CN113971529B - 一种空域状态监视和管理方法 - Google Patents

一种空域状态监视和管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空域状态监视和管理方法，通过对空域的状态进行标记和管理，该方法可以实现汇聚待监视的空域形成列表，并对其空域冲突情况、侵入告警、早进入和晚退出等异常用空情况进行计算和统计；形成实时和历史累计的统计数据。该方法是基于空域与空域、空域与航空器间的时空关系等特点。其优点在于可对空域的状态和异常用空等情况统计分析，为空域管理者提供综合性的客观量化的实时和历史数据，故本发明极大地提高空域资源管理和运行效率，确保空域管理的安全、高效运行，建立了一套针对空域监视和管理的方法。

Description

一种空域状态监视和管理方法
技术领域
本发明涉及空管自动化技术和空域管理技术，尤其涉及一种空域状态监视和管理方法。
背景技术
随着军民用空需求的不断攀升，空域资源日趋紧张。在此背景下，空域管理成为重要的业务领域。如何确保正在监视和管理的空域资源安全有效运行，满足既定用空计划，已成为空域管理的重要命题。其中，空域状态变更记录和判断，用空冲突、侵入告警、早进入晚退出告警、容量超出告警、用空越界告警的判断和统计发布展示，均为空域管理的重要能力和需要大量的自动化解算和数据组织整理。
而由于空域管理需求和责任划分的模糊性，基于空域资源视角的空域状态监视和管理一直未能形成流程化、体系化的方法，影响空域管理业务的体系化建设和能力设计。
发明内容
发明目的：本发明从空域资源及其关联航空器等信息进行分析，并通过几何位置关系分析技术获得空域资源的状态和各项异常告警情况。并根据历史记录和当前时刻数据，分别形成历史和实时资源运用的统计视图。
技术方案：本发明的实现过程和步骤如下：
步骤1：预设空域冲突检测、空域侵入告警、异常用空等判定参数，如空域与空域间、航空器与空域间的水平间隔、垂直间隔等；
步骤2：输入新的待监视和管理的空域数据，包括各空域的名称、使用类型、形状、经纬点、上下限高度、使用起止时间、空域允许容量、关联行动航线及其航空器等信息；
步骤3：根据冲突检测算法对空域进行冲突识别，获得冲突信息列表；
步骤4：根据冲突信息列表，判断当前时刻各个空域的冲突状态。初始化所有空域的冲突标记，遍历所有冲突信息，当前时刻处在冲突时间范围内时，将该冲突信息对应的空域全部标记为当前时刻存在冲突。遍历结束后仍未被标记为当前时刻存在冲突，则标记为当前时刻不存在冲突
步骤5：计算当前时刻各个空域的激活状态；
步骤6：根据已知的在空航空器状态，判断各个空域是否存在侵入告警；
步骤7：根据关联行动航线和航空器，判断各个空域是否存在早进入、晚退出、容量超出和用空越界等异常用空情况；
步骤8：将当前时刻空域激活状态、冲突状态、侵入告警情况、各类异常用空情况等分类记录，以列表形式展示；历史数据以统计图表的形式展示；
步骤5包括：遍历所有空域，判断当前时刻空域的激活状态为：
Figure BDA0003327983070000021
记录并发布空域激活状态。其中，tcurrent为当前时刻，tpre为预激活起算时间，tstart为空域使用开始时间，也是空域激活开始时间，tend为空域使用结束时间，也是空域激活结束时间。
步骤6中，遍历所有空域，根据当前时刻所有已知在空航空器状态，执行如下步骤：
步骤A-1，根据空域入侵的安全间隔，计算各空域的外扩入侵预警范围；
步骤A-2，初始化所有空域的当前时刻侵入告警数量，遍历当前时刻所有在空航空器，计算航空器是否落在任意入侵预警范围内，如果落在空域X的入侵预警范围内，则对空域X的空域侵入告警数量加一，加以记录和发布。
步骤7中，根据当前在空航空器状态，遍历所有空域，判断各个空域的早进入、晚退出和用空越界等异常用空情况，执行如下步骤：
步骤B-1，获得该空域的关联行动信息、航线信息和航空器信息，与当前在空航空器做关联，找到与该空域有关(如准备使用、正在使用和使用完毕该空域)的航空器，统计所有正在使用该空域的航空器，若超过空域允许容量的80％且不足空域允许容量的100％，记录并发布容量超出预警信息，若超过空域允许容量的100％则记录并发布容量超出告警信息；
步骤B-2，若该航空器正在进入空域，根据记录的实际进入空域时间与计划进入空域实际判断，是否存在早进入的异常情况，加以记录和发布；
步骤B-3，若该航空器正在退出空域，根据记录的实际退出空域时间与计划退出空域实际判断，是否存在晚退出的异常情况，加以记录和发布；
