一种扇区动态划分方法技术

本发明专利技术公开了一种扇区动态划分方法，涉及民航空域扇区划分技术领域，本发明专利技术包括扇区动态划分方法；本发明专利技术以平衡扇区复杂度为目标的同时降低各扇区复杂度；同时要保证空域形状不变，扇区为凸边形，航路交叉点不临近扇区边缘等条件，对扇区边缘进行部分调整；相比于合并和重新划分的动态划分方法，本方法对扇区调整相对较小，管制员适应性更强；本发明专利技术通过建立正六边形网络，得到各正六边形的中心点；使扇区顶点基于正六边形中心点进行移动，进而改变扇区复杂度；并在移动的同时重新计算各扇区复杂度值进行评估，进而得到最终结果；本方法缩小了扇区边缘调整范围，缩短了调整时间，使扇区复杂度更快的达到均衡。区复杂度更快的达到均衡。区复杂度更快的达到均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种扇区动态划分方法


[0001]本专利技术涉及民航空域扇区划分
，尤其涉及一种扇区动态划分方法。

技术介绍

[0002]随着我国民航业的迅猛发展，航班量和旅客吞吐量逐年递增，不断增长的客运量使空域资源“管制复杂度”与“管制员能力”不匹配的问题日益突出。管制扇区设计技术，作为空域管理的重要技术之一，是改善空域结构、合理配置空域资源的关键手段。
[0003]虽然目前我国已经制定了空域规划方法和原则，但是空域态势越发复杂并且空域状态多变，扇区的结构总是受限于现有扇区的分割和合并，目前并未出现进行基础布局的自动化调整的方法；因此，为了平衡管制员的工作负荷以及增加空域流量、保证空中交通安全，亟需实现扇区的动态划分方法，为提升枢纽运营水平提供关键支撑。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种扇区动态划分方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种扇区动态划分方法，包括扇区动态划分方法，其步骤如下：
[0007]获取N天的扇区数据、航路数据；
[0008]对各项数据进行数据清洗，提取并计算所需字段；
[0009]计算各扇区复杂度；
[0010]计算空域内各扇区面积；
[0011]将空域划分为正六边形网络；
[0012]基于网络建立线性规划模型；
[0013]利用分支定界法求解线性规划模型。
[0014]优选地，获取全国N天的航迹和扇区数据，共同构成全国空域复杂度运行数据；
[0015]扇区数据主要包括以下字段：扇区面积、扇区交叉点个数、扇区交叉点密度、航路穿过扇区次数、航路交叉点到扇区边界的距离、扇区最短穿越时间、扇区各顶点坐标。
[0016]优选地，每天24小时各时间段的交通密度、航向变化大于15
°
的飞机数量、高度变化大于750fit的飞机数量，对扇区表数据进行数据清洗，删除异常值；
[0017]其中航迹数据表中主要包括以下字段：航路坐标、航路长度和宽度、航路交叉点；对海量航迹原始数据进行数据清洗，删除异常值。
[0018]优选地，考虑扇区状态、航路密集程度、航路交叉状态对空域交通复杂度的影响，建立空域扇区复杂度模型，采用加权的方法计算空域中n个预设扇区总复杂度值TC。
[0019]优选地，利用步骤一中得到的扇区各顶点经纬度坐标集合B，其中集合中共有k个顶点B1(x1,y1),B2(x2,y2),
…
,B
k
(x
k
,y
k
)，利用公式
[0020][0021]计算出空域总面积S。
[0022]优选地，选出空域边缘上任意一点为起始点，以该点作为第一个正六边形中心点，设每一正六边形边长为450km，以此将现有空域划分为m个正六边形虚拟网格，并得到网络中正六边形各中心点坐标A1(x1,y1),A2(x2,y2),
…
,A
m
(x
m
,y
m
)。
[0023]优选地，首先扇区动态划分模型选用线性规划模型进行设计，为了降低和均衡各扇区复杂度，构建模型中目标函数如下：
[0024][0025]其中：n为划分的扇区个数；i为空域内划分的第i(i＝1,2,
…
,n)个扇区；W
i
为移动扇区边界后；根据步骤三中相关公式得出的第i个扇区的复杂度，μ为指定空域内划设n个扇区的平均复杂度值，利用公式求出μ的值；Q
i
为移动扇区边界移动前后的结构改变程度；
[0026]接着考虑模型中的约束条件；首先提供合理的平均扇区穿越时间避免扇区穿越时间过长，设飞机平均飞行速度为v，管制员进行扇区移交的时间为t，第i个扇区内航路航线数量为该扇区内第j条航路的长度为a
ij
，根据步骤二中的航路长度，扇区平均穿越时间如下：
[0027][0028]随后设航路交叉点与扇区边界的最小值为10NM，利用公式求得航路交叉点与第i个扇区边界的最短距离d
i
，该扇区共有n
′
条边：
[0029][0030]其中：V
i
是扇区边界组成的向量，C
j
是航路第j个交叉点与原点构成的向量，为避免航路交叉点过于靠近扇区边界，需满足约束条件：
