一种应用于自由航路空域的自主航迹规划与冲突解脱方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种应用于自由航路空域的自主航迹规划与冲突解脱方法及装置，涉及空中交通管理与规划技术领域，为空管人员提供了合理的辅助措施。本发明专利技术包括：获取空域状态数据和航空器运行数据；利用所述空域状态数据，对空域进行基于元胞的离散化处理；利用基于元胞的空域离散状态，获取预先规划结果，所述预先规划结果包括：满足限制区约束的路径；利用所述预先规划结果和所述航空器运行数据，获取潜在冲突数据，并根据所述潜在冲突数据，获取航迹冲突解脱方案。本发明专利技术适用于空中交通管理与规划。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于自由航路空域的自主航迹规划与冲突解脱方法及装置
本专利技术涉及空中交通管理与规划
，尤其涉及一种应用于自由航路空域的自主航迹规划与冲突解脱方法及装置。
技术介绍
目前，世界范围内空中交通系统正处于全面转型升级阶段，以应对不断增长的飞行需求、复杂庞大的体系结构和多元多变的运行环境。为了缓解日益增长的运输总量与日趋饱和的空域容量间的矛盾，基于航迹运行与自由航路空域概念应运而生。我国也于2019年发布了基于我国空情的基于航迹运行概念。基于航迹运行的应用得益于星基导航与监视技术的发展以及四维飞行管理系统的完善，这同时也促进了管制员与飞行员情景意识的共享。然而，在高密度条件下的基于航迹的自由航线运行中，管制员工作负荷成为制约空域容量进一步提升的关键因素。尤其是在部分空域受限的情况下，航空器冲突的不确定性，往往会引发连锁反应，导致管制员工作负荷爆发式增长，从而大幅增加运行风险。因此，如何合理提高管制员工作中的自动化程度，并提供合理的辅助措施，成为了目前业内主要的研究方向。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种应用于自由航路空域的自主航迹规划与冲突解脱方法及装置，为空管人员提供了合理的辅助措施，缓减了自主航迹运行下的人机认知同步问题。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术的实施例提供的方法，包括：获取空域状态数据和航空器运行数据；利用所述空域状态数据，对空域进行基于元胞的离散化处理；利用基于元胞的空域离散状态，获取预先规划结果，所述预先规划结果包括：满足限制区约束的路径；利用所述预先规划结果和所述航空器运行数据，获取潜在冲突数据，并根据所述潜在冲突数据，获取航迹冲突解脱方案。第二方面，本专利技术的实施例提供的装置，包括：航迹预先规划模块，用于利用所述空域状态数据，对空域进行基于元胞的离散化处理；并利用基于元胞的空域离散状态，获取预先规划结果，所述预先规划结果包括：满足限制区约束的路径；航迹冲突处理模块，用于利用所述预先规划结果和所述航空器运行数据，获取潜在冲突数据，并根据所述潜在冲突数据，获取航迹冲突解脱方案。本实施例中，通过采集包含限制区信息的空域实时状态信息，并对空域进行基于元胞的离散化处理，对空域元胞进行状态分类，根据离散化后的空域状态，构建基于可视图的预先航迹可行网络图，通过路径搜索算法获取满足限制区约束的最优路径，实现航迹快速预先规划；采集航空器实时运行参数，根据连续飞行动力学与航迹计划预测航空器未来航迹，对航空器相对位置进行分类，并在此基础上进行局部冲突探测，对探测到的潜在冲突，搜索满足约束的改航航迹，对当前约束下无可行解的航空器，推迟其后续航迹点受控到达时间，最终实现实时自主航迹冲突探测解脱。本专利技术适用于空中交通管理，为空管人员提供了合理的辅助措施，缓减了自主航迹运行下的人机认知同步问题。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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于元胞的空域离散化模型图；图2为本专利技术实施例提供的元胞主要位置点模型图；图3为本专利技术实施例提供的基于可视图的预先航迹可行网络模型图；图4为本专利技术实施例提供的航空器实时位置更新模型图；图5为本专利技术实施例提供的局部冲突探测模型图；图6为本专利技术实施例提供的两航空器相对位置关系模型图；图7为本专利技术实施例提供的基于可达时空域的改航优化模型图；图8为本专利技术实施例提供的潜在改航区范围拓展模型图；图9为本专利技术实施例提供的改航优化模型算法流程图；图10为本专利技术实施例提供的方案逻辑的拓扑示意图；图11为本专利技术实施例提供的系统架构示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。