步骤B-4，若该航空器正在使用空域，根据航空器位置等信息和该空域位置信息，判断航空器是否存在用空越界情况，加以记录和发布。在空域退出点附近的越界情况视为退出空域；
步骤8中，分别统计各个空域激活状态、冲突状态、侵入告警、早进入晚退出和用空越界等异常用空情况，以并分别以当前时刻的瞬时情况和历史累计情况两种视图展示。
本发明基于空域冲突检测技术和几何位置关系分析技术；所述的基于几何位置关系分析技术包括了对空域与空域间位置关系的分析和空域与航空器间位置关系的分析，其中需要按照三维立体几何形状、三维点之间的关系及其预设安全间隔进行判断，并利用文本记录。三维立体几何形状判断前首先将各空域分别按照空域类型及其预设的安全间隔进行空间几何图形的外扩计算，再以外扩后的三维立体几何图形取交集，若交集非空则判断空域几何位置重叠，存在空间上的冲突。三维立体几何形状与三维点之间的冲突判断除需要做上述外扩步骤外，还需要根据三维点历史位置及当前点速度分析预测未来短期运动轨迹，最后计算预测轨迹与外扩立体形状之间是否存在空间冲突。
所述的基于空域冲突检测技术包括结合使用起止时间、几何位置关系和安全间隔等判断空域间是否存在冲突，冲突交叠区域解算。判断使用起止时间范围存在交叠，同时根据安全间隔外扩后的三维几何位置存在交集，则判断存在空域冲突。三维冲突交叠区域即为基于几何位置关系分析技术得到的三维立体几何图形交集。进一步，该区域向地表做投影即为二维冲突交叠区域。
本发明可应用于各类空域管理系统中空域状态管理、空域监视及告警管理等方面。由于接入空域和航空器各项信息，结合自动流程化的业务流程和统计分析视图展示，能够提供当前和历史的空域资源状态与各类异常告警信息。本发明能更好地对空域资源进行统筹监视和管理，能有效处理大规模空域资源及其使用情况的监视和管理工作。
有益效果：本发明具有如下的技术效果：(1)让计算机自主计算当前时刻空域状态、用空冲突、侵入告警、早进入晚退出告警、容量超出告警、用空越界告警等信息。(2)让计算机自主统计整理和分析历史以往的用空冲突、侵入告警、早进入晚退出告警、容量超出告警、用空越界告警等信息。(3)让计算机自主统计分析和以各类图表展示当前和以往的空域资源的运行情况，促进空域资源运行监视和管理。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为一种空域状态监视和管理方法的流程图。
图2为各类空域异常情况判断图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明提供了一种空域状态监视和管理方法，步骤1：预设空域冲突检测、空域侵入告警、异常用空等判定参数，如空域与空域间、航空器与空域间的水平间隔、垂直间隔等；
步骤2：输入新的待监视和管理的空域数据，包括各空域的名称、使用类型、形状、经纬点、上下限高度、使用起止时间、空域允许容量、关联行动航线及其航空器等信息；
步骤3：根据冲突检测算法对空域进行冲突识别，获得冲突信息列表；
步骤3.1：基于几何位置关系分析技术对需要冲突检测的空域依次执行如下操作获取外扩几何图形：根据空域经纬度点转换求取该空域对应的三维几何图形顶点坐标点集{Pi}，其中i＝1…n，n为该图形顶点个数。根据该三维几何图形顶点坐标数据求取该图形质心，连结质心到每个顶点Pi后再按照该空域的安全间隔向外延长得到
Figure BDA0003327983070000041
所有外延点构成的集合
Figure BDA0003327983070000042
即为该三维几何图形根据安全间隔外扩的几何体。
步骤3.2：基于空域冲突检测技术对所有空域遍历，执行如下操作：根据该空域的外扩几何体，分别与其他空域对应的几何体求交集，若存在交集，且两空域的激活时间范围存在交叠，则两空域存在冲突，交叠几何体即为交叠范围。进一步，该区域向地表做投影即为二维冲突交叠区域。
步骤4：根据冲突信息列表，判断当前时刻各个空域的冲突状态。初始化所有空域的冲突标记，遍历所有冲突信息，当前时刻处在冲突时间范围内时，将该冲突信息对应的空域全部标记为当前时刻存在冲突。遍历结束后仍未被标记为当前时刻存在冲突，则标记为当前时刻不存在冲突
步骤5：计算当前时刻各个空域的激活状态
遍历所有空域，判断当前时刻空域的激活状态为：
Figure BDA0003327983070000051
记录并发布空域激活状态。其中，tcurrent为当前时刻，tpre为预激活起算时间，tstart为空域使用开始时间，也是空域激活开始时间，tend为空域使用结束时间，也是空域激活结束时间；
步骤6：根据已知的在空航空器状态，判断各个空域是否存在侵入告警
