EP0886847B1 - Verfahren zur erkennung eines kollisionsrisikos und zur vermeidung von kollisionen in der luftfahrt - Google Patents
Verfahren zur erkennung eines kollisionsrisikos und zur vermeidung von kollisionen in der luftfahrt Download PDFInfo
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Definitions
- TCASII Traffic Collision Avoidance System
- FAA Federal Communications Commission
- BFS Ground Collision Avoidance System
- TCASII System Description Washington, DC, USA 1993
- the equipment of all approved in the USA Aircraft with more than 30 seats with this system has been required in the United States since 1993. It warns Aircraft pilots right before possible conflicts other aircraft in the area. Independent of The ground control and visibility conditions the Aircraft operators the possibility of potential conflicts to recognize and react in time.
- the TCASII underlying algorithm is not intended to control regular air traffic. It should only in the event of misconduct by aviation participants or the Ground control to prevent a collision.
- An advantageous further development enables a special one favorable calculation of an alternative route in that try out several alternative routes with from alternative route to Alternative route of increasing deflection according to recognized or stipulated evasive rules are calculated that the calculated alternative route selected and displayed or in a control command is implemented at the smallest Deflection a probability of a dangerous Encounter below a predetermined threshold and that when a limit deflection is reached without the likelihood of a dangerous encounter accordingly reduced, alternative routes to another Direction can be calculated.
- the procedure is that the probabilities - in following also called probabilities of residence the respective position, course and course based on the Aircraft, the airspeed and the Speed over ground, the rate of course change and the climb / sink rate are calculated, where a variety of calculations with variations of the Airspeed, course change speed and the climb / sink rate is performed.
- the calculation the probabilities assumed values of the Airspeed, course change speed and the climb / sink rate can be varied statistically and that with each of these variations counters for those Space elements are incremented in which the Aircraft located at the selected times.
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Description
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung des Luftraumes mit mehreren Luftfahrzeugen,
- Fig. 2
- ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- Fig. 3
- eine Darstellung einer Ebene des Erfassungsraumes mit einem Luftfahrzeug und dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zu zwei verschiedenen Zeitpunkten,
- Fig. 4
- eine seitliche Ansicht des Erfassungsraumes mit einem Luftfahrzeug und dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zu zwei verschiedenen Zeitpunkten,
- Fig. 5
- eine Ebene des Erfassungsraumes mit zwei Luftfahrzeugen und deren Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zu zwei verschiedenen Zeitpunkten,
- Fig. 6
- eine Seitenansicht des Erfassungsraumes mit einem Luftfahrzeug und mit bergigem Gelände und Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zu zwei verschiedenen Zeitpunkten,
- Fig. 7
- die gleiche Flugsituation wie in Fig. 6, jedoch mit Gebäuden als Hindernis,
- Fig. 8
- ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- Fig. 9
- eine Darstellung zur Berechnung einer Ausweichroute und
- Fig. 10
- eine Darstellung zur Flugbahnberechnung.
Für den Reiseflug, bzw. Flughöhe über FL100 | Sigma xy < 100m | Sigma z < 30m |
Für alle übrigen Flugabschnitte | Sigma xy < 30m | Sigma z < 30m |
Für alle Bewegungen am Boden | Sigma xy < 3m | Detektion On Ground |
Dazu wird der sich um das zu betrachtende Luftfahrzeug befindliche Luftraum L in diskrete Raumelemente aufgeteilt. Die Ausdehnung des Luftraums wird dabei abhängig von der Geschwindigkeit, dem Manöverpotential und der Flugphase des Luftfahrzeugs gewählt. L hat die Dimension
Um die stochastischen Einflüsse zu berücksichtigen, wird für die Berechnung des Aufenthaltsortes statt konstanten Geschwindigkeiten Wahrscheinlichkeitsfunktionen für die drei genannten Geschwindigkeiten eingeführt, wodurch keine deterministische Größe mehr ist.
