一种空管自动化系统标牌避让的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空管自动化系统标牌避让的方法，包括对航迹信息设置重叠检测与显示要素的自动避让优先级策略；建立基于管制偏好信息与显示要素避让成本的处理机制；根据所述自动避让优先级策略和处理机制获得最优避让方案，按照最优避让方案执行避让操作；本发明专利技术标牌避让方法和系统适合实时大批量动态目标标牌避让，能够从多个显示要素产生的多种避让方案中，选取最佳的避让策略，有效解决了传统方法导致标牌频繁跳动的问题，提高了管制员目标跟踪识别度。并且在避让方案计算中考虑管制实际操作及个性化偏好参数，人机交互更加友好，避让效果更人性化贴近管制员实际人工拖动标牌效果，适于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种空管自动化系统标牌避让的方法及系统
本专利技术涉及空中交通管制
，具体而言，为一种空管自动化系统标牌避让的方法。
技术介绍
空中交通管制自动化系统(AirTrafficControlSystem以下简称ATC系统)是供空中交通管制员实时掌握空中飞行态势、实施空中交通管制的最重要技术工具。管制员通过与ATC系统的交互实现对空中交通的指挥，其中飞机标牌携带着飞机的基本信息(包括识别号、航班号、告警信息、状态信息等)，是整个管制系统操作界面的重要组成部分，若标牌出现重叠会严重影响管制员的正确判断，降低管制系统的效率。目前已有很多国内外学者在标牌避让算法方面做了很多研究，但绝大部分都是针对静止目标标牌避让的，传统的标牌避让技术方案包括如下几种：1、基于模拟退火算法，该方法仅研究静态目标标牌的避让，且该方法一味侧重避让不适用于当前大批量实时动目标场景，同时该方法计算量较大难以满足高更新率的ATC管制运行活动要求。2、还有一种基于相互作用力(force-directed)的标牌避让方法；该方法思想是将对象看作一个个粒子，根据粒子的同性相斥异性相吸的物理特性，以达到标牌不重叠的目的；但该方法也仅限对静态目标的研究；实时动态目标操作性未进行分析验证。3、基于MWF的网格法标牌避让方法；该方法将整个屏幕切分成一个个网格，每个网格赋予权重，然后使用搜索算法计算标牌的最佳位置；该方法计算量巨大，且极占内存，影响实时性能。上述传统标牌避让技术中，侧重于静态目标的研究，且计算量巨大，不适用于较大空域范围内高更新率的实时动态目标；且侧重于标牌一味避让，未考虑航迹各显示要素优先级及管制员实际操作偏好等因素造成标牌频繁跳动，造成管制员跟踪与识别航迹标牌困难，不利于管制员的指挥。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术旨在提供一种新的空管自动化系统标牌避让的方法，能实现大范围空域内实时动态目标航迹标牌信息依规则有序避让；改善大批量实时航迹情况下航迹信息的重叠显示问题，提高航迹的跟踪与辨识度，增强管制员的实时决策能力及管制效率。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种空管自动化系统标牌避让的方法，包括：对航迹信息设置重叠检测与显示要素的自动避让优先级策略；建立基于管制偏好信息与显示要素避让成本的处理机制；根据所述自动避让优先级策略和处理机制获得最优避让方案，按照最优避让方案执行避让操作。