本实施例的主要设计思路在于：采集包含限制区信息的空域实时状态信息，并对空域进行基于元胞的离散化处理，对空域元胞进行状态分类。采集航空器实时运行参数，根据连续飞行动力学与航迹计划预测航空器未来航迹，对航空器相对位置进行分类，并在此基础上进行局部冲突探测，对探测到的潜在冲突，搜索满足约束的改航航迹，对当前约束下无可行解的航空器，推迟其后续航迹点受控到达时间，最终实现实时自主航迹冲突探测解脱。本实施例方案的大致逻辑设计如图10所示，基于可达时空域的航迹规划方法主要分为两个部分：一：自主航迹快速预先规划部分，该部分实施于航空器进入空域之前(即将进入空域时)，其中模型包含了基于元胞的空域离散化模型、元胞主要位置点模和基于可视图的预先航迹可行网络模型；二：实时自主航迹冲突探测解脱部分，该部分实施于航空器在空域中的实时运行阶段，其中模型包含了航空器实时位置更新模型、局部冲突探测模型、两航空器相对位置关系模型、基于可达时空域的改航优化模型和潜在改航区范围拓展模型。为了便于理解方案，可以将逻辑流程划分为S1-S5环节：S1.采集包含限制区信息的空域实时状态信息，并对空域进行基于元胞的离散化处理，对空域元胞进行状态分类。其中，通过空管通信、导航、监视系统，依托“空-地”共享的空域数据，特别是限制区的位置和几何模型，根据空域是否受限(因恶劣天气、军事活动等影响导致不可飞行)，对空域元胞进行分类，构建空域离散化模型，并推导元胞主要位置点模型。S2.构建基于可视图的预先航迹可行网络图，通过路径搜索算法获取满足限制区约束的最优路径，完成航本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于自由航路空域的自主航迹规划与冲突解脱方法，其特征在于，包括：/n获取空域状态数据和航空器运行数据，其中，所述空域状态数据包括：空域内限制区的边界坐标、占用高度和占用时间，所述航空器运行数据至少包括：航空器的位置坐标、航向和航速；/n利用所述空域状态数据，对空域进行基于元胞的离散化处理；/n利用基于元胞的空域离散状态，获取预先规划结果，所述预先规划结果包括：满足限制区约束的路径；/n利用所述预先规划结果和所述航空器运行数据，获取潜在冲突数据，并根据所述潜在冲突数据，获取航迹冲突解脱方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于自由航路空域的自主航迹规划与冲突解脱方法，其特征在于，包括：
获取空域状态数据和航空器运行数据，其中，所述空域状态数据包括：空域内限制区的边界坐标、占用高度和占用时间，所述航空器运行数据至少包括：航空器的位置坐标、航向和航速；
利用所述空域状态数据，对空域进行基于元胞的离散化处理；
利用基于元胞的空域离散状态，获取预先规划结果，所述预先规划结果包括：满足限制区约束的路径；
利用所述预先规划结果和所述航空器运行数据，获取潜在冲突数据，并根据所述潜在冲突数据，获取航迹冲突解脱方案。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述空域状态数据，对空域进行基于元胞的离散化处理，包括：
根据空域的受限情况，对空域元胞进行分类；
根据分类结果，构建空域离散化模型，并获取元胞位置点模型。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用基于元胞的空域离散状态，获取预先规划结果，包括：
构建基于可视图的预先航迹可行网络图；
通过路径搜索算法在所述预先航迹可行网络图中，提取满足限制区约束的最优路径，并作为所述预先规划结果。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构建基于可视图的预先航迹可行网络图，包括：
通过所获取的元胞位置点模型，以航空器在空域中的进入点、出口点和限制区外边界点为备选航路点，构建基于可视图的预先航迹可行网络图。


5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述提取满足限制区约束的最优路径，包括：
利用所述预先航迹可行网络图，根据图中各点之间的实际距离为图中相应的边赋权，生成无向加权图，并通过Dijkstra算法从所述无向加权图中搜索得到最短路径。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述预先规划结果和所述航空器运行数据，获取潜在冲突数据，包括：
所述预先规划结果和所述航空器运行数据，构建航空器实时位置更新模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，陈雨童，张昊然，赵征，谢华，田文，张洪海，胡明华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32