一种基于区块链的多机场时隙交换系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于区块链的多机场时隙交换系统和方法，属于机场时隙分配技术领域。针对现有技术中存在的机场时隙管理无法去中心化管理，需要人工协调，管理效率低，无法面对复杂情况等问题，本发明专利技术提供了一种时隙交换系统，包括底层基础模块、交换容器和Web应用层，底层基础模块进行物理层与信息层的耦合，交换容器基于区块链实现时隙交换，Web应用层用于不同用户间协同交互；时隙交换时先判断是否符合交换规则，基于区块链技术进行时隙交换，实现多方实时共享信息和业务协同，高效利用时隙资源，提升各利益相关方的协同能力，提高时隙资源的利用率，减少航班延误，提高管理效率。提高管理效率。提高管理效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的多机场时隙交换系统和方法


[0001]本专利技术涉及机场时隙分配
，更具体地说，涉及一种基于区块链的多机场时隙交换系统和方法。

技术介绍

[0002]长三角正处产业转型升级、城镇结构化关键时期，地区航空需求持续高速增长。华东地区空域面积占全国十分之一，却管理着全国近三分之一的航班量，空中交通异常繁忙。华东地区机场密度又是全国最大的，分布有上海浦东和虹桥、杭州萧山、南京禄口、青岛流亭、厦门高崎等多座大型机场，而且中小机场航班增量迅猛，其他空域用户在华东地区的活动也是最频繁的。空域资源的短缺，直接影响着长三角民航运输业的发展。而对有限的时隙资源进行合理的利用可以大量减少航班延误，提高经济与社会效益。随着长三角民航运输业持续高速增长，空中交通异常繁忙。而对有限的时隙资源进行科学管理显得尤为必要。
[0003]区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，其本质上是一个去中心化的分布式账本数据库。去中心化的分布式存储带来公平与透明，让数据直接产生价值；信息的不可篡改、可追溯性带来安全与诚信，也让人与人之间变得更加互信。我国明确将区块链技术列为战略性前沿技术，积极鼓励发展区块链技术。目前区块链技术应用场景广泛，如跨境支付、保险理赔、供应链管理、商品溯源、征信等，达到了提升效率和降低成本的目的，同时实现数据确权，促进信息共享。
[0004]随着长三角航空运输业的快速发展，空中交通日益拥挤，航班延误现象时有发生，给航空公司和旅客造成了一定的经济损失。地面等待策略(GHP)是在空域容量受限时，将空中等待转化为更经济、更安全的地面等待，其核心是在协同决策(CDM)机制下的时隙分配。
[0005]时隙交换是指航空公司通过有条件的出让一部分CDM系统初始分配的时隙资源，以向其他航空公司换取有利于自己的时隙资源。出于航空公司利益的考虑，航空公司会尽量减少延误成本高的航班的延误，这是航空公司时隙交换的主要动力。对于执行地面等待程序的航班来说，不同的航班的延误成本不一，且分配给航班的时隙直接影响到延误时间。对于航空公司来讲，同一个时隙对不同的航空公司的价值也不相同，因此航空公司就有了时隙交换的可能。另外航空公司也可能由于自身或机场保障等原因，无法满足初始分配的时隙，需要进行时隙交换。
[0006]然而，现有技术中，存在以下问题：
[0007]1、时隙交换高度依赖流量管理单位作为协调中心，单点依赖性高，无法去中心化管理，时隙交换也是集权式管理；
[0008]2、时隙交换虽然有一定的规则，但是全程需要流量管理单位点对点进行人工协调，缺少电子协同工具，效率低下；
[0009]3、受人工协调限制，时隙存在浪费的可能，也直接影响空管整体运行效率；
[0010]4、无法应对复杂场景，特别是面对复杂天气或多航班发起时隙交换时。
[0011]如中国专利申请一种多跑道进离场航班时隙协同分配的多目标优化方法，申请号
ZL201210331000.0，又如中国专利申请一种基于缓冲机制的航班时隙资源利用方法及对应系统，申请号ZL201811547373.5，从不同角度提出时隙分配方法，但目前为止并没有有效的对多机场时隙资源进行科学管理的方法。