An sich ist eine symmetrische, dreiecksförmige Wahrscheinlichkeitsfunktion möglich. Dabei hat die Geschwindigkeit zum Anfangszeitpunkt t0 der Betrachtung die höchste Wahrscheinlichkeit, die dann in einem zu definierenden Intervall nach rechts und links auf Null abfällt. Bewegt sich das Luftfahrzeug jedoch nahe an einer Maximal- oder Minimalgeschwindigkeit, so ergibt eine symmetrische Dreiecksverteilung hohe Wahrscheinlichkeiten für Geschwindigkeiten, die aufgrund flugphysikalischer Bedingungen nicht erflogen werden können. Auch kann die symmetrische Dreiecksverteilung ein konservatives Verhalten, d.h. eine Änderung der momentanen Geschwindigkeit hat eine geringe Wahrscheinlichkeit, nur unzureichend wiedergeben. Es hat sich daher eine Wahrscheinlichkeitsdichte bewährt, bei welcher die Wahrscheinlichkeiten in der Nähe des Maximums zu beiden Seiten stark und im weiteren Verlauf weniger stark und unsymmetrisch abfällt.
Die Definition von f(x)ist gültig für Vt≤Vmax und Vb≥Vmin. Wird Vt > Vmax so entfällt Abschnitt (5) der Definition und Abschnitt (4) gilt für Vc ≤ x ≤ Vmax. Entsprechendes gilt für die Annäherung von Vc an Vmin.
Die Verteilungsfunktion ergibt sich nach Die abschnittsweise Integration liefert die Bestimmungsgleichungen für F(x).
Zur Bestimmung der Position eines Luftfahrzeugs muß die Zufallsvariable x, die eine Geschwindigkeit zum Zeitpunkt to + Δt angibt, ermittelt werden. Zieht man die Zufallsvariable n-mal, so können nach den oben angegebenen Bewegungsgleichungen n neue Positionen bestimmt. Damit kann die Wahrscheinlichkeit, daß sich das Luftfahrzeug zum Zeitpunkt t0 + Δt in einem bestimmten Teilraum des Luftraumes L aufhält, ermittelt werden. Neben der aktuellen Geschwindigkeit Vc sind die Größen Vmax und Vmin durch die Konfiguration des Luftfahrzeugs festgelegt. Durch die Wahl von Vb und Vt und des Verhältnisses pc / pt mit pb = pt ist die Wahrscheinlichkeitsfunktion bestimmt. Durch eine geeignete Wahl dieser Größen läßt sich auch die zu erwartende Bewegungsdynamik eines Luftfahrzeuges abbilden. Wählt man pc / pt klein, so sind hohe Geschwindigkeitsänderungen innerhalb des Betrachtungszeitraumes zu erwarten. Ein großes Verhältnis pc/pt dagegen führt zu dem bereits erwähnten konservativen Verhalten.
Claims (18)
- Verfahren zur Erkennung eines Kollisionsrisikos in der Luftfahrt, dadurch gekennzeichnet,daß für das jeweils eigene Luftfahrzeug (1) Wahrscheinlichkeiten berechnet werden, mit welchen sich das Luftfahrzeug (1) zu mehreren ausgewählten Zeitpunkten in vorgegebenen Raumelementen (33) befinden wird, (Aufenthaltswahrscheinlichkeiten) unddaß aus den Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des eigenen Luftfahrzeugs und Aufenthaltswahrscheinlchkeiten von anderen Objekten (3, 4, 41) die Wahrscheinlichkeiten des gleichzeitigen Aufenthalts des eigenen Luftfahrzeugs (1) und mindestens eines der anderen Objekte (3, 4, 41) in jeweils einem Raumelement (Kollisionswahrscheinlichkeiten) für die vorgegebenen Raumelemente (33) und die ausgewählten Zeitpunkte berechnet werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumelemente (33) mit der jeweils berechneten Aufenthaltswahrscheinlichkeit des eigenen Luftfahrzeugs (1) und der anderen Objekte (3, 4, 41) graphisch auf einer Anzeigevorrichtung (30) dargestellt werden.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Raumelemente (35, 36), für die die Kollisionswahrscheinlichkeit einen vorgegebenen Wert übersteigt, hervorgehoben dargestellt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß zur Vermeidung von Kollisionen für das eigene Luftfahrzeug (1) eine Ausweichroute berechnet und angezeigt wird, wenn für mindestens ein Raumelement die Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Aufenthalts des eigenen und mindestens eines anderen Objekts (3) einen vorgegebenen Wert übersteigt.