空中交通冲突预警管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空中交通冲突预警管理系统，系统用于执行以下步骤：选择航空监测区域并将监测站点分布于航空监测区域内；在监测站点布设ADS‑B系统、雷达监测系统和卫星气象监测系统；监测系统并定时向飞行环境监测数据库中监测数据的汇总进行全局飞行环境数据库的构建；通过全局飞行环境数据库构建环境结果；以航空器为基础建立动态模型，通过将动态模型的当前状态映射到未来状态，以映射结果预测冲突是否会发生，得到预测结果；预测结果代入预设的冲突标准定义，以预设的参数标准将预测结果分为冲突探测和冲突解脱，预测到会发生冲突则结果为冲突探测，若预测到不会发生冲突则结果为冲突解脱；有效的实现实时监测空中交通冲突并进行及时预警。

【技术实现步骤摘要】
空中交通冲突预警管理系统
本专利技术涉及空中交通管理系统领域，具体是空中交通冲突预警管理系统。
技术介绍
近年来，通用航空得到了快速发展。公务飞行、商用飞行、空中游览、私人驾照培训，正受到越来越多人的青睐，有了足够大的市场需求。统计数字表明，目前全世界约有通用飞机33.6万架，从事通用航空活动的飞行员达70万名。因此，通用飞机在国家经济中起着非常重要的作用。在现行的空中交通管理系统下，航班计划的制定由航空公司完成，航空公司首要考虑的是航班计划的经济性和竞争力，关系到航班计划对空中交通安全性的并没有得到全面的、科学的评估。但随着空中交通需求的不断增长，对空域资源的需求增加，尤其是在基于四维航迹运行的背景下，允许航空器驾驶员在满足经过的航路点和各航路点到达时间的限制下自由地选择航迹，航迹选择自由度的增加给实时的航空器冲突探测与解脱工作带来了更大的挑战。所以，现在如何实时监测空中交通冲突并进行及时预警便成为空中交通管理系统领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术在监测空中交通时由于监测信息不全面反馈不及时的不足，提供了一种空中交通冲突预警管理系统，通过在系统中构建全局飞行环境数据库并及时综合航空器冲突的探测结果，有效的实现实时监测空中交通冲突并进行及时预警。本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：空中交通冲突预警管理系统，包括采用历史监测数据构建飞行环境监测数据库，所述飞行环境监测数据库中包括历史气象数据、历史地形数据和航空器性能数据，所述系统用于执行以下步骤：S1：选择航空监测区域并将监测站点分布于航空监测区域内；S2：在监测站点布设ADS-B系统、雷达监测系统和卫星气象监测系统；S3：监测系统进行24小时不间断监测，并定时向飞行环境监测数据库中进行一次监测数据的汇总以更新监测结果，并将更新后的监测结果传送到飞行环境监测数据库进行全局飞行环境数据库的构建；S4：通过全局飞行环境数据库构建环境结果；S5：以航空器为基础建立动态模型，通过将动态模型的当前状态映射到未来状态，以映射结果预测冲突是否会发生，得到预测结果；S6：将预测结果代入预设的冲突标准定义，以预设的参数标准将预测结果分为冲突探测和冲突解脱，若预测到会发生冲突则结果为冲突探测，若预测到不会发生冲突则结果为冲突解脱；S7：若结果为冲突探测则发出冲突预警，若结果为冲突解脱则将结果返回环境结果中并重复S5～S6的步骤。现有技术中通常采用即时监测即时分析的方式得到航空环境的监测结果并给出相应的预测，但是这样的方式对监测站点的依赖过重，若监测站点的设备出现故障，或是监测站点与站点附近的环境发生较大的突然变化，这种监测的方式不能及时的做出响应，并且监测站点的覆盖范围有限，仅凭借监测站点的数据不足以支持进行全区域内的空气质量结果分析和预测，得到的结果也会存在较大的误差，所以如何在系统中不过度依赖监测站点便成为空中冲突预警的关键，本专利技术中通过历史数据先构建一个初始的飞行环境监测数据库，并通过不断采集新的数据与历史数据进行比对校正，充实