技术实现思路

[0012]1.要解决的技术问题
[0013]针对现有技术中存在的机场时隙管理无法去中心化管理，需要人工协调，管理效率低，无法面对复杂情况等问题，本专利技术提供了一种基于区块链的多机场时隙交换系统和方法，它可以实现多方实时共享信息和业务协同，高效利用时隙资源，提升各利益相关方的协同能力，提高时隙资源的利用率，减少航班延误，提高管理效率。
[0014]2.技术方案
[0015]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0016]一种基于区块链的多机场时隙交换系统，包括底层基础模块、交换容器和Web应用层，底层基础模块与交换容器连接，交换容器还连接Web应用层，底层基础模块进行物理层与信息层的耦合，交换容器基于区块链实现时隙交换，Web应用层用于不同用户间协同交互；底层基础模块包括控制模块、信息采集与监控系统和时隙交换模块；交易容器包括智能合约、认证模块和交换模块；Web应用层包括Web交易平台、数据库和管理模块。
[0017]优选的，所述时隙交换模块包括时隙交换平台空管终端、时隙交换平台航司终端和时隙交换平台机场终端，所述交换模块包括区块链账本和区块链节点，时隙交换模块中各终端均与区块链账本和区块链节点连接。
[0018]优选的，所述智能合约包括时隙通证化、多方原子交换、时隙信息上链和数字签名授权。
[0019]优选的，所述上链主体包括航空公司、机场和流量管理单位。时隙交换信息通过共识机制打包，称为不可篡改的数据，链接到航空公司、机场和流量管理单位。系统中，每一个区块都会收到与航班时刻有关的信息，其中包括航空公司的名称，起降机场和COBT/CTOT等，只有授权人员才能在块中读取或写入数据。作为交易，输入的数据需要通过网络验证(网络共识)，所以区块链中的每一方输入网络的信息内容都需要经过信息提供者的审核同意。
[0020]优选的，所述时隙交换系统与民航决策系统连接。时隙交换系统与民航决策系统(CDM)连接，通过民航决策系统获取信息流，无需单独建设系统，应用十分方便。
[0021]一种基于区块链的多机场时隙交换方法，使用所述的一种基于区块链的多机场时隙交换系统，具体包括以下步骤：航空公司发出时隙交换请求，民航决策系统判断该请求是否合理，判断合理的时隙信息进入民航决策系统中可交换时隙航班列表；航空公司根据可交换时隙航班列表中时隙信息发送二次交换请求，民航决策系统判断二次请求是否符合时隙交换规则，符合交换规则即进入区块链时隙交换平台，由民航决策系统确认交换方案可行性，方案可行则交换成功，时隙交换成功后更新民航决策系统。若交换请求不合理，或CDM系统判断请求不符合交换规则，则时隙交换失败，流程结束。其中区块链技术应用在时隙交换管理过程中，保证各方共享信息，以及数据不可篡改。
[0022]优选的，航空公司、机场和流量管理单位均可以发送时隙交换请求。每一个数据上
链主体都可以发送时隙交换请求，一般来说，机场和航空公司的请求次数有限，一个航班只允许交换两次，流量管理单位可进行多次交换。
[0023]优选的，多机场时隙交换时，机场间共享时隙排序列表和排班优先列表，时隙排序列表为航空公司发送时隙交换请求时共享数据，排班优先列表为航空公司完成时隙交换后更新排班优先列表。
[0024]优选的，航空公司在时隙交换完成后的延误成本E(A
k
)的函数为：
[0025][0026]约束条件：
[0027]E(A
k
)≥0
[0028][0029]上式中，A表示执行地面等待程序的航空公司集合，F表示执行地面等待程序的航班集合，f∈F；S表示执行地面等待程序的可用时隙集合，s∈S；n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的多机场时隙交换系统，其特征在于，包括底层基础模块、交换容器和Web应用层，底层基础模块与交换容器连接，交换容器还连接Web应用层，底层基础模块进行物理层与信息层的耦合，交换容器基于区块链实现时隙交换，Web应用层用于不同用户间协同交互；底层基础模块包括控制模块、信息采集与监控系统和时隙交换模块；交易容器包括智能合约、认证模块和交换模块；Web应用层包括Web交易平台、数据库和管理模块。2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的多机场时隙交换系统，其特征在于，所述时隙交换模块包括时隙交换平台空管终端、时隙交换平台航司终端和时隙交换平台机场终端，所述交换模块包括区块链账本和区块链节点，时隙交换模块中各终端均与区块链账本和区块链节点连接。3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的多机场时隙交换系统，其特征在于，所述智能合约包括时隙通证化、多方原子交换、时隙信息上链和数字签名授权。4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的多机场时隙交换系统，其特征在于，所述上链主体包括航空公司、机场和流量管理单位。5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的多机场时隙交换系统，其特征在于，所述时隙交换系统与民航决策系统连接。6.一种基于区块链的多机场时隙交换方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任意一项所述的一种基于区块链的多机场时隙交换系统，具体包括以下步骤：航空公司发出时隙交换请求，民航决策系统判断该请求是否合理，判断合理的时隙信息进入民航决策系统中可交换时隙航班列表；航空公司根据可交换时隙航班列表中时隙信息发送二次交换请求，民航决策系统判断二次请求是否符合时隙交换规则，符合交换规则即进入区块链时隙交换平台，由民航决策系统确认交换方案可行性，方案可行则交换成功，时隙交换成功后更新民航决策系统。7.根据权利要求6所述的一种基于区块链的多机场时隙交换方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑亦斌，蔡明，钱江，
申请(专利权)人：中国民用航空华东地区空中交通管理局，
类型：发明
国别省市：