航线长度计算，根据不同的空域形状，具体如下：

在本公开实施例中，椭圆空域，规则如下：

L_i＝2π(b-2*hd*i)+4*(a-b) i＝0，1，2，3…… (9)

L＝∑_i＝0L_i (10)

其中，a与b为椭圆形的长短半轴；L是航线总长度，L_i为单段航线长度，单位：米，hd为纵向间隔；当L_i＜zd，L_i不可用，终止计算；

在本公开实施例中，圆形空域，规则如下：

L_i＝2π(R-2*hd*i)i＝0，1，2，3…… (11)

式中，R为半径，单位：米；其它规则同椭圆计算；总长度采用公式(10)计算。

在本公开实施例中，多边形空域，计算规则如下：

判断多边形顶点类型，

a＝(x_i-x_i-1，y-y_i-1) (12)

b＝(x_i+1-x_i，y_i+1-y_i) (13)

cos＝cot(a*b/(|a|*|b|)) (14)

0＜cos＜1，该点为凸点；cos＝1，该点为平点；cos＞1为凹点。

在本公开实施例中，计算多边形可用航线长度，多边形顶点P_i的缩进点为Q_i，P_i-1表示P_i前顶点，P_i+1表示后面顶点，θ_i表示P_i-1P_iP_i+1之间的夹角。

如果顶点P_i为凸顶点，则缩进点为：

如果顶点P_i为凹顶点，则缩进点为：

如果顶点P_i为平顶点，则缩进点为：

可用航线长度为：

当L_i＜zd，L_i不可用，终止计算。

在本公开实施例中，通过计算P_i-1P_iP_i+1点的向量，来计算P_i顶点处的cos值，从而判断P_i的类型(凸、凹、平)。此步骤也可以通过，计算P_i点的方位角来判断P_i点的类型。

在本公开实施例中，计算空域可容纳航空器数量，具体如下：

number＝L/zd*M_l (21)

其中number为空域容纳数量，M_l为管理负荷(0-100％)。

另外，计算空域是否能容纳所选择数量的飞机，包括计算可用飞行航线长度、飞行间隔、所选飞机所需要的航线长度，其中前两者计算方法与计算空域容纳飞机数量中的方法相同，所选飞机所需要的航线长度nd如下：

nd＝∑_i＝0zd_i*n_i (22)

zd_i为计划飞行航空器的飞行纵向间隔，n_i为计划飞行航空器的计划飞行数量，nd单位：米。

判断空域是否能容纳飞行的数量：

若nd＞L，则不能飞行；

若nd≤L，则空域满足飞行。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开航空器空域容量评估方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种航空器空域容量评估方法，该空域容量评估方法为基于气象与飞行目标属性约束的低空通航空域容量评估方法，针对低空飞行目标种类繁多、速度差异等特点，设计了气象、目标属性、空域形状等约束的评估方法，包括计算空域容纳飞机数量、计算是否能容纳计划所飞行的飞机两部分，增加了低空通航空域评估的通用性，结合实际飞行环境，较为全面的评估了空域容量。根据实际飞行空域形状的不同，分别计算空域可用飞行航线，提高了评估方法对低空空域的适用性，适应了低空通航空域的多样化。充分考虑飞行中的导航完好性、通信完好性、管理负荷等实际影响因素，不仅计算了常态理想化的空域容量，也反映了实际飞行时的容量，提高了空域评估结果的实用性，解决了空域的使用效率低与飞行安全的矛盾。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空器空域容量评估方法，包括：

对所述空域的气象状况进行检测；

根据航空器类型获得航空器的飞行间隔；

根据空域形状获得所述航空器的可用飞行航线长度；

通过所述飞行间隔与所述可用飞行航线长度，进而获得所述空域能够容纳所述航空器的数量，完成所述空域容量评估。

2.根据权利要求1所述的空域容量评估方法，其中，所述气象状况包括危险天气及空域风速，未检测到所述危险天气及所述空域风速小于等于航空器最大抗风性能时所述检测通过。

3.根据权利要求1所述的空域容量评估方法，其中，所述根据航空器类型，获得航空器的飞行间隔，包括：

所述航空器类型是有人航空器还是无人航空器；

确定所述航空器的横向间隔与纵向间隔。

4.根据权利要求3所述的空域容量评估方法，其中，

所述有人航空器的所述横向间隔为：

hd＝1500

所述有人航空器的所述纵向间隔为：

所述无人航空器的所述横向间隔为：

hd＝2000

所述无人航空器的所述纵向间隔与所述有人航空器的所述纵向间隔计算相同；

其中，hd为所述航空器的横向间隔，单位是m；zd为所述航空器的纵向间隔，v是所述航空器的飞行速度，单位是km/h；t为所述航空器的飞行时间，单位是s，根据航空器间隔安全，并考虑紧急制动反应时间，t为固定值；l₁、l₂、l₃、l₄、l₅是分别是各前面航空器与后面航空器的间隔；其中，时纵向间隔下限为1500m，纵向间隔下限为2750m。

5.根据权利要求4所述的空域容量评估方法，其中，

考虑所述航空器工作环境的所述能见度对飞行间隔影响，

当能见度A_v≥5km，所述飞行间隔不变；

当3km≤A_v＜5km，所述飞行间隔改变为：

hd＝1000*5/A_v

当A_v＜3km，所述空域不能使用，结束所述空域容量评估；

其中，A_v表示能见度，单位为km。

6.根据权利要求4所述的空域容量评估方法，其中，所述根据航空器类型，获得航空器的飞行间隔，还包括：

所述航空器工作环境的通信完好性对所述飞行间隔影响，所述通信完好性对飞行间隔影响为：

当C_c＝100％，所述飞行间隔不变；

当C_c＜100％，所述飞行间隔改变为：

hd＝1500

其中，C_c表示所述通信完好性。

7.根据权利要求6所述的空域容量评估方法，其中，所述根据航空器类型，获得航空器的飞行间隔，还包括：

所述航空器工作环境的导航完好性对所述飞行间隔影响，所述导航完好性对飞行间隔影响为：

当N_c≥99.999％，所述飞行间隔不变；

当N_c＜99.999％，采用C_c＜100％的所述飞行间隔；

其中，N_c表示所述导航完好性。

8.根据权利要求4所述的空域容量评估方法，其中，所述空域形状包括：

椭圆形空域，其单段航线长度为：

L_i＝2π(b-2*hd*i)+4*(a-b)，i＝0，1，2，3......

其中，a与b为椭圆形的长短半轴；L_i为单段航线长度，L_i单位为m；当L_i＜zd时，L_i不可用，结束所述空域容量评估；

圆形空域，其单段航线长度为：

L_i＝2π(R-2*hd*i)，i＝0，1，2，3......

其中，R为半径，单位：米；其它规则同椭圆计算；

多边形空域，其单段航线长度为：

其中，当，不可用，终止计算

所述空域的可用飞行航线长度为：

L＝∑_i＝0L_i

其中，L是航线总长度，单位为m。

9.根据权利要求8所述的空域容量评估方法，其中，所述空域容纳数量为：

number＝L/zd*M_l

其中，number为空域容纳数量，M_l为管理负荷其取值为(0-100％)。

10.根据权利要求8所述的空域容量评估方法，其中，所述空域容量评估还包括确定计划飞行航空器的所需计划飞行航线长度，所述计划飞行航线长度为：

其中，zd_i为计划飞行航空器的飞行纵向间隔，n_i为所选机型的计划飞行数量，nd单位为m；当nd＞L，则所述计划飞行航空器不能飞行。

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