进一步的，上述的空管自动化系统标牌避让的方法中，所述重叠检测采用包围盒算法，计算显示要素之间是否发生重叠；所述显示要素的自动避让优先级至少包括航迹标牌、标杆、速度矢量线、航迹符号以及历史点迹的避让优先级：(1)航迹标牌不能和其它经人工拖动的标牌重叠；(2)航迹标牌不能和其它经人工拖动的标杆交叉；(3)航迹标牌不能和其它航迹的航迹符号或历史点迹重叠；(4)航迹标牌不能和其它航迹标牌重叠；(5)航迹标杆不能和其它航迹标杆交叉；(6)航迹标杆不能和其它航迹标牌交叉；(7)航迹标牌不能和其他航迹的速度矢量线交叉；(8)航迹标杆不能和本航迹的航迹符号或历史点迹交叉。(9)航迹标杆不能和其它航迹的航迹符号或历史点迹交叉；(10)航迹标杆不能和本航迹速度矢量线交叉；(11)航迹标杆不能和其它航迹的速度矢量线交叉。进一步的，上述的空管自动化系统标牌避让的方法中，所述建立基于管制偏好信息与显示要素避让成本的处理机制包括：S1.获取管制偏好信息和显示区域的航迹信息；S2.对显示区域的显示要素综合所述管制偏好信息预处理，得到初步偏好避让方案；S3.对所述初步偏好避让方案计算各显示要素避让成本；S4.根据计算结果确定最佳避让方案。进一步的，上述的空管自动化系统标牌避让的方法中，步骤S1.中包括：S11.获取管制员的标杆长度、标杆与速度矢量线夹角的偏好资料，将其按照权重优先级解析处理，得到标杆长度与角度偏好数据；S12.获取显示区域所有航迹的七元组信息；其中显示区域t时刻的航迹信息可使用七元组T:(p,h,v,H,l,a,Δ)表示；其中p表示t时刻航迹的位置，h表示t时刻航迹的航向，v表示t时刻的速度，H＝{pt-n,pt-n-1,…,pt-1}表示历史点迹，l表示t时刻标杆长度，a表示t时刻标杆与速度矢量线的夹角，Δ表示t时刻航迹标牌内容；通过一个七元组T可唯一确定t时刻该航迹在场景中的各显示要素位置及范围。进一步的，上述的空管自动化系统标牌避让的方法中，步骤S2.中包括：S21.对航迹七元组信息进行预处理：根据所述标牌操作信息设置标牌避让优先级及其覆盖权重；根据标牌操作信息去除隐藏标牌位置及范围；根据矢量线开关及设置参数计算矢量线位置及范围；S22.根据所述标牌位置及范围、矢量线位置及范围和/或管制操作及距显示中心的距离，对航迹信息进行分组；S23.对分组后的每个航迹遍历其所有有限的标杆长度与角度偏好，作为初步偏好避让方案。进一步的，上述的空管自动化系统标牌避让的方法中，步骤S3.中包括：定义避让成本C＝αCoverlap+βCangle+γClength+δCjitter；其中Coverlap表示当前航迹显示要素和其他航迹显示要素重叠成本，Cangle表示当前航迹标杆与矢量线角度优先级成本，Clength表示当前航迹标杆长度优先级成本，Cjitter表示当前航迹由于重复改变标牌避让策略的额外惩罚成本，其中α、β、γ、δ分别为各成本的权重系数。进一步的，上述的空管自动化系统标牌避让的方法中，当前航迹标杆与矢量线角度优先级成本Coverlap计算方法：根据所述显示要素自动避让优先级策略中，对于不同类型的显示要素重叠情况赋予不同的重叠成本，指导优先选择成本低的避让方案；重叠类型主要分为：标牌人工拖动标牌(Coverlap1)、标牌人工拖动标杆(Coverlap2)、标牌航迹符号(Coverlap3)、标牌标牌(Coverlap4)、标杆标杆(Coverlap5)、标牌标杆(Coverlap6)、标牌矢量线(Coverlap7)、标杆自身航迹符号或历史点迹(Coverlap8)、标杆其它航迹符号或历史点迹(Coverlap9)、标杆自身航迹矢量线(Coverlap10)、标杆其它航迹矢量线(Coverlap11)、无重叠(0),且各重叠类型间的重叠成本满足如下关系：Coverlap1＞Coverlap2＞Coverlap3＞Coverlap4＞Coverlap5＞Coverlap6＞Coverlap7＞Coverlap8＞Coverlap9＞Coverlap10＞Coverlap11。