数据库，当监测数据与数据库中数据出现偏差时，即系统平均误差小于期望值时，会及时提取数据进行再比对，直到该数据被数据库认可，达到增加数据库的目的，如果是测量错误，便会省略掉该数据，同时监测数据识别率大于期望值的情况下，也会对数据库进行补充，在本专利技术中，监测的数据包括气象数据、地形数据和航空器性能数据，通过环境和航空器本身的数据，能够全方位立体的对空中冲突进行实时的预测，而通过卫星气象接收数据，能够有效地判断飞行环境变化的趋势，这样能够在有效地分析航空器飞行环境的基础上还对飞行环境的变化趋势做出有效预测，通过全局飞行环境数据库的大数据材料和全方位的监测数据，能够做出更加准确的空中冲突预测，并且通过有效的判断冲突以及冲突解脱的过程，能够有效的实现实时监测空中交通冲突并进行及时预警，本专利技术中预设冲突标准时以相应的行业标准为基础，结合飞行环境监测数据库的数据制定，以保障在执行该标准时航空器的冲突不会发生。进一步的，所述全局飞行环境数据库的构建包括以下步骤：S3.1：将飞行环境监测数据库的网络初始化得到含历史数据的初始数据库，并设置两个控制空气质量监测数据库增长的指标值：系统平均误差和监测结果识别率；S3.2：将采集到的监测结果送入初始数据库的网络中，预设对比次数，在预设的比对次数内，判断初始数据库网络是否有收敛趋势，若网络不收敛，则在初始数据库的网络中添加一条能够消除必然误差的全局支路，及时调取监测数据进入新增支路并再次进行对比；若新增支路在对比后仍不收敛，再添加新支路，以此类推，直到添加某条支路时满足收敛条件，此时整个网络直到系统平均误差达到期望值，完成全局网络的扩展；若初始数据库的网络已经有收敛趋势，则不展开全局扩展，一直添加初始数据库的网络直到系统平均误差达到期望值；S3.3：全局飞行环境数据库构建结束后，若监测数据的识别率未达到期望值，则展开局部扩展，即添加一条能够消除必然误差的局部支路，固定原有全局数据库的网络结构，只添加新增能够消除必然误差的局部支路，直到监测数据的识别率达到期望值，结束全局网络的空气质量数据库的构建；全局飞行环境数据库构建结束后，若监测数据的识别率达到期望值，则不展开局部扩展，此时全局飞行环境数据库即为整个数据库网络；S3.4：在全局飞行环境数据库构建完成后，当新增监测数据时，在原数据库的基础上，添加新的能够消除必然误差的全局支路，按照步骤S3.1～步骤S3.3的方法对新增数据进行分析，即可完成全局飞行环境数据库的增加。在本专利技术中判断初始数据库网络收敛的标准为初始数据库网络在对比中趋同，而若对比结果不趋同则说明环境数据还在进行较大的变化，此时便进行再次对比，直至对比结果趋同，本专利技术中的系统平均误差为根据历史数据总结出的相应时间段的环境数据误差的平均值，检测结果识别率为根据历史数据综合的检测结果识别成功的概率，这样在有效避免了系统误差误差以及检测结果识别率带来的误差，而通过能够消除必然误差的局部支路的重复对比，能够有效的保障监测结果的准确性。进一步的，所述监测站点的布设按照地势的划分呈网格状分布。所述ADS-B系统、雷达监测系统和卫星气象监测系统内部均设有数据传输单元，所述监测结果传输至飞行环境监测数据库；所述飞行环境监测数据库接收所述监测结果并发送到全局飞行环境数据库中以提供整体数据展示。进一步的，所述监测站点包括底座，在底座的上方固定有支撑杆，支撑杆的上端固定有驱动机构，驱动机构的上方设有延伸杆，延伸杆的下端与驱动机构固定，其上端固定有下表面设有开口的保护罩，所述驱动机构的侧面设有监测元件架，所述监测元件架能够在驱动机构的驱动下转动到保护罩内。由于本专利技术所处环境一般为外部环境中，而要达到预警的目的，需要对抗较为恶劣的自然环境，而在对抗自然环境的过程中，监测站点的监测元件就不可避免会遭到损坏，所以本专利技术中的监测元件架能够在监测到极为恶劣环境时在驱动机构的作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.