一种民航管制运行现场相似日度量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种民航管制运行现场相似日度量系统，具体涉飞机航线管理领域，包括数据采集系统、气象数据处理模块、数据服务器、交换器、系统用户终端以及HMI，本发明专利技术通过UDP协议接收综合航迹数据，通过FTP协议接收飞行计划数据，以及通过用户自定义的流量策略信息和容量，然后，相似日度量系统将接收的数据进行解析、封装，生成并维护有效、实时的航迹信息，并通过Random Forest算法模型在相似日度量系统HMI界面进行显示，从而方便根据HMI界面显示的航空器飞行流量以及轨迹给出全面、客观地管制现场运行建议。制现场运行建议。制现场运行建议。

【技术实现步骤摘要】
一种民航管制运行现场相似日度量系统


[0001]本专利技术涉飞机航线管理领域，尤其涉及一种民航管制运行现场相似日度量系统。

技术介绍

[0002]随着空域灵活使用策略的深入研究,可利用空域资源和可用航路有望得到增加。在该情况下,研究在空域灵活使用下如何充分利用空域,如何对飞行流量进行有效预测，指导管制人员采取一系列策略和措施进行科学处理、合理分配、优化飞行流量，高效地进行扇区的开放、整合、关闭，避免当天管制作业在一定时期、某个时段、某一空域、某一航路、航线上的飞行流量过于集中和拥挤，显得十分必要。
[0003]同时，南宁吴圩机场作为全国省会唯一的省会级军民合用机场，存在机场隶属关系不同、飞行方法不同，相互之间航线交叉、空域重叠、飞行矛盾大、协调环节多等情况，南宁区域管制室管辖近30万平方公里，目前批复八个扇区，日均流量1550架次，广西分局是目前为数不多的保留高空管制的分局，由于人员问题，只能开放六个扇区，在流量高峰时段，时常会进行主动流量控制予以应对。同时，南宁区域地处热带亚热带地区，每年雷雨、强降水等复杂天气周期较长，对航班正常性工作提出严峻考验，一线运行部门在提出流量管理措施的建议时，需要有较为充分的数据支持；另外，军方本场训练及转场活动频繁，遇有此类活动基本都会配合流量控制，需要充分协调，提供及时、可靠的决策依据，因此，研究一套可提供管制流量预测、空域相似日回放及管制现场建议的系统，对提高管制工作效率和提高航班正常性工作具有极大的指导意义。