进一步的，上述的空管自动化系统标牌避让的方法中，当前航迹标杆与矢量线角度优先级成本Cangle计算方法：取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空管自动化系统标牌避让的方法，其特征在于，包括：/n对航迹信息设置重叠检测与显示要素的自动避让优先级策略；/n建立基于管制偏好信息与显示要素避让成本的处理机制；/n根据所述自动避让优先级策略和处理机制获得最优避让方案，按照最优避让方案执行避让操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种空管自动化系统标牌避让的方法，其特征在于，包括：
对航迹信息设置重叠检测与显示要素的自动避让优先级策略；
建立基于管制偏好信息与显示要素避让成本的处理机制；
根据所述自动避让优先级策略和处理机制获得最优避让方案，按照最优避让方案执行避让操作。


2.根据权利要求2所述的空管自动化系统标牌避让的方法，其特征在于，所述重叠检测采用包围盒算法，计算显示要素之间是否发生重叠；
所述显示要素的自动避让优先级至少包括航迹标牌、标杆、速度矢量线、航迹符号以及历史点迹的避让优先级：
(1)航迹标牌不能和其它经人工拖动的标牌重叠；
(2)航迹标牌不能和其它经人工拖动的标杆交叉；
(3)航迹标牌不能和其它航迹的航迹符号或历史点迹重叠；
(4)航迹标牌不能和其它航迹标牌重叠；
(5)航迹标杆不能和其它航迹标杆交叉；
(6)航迹标杆不能和其它航迹标牌交叉；
(7)航迹标牌不能和其他航迹的速度矢量线交叉；
(8)航迹标杆不能和本航迹的航迹符号或历史点迹交叉；
(9)航迹标杆不能和其它航迹的航迹符号或历史点迹交叉；
(10)航迹标杆不能和本航迹速度矢量线交叉；
(11)航迹标杆不能和其它航迹的速度矢量线交叉。


3.根据权利要求1所述的空管自动化系统标牌避让的方法，其特征在于，所述建立基于管制偏好信息与显示要素避让成本的处理机制包括：
S1.获取管制偏好信息和显示区域的航迹信息；
S2.对显示区域的显示要素综合所述管制偏好信息进行预处理，得到初步偏好避让方案；
S3.对所述初步偏好避让方案计算各显示要素避让成本；
S4.根据计算结果确定最佳避让方案。


4.根据权利要求3所述的空管自动化系统标牌避让的方法，其特征在于，步骤S1.中包括：
S11.获取管制员的标杆长度、标杆与速度矢量线夹角的偏好资料，将其进行解析处理，得到标杆长度与角度偏好数据；
S12.获取显示区域所有航迹的七元组信息；其中显示区域t时刻的航迹信息可使用七元组T:(p,h,v,H,l,a,Δ)表示；
其中p表示t时刻航迹的位置，h表示t时刻航迹的航向，v表示t时刻的速度，H＝{pt-n,pt-n-1,…,pt-1}表示历史点迹，l表示t时刻标杆长度，a表示t时刻标杆与速度矢量线的夹角，Δ表示t时刻航迹标牌内容；通过一个七元组T可唯一确定t时刻该航迹在场景中的各显示要素位置及范围。


5.根据权利要求4所述的空管自动化系统标牌避让的方法，其特征在于，步骤S2.中包括：
S21.对航迹七元组信息进行预处理：
根据所述标牌操作信息设置标牌避让优先级及其覆盖权重；
根据标牌操作信息去除隐藏标牌位置及范围；
根据矢量线开关及设置参数计算矢量线位置及范围；
S22.根据所述标牌位置及范围、矢量线位置及范围和/或管制操...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春波，周自力，侯昌波，唐亚军，李明翔，王松，莫飞，
申请(专利权)人：成都民航空管科技发展有限公司，中国民用航空总局第二研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51