遍历所有空域，根据当前时刻所有已知在空航空器状态，执行如下步骤：
步骤6.1，根据空域入侵的安全间隔，计算各空域的外扩入侵预警范围，外扩方法同步骤3.1；
步骤6.2，初始化所有空域的当前时刻侵入告警数量，遍历当前时刻所有在空航空器，计算航空器是否落在任意入侵预警范围内，如果落在空域X的入侵预警范围内，则对空域X的空域侵入告警数量加一，加以记录和发布；
步骤7：根据关联行动航线和航空器，判断各个空域是否存在早进入、晚退出、容量超出和用空越界等异常用空情况；
根据当前在空航空器状态，遍历所有空域，判断各个空域的早进入、晚退出和用空越界等异常用空情况，执行如下步骤：
步骤7.1，获得该空域的关联行动信息、航线信息和航空器信息，与当前在空航空器做关联，找到与该空域有关(如准备使用、正在使用和使用完毕该空域)的航空器，统计所有正在使用该空域的航空器，若超过空域允许容量的80％且不足空域允许容量的100％，记录并发布容量超出预警信息，若超过空域允许容量的100％则记录并发布容量超出告警信息；
步骤7.2，若航空器对应的三维点在空域对应三维几何体的外扩图形上，判断为该航空器正在进入空域，根据记录的实际进入空域时间与计划进入空域实际判断，是否存在早进入的异常情况，加以记录和发布；
步骤7.3，若航空器对应的三维点在空域对应三维几何体外部且在空域三维几何体外扩图形的内部，且航空器对应的三维点距离空域退出点小于该空域的安全间隔，判断该航空器正在退出空域，根据记录的实际退出空域时间与计划退出空域实际判断，是否存在晚退出的异常情况，加以记录和发布；
步骤7.4，若该航空器正在使用空域，根据航空器位置等信息和该空域位置信息，判断航空器是否存在用空越界情况，若航空器对应的三维点超出空域对应三维几何体的外扩图形，判断为用空越界，加以记录和发布。若航空器对应的三维点距离空域退出点小于该空域的安全间隔，判断该航空器在空域退出点附近，此时的越界情况视为退出空域；
步骤8：将当前时刻空域激活状态、冲突状态、侵入告警情况、各早进入晚退出和用空越界等异常用空情况分类记录，以列表形式展示；历史数据以统计图表的形式展示。
实施例
本实施例如图2所示，图2中当前场景下存在空域1和空域2两个空域，根据空域1的空域类型获得安全间隔参数设置，外扩空域1几何图形范围后获得外扩的空域1图形，与空域2存在位置交叠，继而分析空域起止时间的交叠，存在用空冲突。从机场飞来的航空器经过判断是空域1准入的航空器，但早于计划进入空域时间到达空域进入点，产生早进入告警。而另一架空域禁入的航空器与空域间的距离若小于安全间隔，产生侵入告警。空域1内允许容量6架航空器，当前已有3架，空域实际容量若超出允许容量的80％产生容量超出预警，超出允许容量100％产生容量超出告警。当前空域1内存在一架空域准入的航空器在非空域退出点离开空域，产生用空越界告警。同时，空域准入的航空器若晚于计划退出空域时间到达空域退出点则产生晚退出告警。
本发明提供了一种空域状态监视和管理方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种空域状态监视和管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，预设空域冲突检测、空域侵入告警以及异常用空的判定参数，包括空域与空域间、航空器与空域间的水平间隔和垂直间隔、空域允许容量、空域容量预警和告警阈值；
步骤2，输入新的待监视和管理的空域数据，包括各空域的名称、使用类型、形状、经纬点、上下限高度、使用起止时间、空域允许容量、关联行动航线及其航空器的信息；
步骤3，根据冲突检测算法对空域进行冲突识别，获得冲突信息列表；
步骤4，根据冲突信息列表，判断当前时刻各个空域的冲突状态；
步骤5，计算当前时刻各个空域的激活状态；
步骤6，根据已知的在空航空器状态，判断各个空域是否存在侵入告警；
步骤7，根据关联行动航线和航空器，判断各个空域是否存在早进入、晚退出、容量超出和用空越界的异常用空情况；
步骤8，将当前时刻空域激活状态、冲突状态、侵入告警情况以及各类异常用空情况分类记录以列表形式展示，历史数据以统计图表的形式展示。
2.根据权利要求1 中所述的方法，其特征在于，步骤4包括：初始化所有空域的冲突标记，遍历所有冲突信息，当前时刻处在冲突时间范围内时，将该冲突信息对应的空域全部标记为当前时刻存在冲突，遍历结束后仍未被标记为当前时刻存在冲突，则标记为当前时刻不存在冲突。
3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤5包括：遍历所有空域，判断当前时刻空域的激活状态为：