[0031]d
i
≥10NM(j＝1,2，
…
n)
[0032]随后设新规划的第i个扇区边界点坐标集合为C，共有c
′
个顶点，为保证任意航路穿过同一扇区的次数为1，需满足约束条件：
[0033][0034]随后设空域边界顶点坐标集合为E，共有v个顶点，新规划空域边界点坐标集合为B，共有v
′
个顶点，为保证扇区最外围形状不变，需满足约束条件：
[0035][0036]优选地，利用CPLEX求解器对步骤六中的模型进行求解，考虑到正六边形中心点坐标数量有限，故调用的算法为分支定界法；
[0037]其中分支定界法是一种求解离散数据组合的最优化问题；通过分支求得不同的可行解，得到新的扇区顶点坐标集合；利用步骤三中的复杂度计算公式计算扇区复杂度，该可行解符合步骤六中约束条件，则此目标值为衡量其他分支的一个界限，并不再考虑比该值差的结果。
[0038]相比现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0039]1、本专利技术综合分析了可能影响空域复杂度的因素，如：航路数量和面积、不允许航空器进入的面积、航路交叉角度等；分别计算扇区状态影响因子、航路密集程度影响因子、航路交叉状态影响因子；同时采用加权的方法对复杂度进行评估，更快的得到扇区复杂度值。
[0040]2、本专利技术以平衡扇区复杂度为目标的同时降低各扇区复杂度；同时要保证空域形状不变，扇区为凸边形，航路交叉点不临近扇区边缘等条件，对扇区边缘进行部分调整；相比于合并和重新划分的动态划分方法，本方法对扇区调整相对较小，管制员适应性更强。
[0041]3、本专利技术通过建立正六边形网络，得到各正六边形的中心点；使扇区顶点基于正六边形中心点进行移动，进而改变扇区复杂度；并在移动的同时重新计算各扇区复杂度值进行评估，进而得到最终结果；本方法缩小了扇区边缘调整范围，缩短了调整时间，使扇区复杂度更快的达到均衡。
附图说明
[0042]图1为本专利技术提出的一种扇区动态划分方法的步骤流程示意图；
[0043]图2为本专利技术提出的一种扇区动态划分方法的扇区边界移动示意图。
具体实施方式
[0044]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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0045]参照图1
‑
2，一种扇区动态划分方法，包括扇区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扇区动态划分方法，其特征在于，包括扇区动态划分方法，其步骤如下：获取N天的扇区数据、航路数据；对各项数据进行数据清洗，提取并计算所需字段；计算各扇区复杂度；计算空域内各扇区面积；将空域划分为正六边形网络；基于网络建立线性规划模型；利用分支定界法求解线性规划模型。2.根据权利要求1所述的一种扇区动态划分方法，其特征在于，获取全国N天的航迹和扇区数据，共同构成全国空域复杂度运行数据；扇区数据主要包括以下字段：扇区面积、扇区交叉点个数、扇区交叉点密度、航路穿过扇区次数、航路交叉点到扇区边界的距离、扇区最短穿越时间、扇区各顶点坐标。3.根据权利要求1所述的一种扇区动态划分方法，其特征在于，每天24小时各时间段的交通密度、航向变化大于15
°
的飞机数量、高度变化大于750fit的飞机数量，对扇区表数据进行数据清洗，删除异常值；其中航迹数据表中主要包括以下字段：航路坐标、航路长度和宽度、航路交叉点；对海量航迹原始数据进行数据清洗，删除异常值。4.根据权利要求1所述的一种扇区动态划分方法，其特征在于，考虑扇区状态、航路密集程度、航路交叉状态对空域交通复杂度的影响，建立空域扇区复杂度模型，采用加权的方法计算空域中n个预设扇区总复杂度值TC。5.根据权利要求1所述的一种扇区动态划分方法，其特征在于，利用步骤一中得到的扇区各顶点经纬度坐标集合B，其中集合中共有k个顶点B1(x1，y1)，B2(x2，y2)，
…
，B
k
(x
k
，y
k
)，利用公式计算出空域总面积S。6.根据权利要求1所述的一种扇区动态划分方法，其特征在于，选出空域边缘上任意一点为起始点，以该点作为第一个正六边形中心点，设每一正六边形边长为450km，以此将现有空域划分为m个正六边形虚拟网格，并得到网络中正六边形各中心点坐标A1(x1，y1)，A2(x2，y2)，
…
，A
m
(x
m
，y
m
)。7.根据权利要求1所述的一种扇区动态划分方法，其特征在于，首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：高雨瑶，
申请(专利权)人：北京瀚文智远信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：