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß probehalber mehrere Ausweichrouten (74 bis 78) mit von Ausweichroute zu Ausweichroute steigender Auslenkung nach anerkannten oder festgelegten Ausweichregeln berechnet werden, daß diejenige berechnete Ausweichroute (78) ausgewählt und angezeigt oder in ein Steuerkommando umgesetzt wird, die bei kleinster Auslenkung eine Wahrscheinlichkeit einer gefährlichen Begegnung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes ergibt und daß bei Erreichen einer Grenzauslenkung, ohne daß sich die Wahrscheinlichkeit einer gefährlichen Begegnung entsprechend verringert, Ausweichrouten in eine andere Richtung berechnet werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für andere innerhalb einer relevanten Entfernung befindliche Luftfahrzeuge Aufenthaltswahrscheinlichkeiten berechnet werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bodenfeste Objekte (41) bei der Darstellung der Raumelemente (33) und/oder bei der Berechnung von Ausweichrouten mit einer Aufenthaltswahrscheinlichkeit von 1 berücksichtigt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumelemente (33) quaderförmig sind.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Raumelemente (33) variabel ist, wobei mit zunehmender Flughöhe die Größe ansteigt.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Raumelemente (33) in drei Klassen veränderbar ist, nämlich kleinste Raumelemente beim Rollen am Boden, mittlere Raumelemente bei Flughöhen unter 10.000 Fuß und große Raumelemente bei größeren Flughöhen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten aus der jeweiligen Position, Kurs und Kurs über Grund des Luftfahrzeugs (1, 3, 4), der Fluggeschwindigkeit und der Geschwindigkeit über Grund, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit berechnet werden, wobei eine Vielzahl von Berechnungen mit Variationen der Fluggeschwindigkeit, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten angenommenen Werte der Fluggeschwindigkeit, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit statistisch variiert werden und daß bei jeder dieser Variationen Zähler für diejenigen Raumelemente inkrementiert werden, in welchen sich das Luftfahrzeug (1, 3, 4) zu den ausgewählten Zeitpunkten befindet.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeiten aus der jeweiligen Position, Kurs und Kurs über Grund des Luftfahrzeugs, der Fluggeschwindigkeit und der Geschwindigkeit über Grund, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit berechnet werden, wobei Maße für die statistische Streuung der Fluggeschwindigkeit, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit mitgeführt werden, so daß zu jedem ausgewählten Zeitpunkt eine statistische Verteilung der Positionen des Flugzeugs (1, 3, 4) berechnet wird, und daß die statistischen Verteilungen in Aufenthaltswahrscheinlichkeiten in einzelnen Raumelementen (33) umgerechnet werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten erforderlichen Daten der anderen Luftfahrzeuge (3, 4) in den anderen Luftfahrzeugen (3, 4) gemessen und durch Datenübertragungssysteme (25) zum eigenen Luftfahrzeug (1) übertragen werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der Wahrscheinlichkeiten erforderlichen Daten der anderen Luftfahrzeuge durch Peilung gewonnen werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der Wahrscheinlichkeiten erforderlichen Daten der anderen Luftfahrzeuge (3, 4) durch wiederholte Positionsmeldungen der anderen Luftfahrzeuge gewonnen werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten nur für einen Luftraum (2) berechnet werden, in dem sich das eigene Luftfahrzeug (1) innerhalb eines alle ausgewählten Zeitpunkte umfassenden Zeitraums befinden kann.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten mindestens eines anderen Luftfahrzeugs (3, 4) eine Reaktion des anderen Luftfahrzeugs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt wird.
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