一种空域冲突的快速检测方法技术

本发明专利技术公开了一种空域冲突的快速检测方法，包括以下步骤：步骤1，对空域规划边界点进行WGS-84坐标系(B,L,H)到平面直角坐标系(X,Y,Z)的转换，简化空域建模复杂度；步骤2，设置空域属性标签，规划空域形状包括多边形空域、圆形空域以及空域扇形；步骤3，对地形及空域的平面投影进行边界模板建模，包括对地形进行结构建模和空域属性建模；步骤4，遍历所有待检测空域，进行两两之间的空域冲突检测。本发明专利技术由粗到精、逐步排除的空域冲突检测，能够快速判定空域与地形、空域之间的冲突情况，具有模型适应性好、计算量小、可操作性强等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种空域冲突的快速检测方法
本专利技术涉及一种对空域与地形及空域之间的冲突检测方法，属于空中交通管理中的空域管理领域。
技术介绍
军民航领域传统的飞行冲突检测主要以航空器为研究对象，以航路航线飞行为研究场景，根据已有飞行计划和航迹预测方法，对航空器与航空器之间、多架航空器之间进行距离和时间的冲突检测，对在四维空间(横向、侧向、垂直、时间)中的相对位置不符合间隔标准的情况进行预判和告警。主要包括计划阶段和计划执行阶段，计划阶段是以飞行计划为依据，通过地面或机载雷达探测，利用四维航迹预测技术，根据航空器经过各个航路点的预计时间、预计速度和预计高度，对航空器之间的位置关系进行计算，根据预判的冲突倒推，对飞行计划进行及时调整。在计划执行阶段，受各种动态因素影响会造成航迹偏差或计划变更，需要以当前位置为初始点进行下一航路点的迭代预测，对未来一段时间内的冲突进行快速判断。虽然对航空器冲突探测与解脱的研究已经较为成熟，算法方面主要包括遗传算法、神经网络及非结构网格生成等，但缺乏对以空域为对象的冲突检测研究。现有的研究中一般将空域的平面投影建模为多边形，在计算几何及计算机图形学中，对点与多边形、线与多边形及任意多边形求交进行了深入研究，任意多边形之间求交主要采用weiler算法的树形结构、双向链表、shamos算法和O’Romke算法，虽然以上算法能够较好的判定两个平面多边形之间的位置关系，但空域是具有时间属性和高度范围的立体结构，单纯的平面判定方法对空域使用冲突的检测并不适用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种空域冲突的快速检测方法。本专利技术公开了一种空域冲突的快速检测方法，包括以下步骤：步骤1，对空域规划边界点进行WGS-84坐标系(B,L,H)到平面直角坐标系(X,Y,Z)的转换，简化空域建模复杂度；步骤2，设置空域属性标签，规划空域形状包括多边形空域、圆形空域以及空域扇形；步骤3，对地形及空域的平面投影进行边界模板建模，包括对地形进行结构建模和空域属性建模；步骤4，遍历所有待检测空域，进行两两之间的空域冲突检测，包括如下步骤：步骤41：时域冲突检测，针对空域的时间属性，为待检测空域设置时间范围标签，通过比较激活时间标签判断两个空域是否存在时域冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤42；步骤42：高度范围冲突检测，针对空域的空间属性，为待检测空域设置高度范围标签，通过比较高度范围判断两个空域的是否存在高度冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤43；步骤43：对空域的平面投影建立外切矩形模板，通过比较直角坐标系中矩形坐标点之间的大小关系判断矩形模板的位置关系是否存在冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤44；步骤44：采用多边形求交算法对边界模板存在冲突的空域行结构冲突检测，返回本次冲突检测结果，转入步骤41。本专利技术坐标转换方法如下：式中，N为酉圈曲率半径，e为地球第一偏心率。