空中交通冲突预警管理系统，包括采用历史监测数据构建飞行环境监测数据库，所述飞行环境监测数据库中包括历史气象数据、历史地形数据和航空器性能数据，其特征在于，所述系统用于执行以下步骤：/nS1：选择航空监测区域并将监测站点分布于航空监测区域内；/nS2：在监测站点布设ADS-B系统、雷达监测系统和卫星气象监测系统；/nS3：监测系统进行24小时不间断监测，并定时向飞行环境监测数据库中进行一次监测数据的汇总以更新监测结果，并将更新后的监测结果传送到飞行环境监测数据库进行全局飞行环境数据库的构建；/nS4：通过全局飞行环境数据库构建环境结果；/nS5：以航空器为基础建立动态模型，通过将动态模型的当前状态映射到未来状态，以映射结果预测冲突是否会发生，得到预测结果；/nS6：将预测结果代入预设的冲突标准定义，以预设的参数标准将预测结果分为冲突探测和冲突解脱，若预测到会发生冲突则结果为冲突探测，若预测到不会发生冲突则结果为冲突解脱；/nS7：若结果为冲突探测则发出冲突预警，若结果为冲突解脱则将结果返回环境结果中并重复S5～S6的步骤。/n

【技术特征摘要】
1.空中交通冲突预警管理系统，包括采用历史监测数据构建飞行环境监测数据库，所述飞行环境监测数据库中包括历史气象数据、历史地形数据和航空器性能数据，其特征在于，所述系统用于执行以下步骤：
S1：选择航空监测区域并将监测站点分布于航空监测区域内；
S2：在监测站点布设ADS-B系统、雷达监测系统和卫星气象监测系统；
S3：监测系统进行24小时不间断监测，并定时向飞行环境监测数据库中进行一次监测数据的汇总以更新监测结果，并将更新后的监测结果传送到飞行环境监测数据库进行全局飞行环境数据库的构建；
S4：通过全局飞行环境数据库构建环境结果；
S5：以航空器为基础建立动态模型，通过将动态模型的当前状态映射到未来状态，以映射结果预测冲突是否会发生，得到预测结果；
S6：将预测结果代入预设的冲突标准定义，以预设的参数标准将预测结果分为冲突探测和冲突解脱，若预测到会发生冲突则结果为冲突探测，若预测到不会发生冲突则结果为冲突解脱；
S7：若结果为冲突探测则发出冲突预警，若结果为冲突解脱则将结果返回环境结果中并重复S5～S6的步骤。


2.根据权利要求1所述的空中交通冲突预警管理系统，其特征在于，所述全局飞行环境数据库的构建包括以下步骤：
S3.1：将飞行环境监测数据库的网络初始化得到含历史数据的初始数据库，并设置两个控制空气质量监测数据库增长的指标值：系统平均误差和监测结果识别率；
S3.2：将采集到的监测结果送入初始数据库的网络中，预设对比次数，在预设的比对次数内，判断初始数据库网络是否有收敛趋势，若网络不收敛，则在初始数据库的网络中添加一条能够消除必然误差的全局支路，及时调取监测数据进入新增支路并再次进行对比；若新增支路在对比后仍不收敛，再添加新支路，以此类推，直到添加某条支路时满足收敛条件，此时整个网络直到系统平均误差达到期望值，完成全局网络的扩展；若初始数据库的网络已经有收敛趋势，则不展开全局扩展，一直添加初始数据库的网络直到系统平均误差达到期望值；
S3.3：全局飞行环境数据库构建结束后，若监测数据的识别率未达到期望值，则展开局部扩展，即添加一条能够消除必然误差的局部支路，固定原有全局数据库的网络结构，只添加新增能够消除必然误差的局部支路，直到监测数据的识别率达到期望值，结束全局网络的空气质量数据库的构建；全局飞行环境数据库构建结束后，若监测数据的识别率达到期望值，则不展开局部扩展，此时全局飞行环境数据库即为整个数据库网络；
S3.4：在全局飞行环境数据库构建完成后，当新增监测数据时，在原数据库的基础上，添加新的能够消除必然误差的全局支路，按照步骤S3.1～步骤S3.3的方法对新增数据进行分析，即可完成全局飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵泽荣，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：四川;51