一种空中交通防撞系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空中交通防撞系统及方法，用于航空领域。本发明专利技术提供的系统包括：空域模型构建模块：用于将每个航空器飞行过程划分不同管制空域，并构建所有航空器的空域模型；空域运行模型构建模块：用于通过Petri网对每个航空器的运行过程建模，并基于所述空域模型建立空域运行模型；防撞约束模型构建模块：用于根据预设的防撞规则和管制间隔，构建航空器防撞约束模型；防撞决策模块：用于将航行信息输入所述空域运行模型，根据所述防撞约束模型和防撞算法作出防撞决策，并生成对应的防撞控制指令。本发明专利技术解决了基于4D航迹运行空域中，出现的航空器相撞误警的问题，从而保障航空器的航行安全，同时，在保障安全的基础上，增加空域航空器的容量。

An Air Traffic Collision Avoidance System and Method

The invention discloses an air traffic collision avoidance system and method, which is used in the aviation field. The system provided by the invention includes: an airspace model building module: for dividing each aircraft flight process into different controlled airspace and constructing airspace models of all aircraft; an airspace operation model building module: for modeling the operation process of each aircraft through Petri nets, and building an airspace operation model based on the airspace model; and an anti-collision constraint model building module: It is used to construct aircraft anti-collision constraint model according to preset anti-collision rules and control intervals; anti-collision decision module: it is used to input navigation information into the airspace operation model, make anti-collision decision according to the anti-collision constraint model and anti-collision algorithm, and generate corresponding anti-collision control instructions. The invention solves the problem of aircraft collision false alarm in the airspace based on 4D track operation, so as to ensure the navigation safety of the aircraft, and at the same time, increases the capacity of the airspace aircraft on the basis of ensuring safety.