3、根据权利要求2所述的一种空域冲突的快速检测方法，其特征在于，步骤2中：多边形空域属性标签如下：n为多边形顺序标号的最后一个坐标点标号，圆形空域和扇形空域属性标签相同，形式如下：本专利技术步骤3中，对地形进行结构建模包括：设地形高度边界模板的尺寸为：长*宽*高＝a*b*c，建立地形平面投影图形的外切矩形尺寸为：长*宽＝x*y，ni,nj∈N+，将外切矩形建模为ni×nj个边界模板投影组成的图形；对每个边界模板的平面投影命名为Mk,h，其中k表示行号，h表示列号，高度建模即为确定能涵盖此地形高度的模板高度；空域属性建模包括：对上步骤中地形建模完成后的各边界模板空域单元进行空域属性建模，对每一个分割后的地形单元进行标号，赋予空域的时间和空间属性，时间属性为空域的激活时间段，空间属性是空域的位置和高度。本专利技术步骤41包括：比较两空域属性标签中的激活开始时间和激活结束时间，时间冲突包括三种类型：(1)两空域有部分使用时段重叠；(2)一个空域的使用时段完全被包含在另一空域的使用时段内；(3)两空域的使用时段虽无重叠，但两空域激活时间段间隔小于阈值Δt，也判断为两空域存在时间冲突，阈值Δt的大小由空域属性决定。本专利技术步骤42包括：比较两空域属性标签中的最低高度和最高高度，高度冲突包括三种类型：(1)两空域有部分高度范围重叠；(2)一个空域的高度范围完全被包含在另一空域的高度范围内；(3)即两空域的高度范围虽无重叠，但两空域高度层的间隔小于阈值Δh，也视为两空域存在高度冲突，阈值Δh的大小由空域属性决定。本专利技术步骤43中采用几何边界模板冲突检测方法：针对空域的空间属性，为规划空域的平面投影建立外切矩形，在直角坐标系当中，假设空域1顶点坐标为(x1，y1)、(x1，y2)、(x2，y1)、(x2，y2)，空域2顶点坐标为(x1’，y1’)、(x1’，y2’)、(x2’，y1’)、(x2’，y2’)；如果x1≤xi’≤x2且y1≤yj’≤y2，其中i,j∈{1,2}，则判定两矩形模板存在重叠，即两个空域存在冲突。本专利技术步骤44中，在进行多边形几何结构冲突检测时，通过计算两个多边形的交，得出两多边形的重叠区域，采用射线法和边交点法判断冲突；射线法：通过从一空域边界点向另一空域做水平射线，如果另一多边形交点数为1，则判断该点在另一空域范围内或在空域边线上，如果与另一多边形的交点数为0或2，则判断该点在另一空域范围外；对该空域所有点进行循环判定，若所有点都在另一空域范围外，则无重叠，返回空域检测结果，否则利用边交点法继续对两空域重叠区域进行求解；边交点法：通过建立空域各条边界线直角坐标系中的几何学公式表示方法，即可通过联立方程组的方法求得图形交点，得出交点后命名，按照编号从小到大顺时针围成的封闭图形即为重叠区域。本专利技术公开了空域冲突的快速检测流程，用于检测空域与地形及空域之间的冲突情况。通过对空域的属性拆分，采用“由粗到精，逐步排除”的方法，不断缩小冲突检测的范围，通过对地形进行结构及空域属性建模，将其视为一类特殊空域，简化冲突检测种类和流程。本专利技术的优势在于：(1)模型适应性好，对地形冲突和空域冲突统一建模、统一了检测流程；(2)算法复杂度低，降低了对计算机硬件的性能要求。因此本专利技术特别适用于以空域为对象的冲突检测。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为本专利技术方法的流程图。图2为本专利技术方法地形结构建模俯视图。图3为本专利技术方法地形建模示意图。图4a～图4c为本专利技术方法时域冲突示意图。图5a～图5c为本专利技术方法高度范围冲突示意图。图6a～图6c为本专利技术方法几何边界模板位置关系图。图7为本专利技术多边形空域属性标签示意图。图8a～图8b为本专利技术圆形空域属性标签示意图。图9a～图9b为本专利技术射线法示意图。图10为本专利技术边界点法示意图。