Figure FDA0003327983060000011
记录并发布空域激活状态，其中，tcurrent为当前时刻，tpre为预激活起算时间，tbegin为空域使用开始时间即空域激活开始时间，tend为空域使用结束时间即空域激活结束时间。
4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，步骤3中，采用空域冲突检测技术和几何位置关系分析技术；所述的基于几何位置关系分析技术包括了对空域与空域间位置关系的分析和空域与航空器间位置关系的分析，其中按照三维立体几何形状、三维点之间的关系及其预设安全间隔进行判断，并利用文本记录；
三维立体几何形状判断前首先将各空域分别按照空域类型及其预设的安全间隔进行空间几何图形的外扩计算，再以外扩后的三维立体几何图形取交集，若交集非空则判断空域几何位置重叠，存在空间上的冲突；
三维立体几何形状与三维点之间的冲突判断根据三维点历史位置及当前点速度分析预测未来短期运动轨迹，计算预测轨迹与外扩立体形状之间是否存在空间冲突。
5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述的基于空域冲突检测技术包括结合使用起止时间、几何位置关系和安全间隔等判断空域间是否存在冲突，冲突交叠区域解算；判断使用起止时间范围存在交叠，同时根据安全间隔外扩后的三维几何位置存在交集，则判断存在空域冲突；三维冲突交叠区域即为基于几何位置关系分析技术得到的三维立体几何图形交集；该区域向地表做投影即为二维冲突交叠区域。
6.根据权利要求2或5中所述的方法，其特征在于，步骤3中包括：
步骤31：基于几何位置关系分析技术对需要冲突检测的空域依次执行如下操作获取外扩几何图形：根据空域经纬度点转换求取该空域对应的三维几何图形顶点坐标点集{Pi}，其中i＝1…n，n为三维几何图形顶点个数；根据该三维几何图形顶点坐标数据求取该图形质心，连结质心到每个顶点Pi后再按照该空域的安全间隔向外延长得到
Figure FDA0003327983060000021
所有外延点构成的集合
Figure FDA0003327983060000022
即为该三维几何图形根据安全间隔外扩的几何体；
步骤32：基于空域冲突检测技术对所有空域遍历，执行如下操作：根据该空域的外扩几何体，分别与其他空域对应的几何体求交集，若存在交集，且两空域的激活时间范围存在交叠，则两空域存在冲突，交叠几何体即为交叠范围，该交叠几何体区域向地表做投影即为二维冲突交叠区域。
7.根据权利要求6中所述的方法，其特征在于，步骤6中，遍历所有空域，根据当前时刻所有已知在空航空器状态，执行如下步骤：
步骤61，根据空域入侵的安全间隔，计算各空域的外扩入侵预警范围；
步骤62，初始化所有空域的当前时刻侵入告警数量，遍历当前时刻所有在空航空器，计算航空器是否落在任意入侵预警范围内，如果落在空域X的入侵预警范围内，则对空域X的空域侵入告警数量加1，加以记录和发布。
8.根据权利要求6中所述的方法，其特征在于，步骤7中，根据当前在空航空器状态，遍历所有空域，判断各个空域的早进入、晚退出和用空越界的异常用空情况，执行如下步骤：
步骤71，获得该空域的关联行动信息、航线信息和航空器信息，与当前在空航空器做关联，找到与该空域有关的航空器，包括准备使用、正在使用和使用完毕该空域的航空器，统计所有正在使用该空域的航空器，若超过空域允许容量的80％且不足空域允许容量的100％，记录并发布容量超出预警信息，若超过空域允许容量的100％则记录并发布容量超出告警信息；
步骤72，若一航空器正在进入空域，根据记录的实际进入空域时间与计划进入空域实际判断，是否存在早进入的异常情况，加以记录和发布；
步骤73，若一航空器正在退出空域，根据记录的实际退出空域时间与计划退出空域实际判断，是否存在晚退出的异常情况，加以记录和发布；
步骤74，若一航空器正在使用空域，根据航空器位置等信息和该空域位置信息，判断航空器是否存在用空越界情况，加以记录和发布，在空域退出点附近的越界情况视为退出空域。
9.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤8中，分别统计各个空域激活状态、冲突状态、侵入告警、早进入晚退出和用空越界的异常用空情况，分别以当前时刻的瞬时情况和历史累计情况两种视图展示。
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