【技术实现步骤摘要】
一种空中交通防撞系统及方法
本专利技术涉及航空领域，尤其涉及一种空中交通防撞系统及方法。
技术介绍
在飞机航行时，为保障航行安全常需要用到防相撞系统，由于空中飞行的航空器众多，在这类防相撞系统中常会用到雷达管制和程序管制这两种，这两种管制方式可以确认飞机的相对位置，减少飞机相撞的可能，保障空中交通安全。但由于民航运输业的快速发展，空中交通已越来越拥挤，对防撞系统的准确度及预判能力有更高的要求。目前，基于时间因素的4D航迹运行技术已逐渐得到应用，即在原有的雷达管制和程序管制基础上，考虑航空器的4D航迹运行的空域。但由于4D航迹运行会使得航空器之间的管制间隔小于传统防撞系统设置的固定防撞间隔，这样会引起飞机相撞误报，导致机组人员操作出错带来严重的后果，难以保障航空器的航行安全。故，有必要提出一种基于4D航迹的能够保障空中交通安全的防撞系统
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种空中交通防撞系统及方法，能够保障空中交通安全在本专利技术实施例的第一方面，提供了一种空中交通防撞系统，包括：空域模型构建模块：用于根据航空器管制间隔的不同，将航空器飞行过程划分由基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域组成的全飞行空域，并通过离散化理论，构建航空器的空域模型；空域运行模型构建模块：用于通过Petri网对航空器在基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域中的运行过程建模，并基于所述空域模型建立空域运行模型；防撞约束模型构建模块：用于根据预设的防撞规则和管制间隔，构建航空器防撞约束模型；防撞决策模块：用于将航空器航行信息输入所述空域运行模型，根据所述防撞约束模型和防撞算法作出防撞决策，并生成对应的防撞控制指令。在本专利技术实施例的第二方面，提供了一种空中交通防撞方法，包括：根据航空器管制间隔的不同，将每个航空器飞行过程划分由基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域组成的全飞行空域，并通过离散化理论，构建所有航空器的空域模型；通过Petri网对航空器在基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域中的运行过程建模，并基于所述空域模型建立空域运行模型；根据预设的防撞规则和管制间隔，构建航空器防撞约束模型；将航空器航行信息输入所述空域运行模型，根据所述防撞约束模型和防撞算法作出防撞决策，并生成对应的防撞控制指令。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例中，通过划分不同空域构建航空器的运行模型，再根据管制间隔和防撞规则等知识，建立约束模型，最后根据运行模型和约束模型，获得决策指令。解决了基于4D航迹运行空域中，传统通过雷达管制和程序管制出现的航空器相撞误警的问题，避免接收到错误的操控指令，进而保障航空器的航行安全，同时，在保障安全的基础上，增加空域航空器的容量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的空中交通防撞系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例二提供的空中交通防撞系统的另一结构示意图；图3为本专利技术实施例三提供的空中交通防撞方法的结构示意图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种空中交通防撞系统及方法，用于保障航空器的航行安全。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例中一种空中交通防撞系统的结构示意图包括：空域模型构建模块110：用于根据航空器管制间隔的不同，将每个航空器飞行过程划分由基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域组成的全飞行空域，并通过离散化理论，构建所有航空器的空域模型；所述航空器为能在大气层进行可控飞行的飞行器，一般指飞机。所述管制间隔即航空器在整个航行过程中经过管制空域的不同，通常可划分为终端管制、雷达管制和程序管制。所述空域模型为每个航空器飞行经过的空域划分集合，根据空域划分的不同，可将每个航空器航行过程通过空域模型模拟表示出来。可选的，将每个航空器航行经过的空域构建为一个全飞行空域集合，其中，所述经过的空域包括基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域。可选的，所述将每个航空器航行经过的空域构建为一个全飞行空域集合还包括：定义空域边界线集合，并通过所述空域边界线对每个航空器全飞行空域进行划分。空域运行模型构建模块120：用于通过Petri网对航空器在基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域中的运行过程建模，建立空域运行模型；所述Petri网常用于描述异步、并发的计算机系统模型，一般由库所、变迁、有向弧及令牌等元素组成。通过Petri网可以描述在各空域内，所有航空器的状态信息。防撞约束模型构建模块130：用于根据预设的防撞规则和管制间隔，构建航空器防撞约束模型；所述防撞规则即通常防止飞机相撞制定的规则，可以是通用规则，例如，航路权：在保证安全的情况下实行右侧通行权。还可以是临时制定的可行规则等等。所述管制间隔为保障航空器安全飞行，与地面障碍物，以及航空器之间的间隔距离，可包括：垂直间隔、尾流间隔、横向间隔与纵向间隔等。所述防撞约束模型为在各空域中，两个航空器达到相撞条件下进行调整应当满足的约束条件集合，一般可结合航向、边界阈值管制间隔等，具体可根据防撞规则及管制间隔知识等来设定，而且由于空域、航空器类型与性能的不同，其设定的约束条件也可以不同。可选的，所述防撞约束模型构建模块130具体包括：设定单元：用于在预定空域内，根据检测到的两个航空器之间飞行方向的角度，将管制间隔和防撞规则设定为约束条件。防撞决策模块140：用于将航空器航行信息输入所述空域运行模型，根据所述防撞约束模型和防撞算法作出防撞决策，并生成对应的防撞控制指令。所述航行信息一般至少包括航空器位置、航空器方向等，所述防撞算法为所述防撞决策是指为避免航空器相撞而采取的飞行策略，可采取通用的防撞策略，如向左侧或向右侧飞行，也可以是向上方或向下方飞行。根据所述防撞策略，可以生成对应的飞行指令，所述飞行指令需要分别发送到对应的两个航空器上，优选的，所述防撞控制指令还应包括需要调整的飞行参数。可选的，所述防撞决策模块140包括：判定单元：用于根据所述航空器的航行信息和所述防撞约束模型，判定所述航空器的相撞状态；获取单元：用于根据所述航空器的相撞状态和相撞的航空器之间飞行方向，获取对应的防撞操控指令；执行单元：用于相撞的航空器分别执行对应的防撞操控指令。为便于理解，根据图1所描述的实施例，下面以一个实际应用场景对本专利技术实施例中的一种空中交通防撞方法进行描述：首先，将每架飞机的全飞行空域定义为Q，每个管制空域的边界线集合为L，其中L＝{l1,l2,···,li}，如图2中21表示空域类型，22表示边界线，通过离散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空中交通防撞系统，其特征在于，包括：空域模型构建模块：用于根据航空器管制间隔的不同，将每个航空器飞行过程划分由基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域组成的全飞行空域，并通过离散化理论，构建所有航空器的空域模型；空域运行模型构建模块：用于通过Petri网对每个航空器在基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域中的运行过程建模，并基于所述空域模型建立空域运行模型；防撞约束模型构建模块：用于根据预设的防撞规则和管制间隔，构建航空器防撞约束模型；防撞决策模块：用于将空器航行信息输入所述空域运行模型，根据所述防撞约束模型和防撞算法作出防撞决策，并生成对应的防撞控制指令。

【技术特征摘要】
1.一种空中交通防撞系统，其特征在于，包括：空域模型构建模块：用于根据航空器管制间隔的不同，将每个航空器飞行过程划分由基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域组成的全飞行空域，并通过离散化理论，构建所有航空器的空域模型；空域运行模型构建模块：用于通过Petri网对每个航空器在基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域中的运行过程建模，并基于所述空域模型建立空域运行模型；防撞约束模型构建模块：用于根据预设的防撞规则和管制间隔，构建航空器防撞约束模型；防撞决策模块：用于将空器航行信息输入所述空域运行模型，根据所述防撞约束模型和防撞算法作出防撞决策，并生成对应的防撞控制指令。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述构建所有航空器的空域模型具体为：将每个航空器航行经过的空域构建为一个全飞行空域集合，其中，所述经过的空域包括基于4D航迹运行终端管制空域、雷达管制空域和程序管制空域。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述将每个航空器航行经过的空域构建为一个全飞行空域集合还包括：定义空域边界线集合，并通过所述空域边界线对每个航空器全飞行空域进行划分。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述防撞约束模型构建模块包括：设定单元：用于在预定空域内，根据检测到的两个航空器之间飞行方向的角度，将管制间隔和防撞规则设定为约束条件。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述防撞决策模块包括：判定单元：用于根据所述航空器的航行信息和所述防撞约束模型，判定所述航空器的相撞状态；获取单元：用于根据所述航空器的相撞状态和相撞的航空器之间飞行方向，获取对应的防撞操控指令；执行单元：用于相撞的航空器分别执行对应的防撞操...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖勇，陈平，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42