具体实施方式本专利技术公开的一种空域冲突的快速检测方法，建立待检测地形与空域集合，进行坐标转换，设置空域属性标签，对地形进行结构建模和空域属性建模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空域冲突的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对空域规划边界点进行WGS‑84坐标系(B,L,H)到平面直角坐标系(X,Y,Z)的转换，简化空域建模复杂度；步骤2，设置空域属性标签，规划空域形状包括多边形空域、圆形空域以及空域扇形；步骤3，对地形及空域的平面投影进行边界模板建模，包括对地形进行结构建模和空域属性建模；步骤4，遍历所有待检测空域，进行两两之间的空域冲突检测，包括如下步骤：步骤41：时域冲突检测，针对空域的时间属性，为待检测空域设置时间范围标签，通过比较激活时间标签判断两个空域是否存在时域冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤42；步骤42：高度范围冲突检测，针对空域的空间属性，为待检测空域设置高度范围标签，通过比较高度范围判断两个空域的是否存在高度冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤43；步骤43：对空域的平面投影建立外切矩形模板，通过比较直角坐标系中矩形坐标点之间的大小关系判断矩形模板的位置关系是否存在冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤44；步骤44：采用多边形求交算法对边界模板存在冲突的空域行结构冲突检测，返回本次冲突检测结果，转入步骤41。...

【技术特征摘要】
1.一种空域冲突的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对空域规划边界点进行WGS-84坐标系(B,L,H)到平面直角坐标系(X,Y,Z)的转换，简化空域建模复杂度；步骤2，设置空域属性标签，规划空域形状包括多边形空域、圆形空域以及扇形空域；步骤3，对地形及空域的平面投影进行边界模板建模，包括对地形进行结构建模和空域属性建模；步骤4，遍历所有待检测空域，进行两两之间的空域冲突检测，包括如下步骤：步骤41：时域冲突检测，针对空域的时间属性，为待检测空域设置时间范围标签，通过比较激活时间标签判断两个空域是否存在时域冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤42；步骤42：高度范围冲突检测，针对空域的空间属性，为待检测空域设置高度范围标签，通过比较高度范围判断两个空域的是否存在高度冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤43；步骤43：对空域的平面投影建立外切矩形模板，通过比较直角坐标系中矩形坐标点之间的大小关系判断矩形模板的位置关系是否存在冲突，如果没有则结束本次空域冲突检测，否则转入步骤44；步骤44：采用多边形求交算法对边界模板存在冲突的空域行结构冲突检测，返回本次冲突检测结果，转入步骤41；步骤2中：多边形空域属性标签如下：n为多边形顺序标号的最后一个坐标点标号，圆形空域和扇形空域属性标签相同，形式如下：2.根据权利要求1所述的一种空域冲突的快速检测方法，其特征在于，坐标转换方法如下：式中，N为酉圈曲率半径，e为地球第一偏心率。3.根据权利要求2所述的一种空域冲突的快速检测方法，其特征在于，步骤3中，对地形进行结构建模包括：设地形高度边界模板的尺寸为：长*宽*高＝a*b*c，建立地形平面投影图形的外切矩形尺寸为：长*宽＝x*y，ni,nj∈N+，将外切矩形建模为ni×nj个边界模板投影组成的图形；对每个边界模板的平面投影命名为Mk,h，其中k表示行号，h表示列号，高度建模即为确定能涵盖此地形高度的模板高度；空域属性建模包括：对上步骤中地形建模完成后的各边界模板空域单元进行空域属性建模，对每一个分割后的地形单元进行标号，赋予空域的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯程，王犇，李云茹，徐琳，满青珊，贲伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32