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，而提出的一种民航管制运行现场相似日度量系统。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种民航管制运行现场相似日度量系统，包括数据采集系统、气象数据处理模块、数据服务器、交换器、系统用户终端以及HMI，数据采集系统配置用于采集飞行计划数据以及综合航迹数据，系统采集系统通过UDP协议接收综合航迹数据以及通过FTP协议接收飞行计划数据，气象数据处理模块配置用于处理气象数据，数据服务器、交换器以及系统用户终端组成基于JAVA的C/S架构，配置用于进行大数据的处理，HMI为人机交换界面，配置用于显示航空器飞行流量、轨迹显示。
[0007]优选的，该民航管制运行现场相似日度量系统包括以下步骤：
[0008]S1、数据的采集：包括对飞行计划数据以及综合航迹数据的采集；
[0009]S2、数据的处理：对步骤S1中采集的飞行计划数据以及综合航迹数据进行航迹融合处理，对气象数据进行处理；
[0010]S3、扇区流量统计模型的建立：根据步骤S2中处理后的数据相互结合生成扇区流量统计模型；
[0011]S4、航空器飞行轨迹预测与匹配：捕捉航空器飞行轨迹后与步骤S3中建立的扇区流量统计模型中的大数据进行匹配；
[0012]S5、给出航空器相关飞行路线建议：根据S3、S4的流量统计模型及数据匹配结果，提供管制员合理的扇区管理建议。
[0013]优选的，所述步骤S1具体为：
[0014]S1.1、飞行计划数据的采集：通过FTP协议接收航空器飞行计划数据，并且对飞行计划数据进行提取，提取的主要信息包括航班号、起飞机场、目的机场、二次代码、地址码、扇区号；
[0015]S1.2、综合航迹数据的采集：通过UDP协议接收综合航迹数据。
[0016]优选的，所述步骤S2具体为：
[0017]S2.1、航迹融合：系统能够接收多路监视数据，对那些经过单路监视数据处理的单路航迹报告，经过目标相关判别后，确定这些航迹信息是否属于同一个目标，如属同一目标则时空对准(原因在于多路监视源的不同步)后采用融合式的卡尔曼滤波方法进行综合处理，根据自动动态调整的融合加权系数，选出最能表达实际情况的目标态势，最终生成新综合航迹或更新旧综合航迹，保证综合航迹的连续、平滑，不因某路监视数据的异常而造成综合航迹异常；
[0018]S2.2、气象数据处理：
[0019]S2.2.1、气象云图的构建：首先根据轮廓点序列在区域地图画出m个顶点，然后依次用线段将各顶点进行连接，构成一个m边形，最后多边形根据气象云图的强度等级进行着色，强度越大，显示云图的颜色越深；
[0020]S2.2.2气象云图数据的更新以及丢弃：系统对气象云图数据进行更新与丢弃，使HMI界面实时显示云图信息，对于单路雷达气象数据更新，可以采取航迹处理类似方法，即在雷达每一个扫描周期内，对接收的云图数据进行在线解析，同时输出一个更新标志位，表示当前区域所扫描的云图信息已更新；
[0021]当在VSP时间内未收到云图数据信息，系统对该云图进行丢弃处理；
[0022]S2.2.3：气象云图的相关波门的确定；
[0023]S2.2.4：气象数据融合：通过气象数据融合算法对气象数据进行融合处理。
[0024]优选的，所述步骤S2.2.2中系统对该云图进行丢弃处理的具体步骤如下：
[0025]S2.2.2.1、VSP时间内接收单路气象云图信息；
[0026]S2.2.2.1、接收到在雷达扫描周期内的云图信息后，解析云图信息，具体为解析云图的强度等级转换以及检测云图各端点，之后显示界面绘制、更新云图；
[0027]S2.2.2.1、当未接收到雷达扫描周期内的云图信息，则丢弃该扫描周期内的云图信息。
[0028]优选的，所述步骤S2.2.3具体为：相关波门是以某次雷达扫描的预测值为中心的一个空间区域，能确定一个观测(顶点)是新目标还是与已知顶点相关的初步验证，落入相关波门内的观测才进行下一步的顶点观测配对；
[0029]假设系统气象云图由一块N个顶点的云图C和一块M个顶点的云图D组成，其顶点分别为C(x
i
,y
i
)(1≤i≤N)和D(x
i
,y
i
)(1≤j≤M)，对于D的任一顶点(x
ji
,y
ji
)，C总存在一个顶点(x
j
,y
j
)满足以下条件：
[0030][0031]则云图C和云图D满足圆形波门的相关位置，其中，r为圆形波门的半径，k为系统允许云图之间顶点数的最大偏差值，当满足矩形波门位置相关时，其中，Δx和Δy分别为矩形波门在x和y方向的数值大小，当Δx+Δy＝r时，矩形波门为相应圆形波门的外接矩形。
[0032]优选的，所述步骤S2.2.4具体为：对于已经和系统气象云图关联的某单路气象云图数据采用加权平均进行计算，即采用加权平均和马赛克综合法，假设雷达R1、R2、R3均探测到每一块气象云图，设定三部气象雷达加权系数分别为1/2，1/3，1/4，马赛克算法中雷达优先级P按照雷达与所扫描目标云图的距离进行设置，假设为P
R1
＞P
R2
＞P
R3
，田符号表示融合算法的仿真效果。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种民航管制运行现场相似日度量系统，其特征在于，包括数据采集系统、气象数据处理模块、数据服务器、交换器、系统用户终端以及HMI，数据采集系统配置用于采集飞行计划数据以及综合航迹数据，系统采集系统通过UDP协议接收综合航迹数据以及通过FTP协议接收飞行计划数据，气象数据处理模块配置用于处理气象数据，数据服务器、交换器以及系统用户终端组成基于JAVA的C/S架构，配置用于进行大数据的处理，HMI为人机交换界面，配置用于显示航空器飞行流量、轨迹显示。2.根据权利要求1所述的一种民航管制运行现场相似日度量系统，其特征在于，该民航管制运行现场相似日度量系统包括以下步骤：S1、数据的采集：包括对飞行计划数据以及综合航迹数据的采集；S2、数据的处理：对步骤S1中采集的飞行计划数据以及综合航迹数据进行航迹融合处理，对气象数据进行处理；S3、扇区流量统计模型的建立：根据步骤S2中处理后的数据相互结合生成扇区流量统计模型；S4、航空器飞行轨迹预测与匹配：捕捉航空器飞行轨迹后与步骤S3中建立的扇区流量统计模型中的大数据进行匹配；S5、给出航空器相关飞行路线建议：根据S3、S4的流量统计模型及数据匹配结果，提供管制员合理的扇区管理建议。3.根据权利要求2所述的一种民航管制运行现场相似日度量系统，其特征在于，所述步骤S1具体为：S1.1、飞行计划数据的采集：通过FTP协议接收航空器飞行计划数据，并且对飞行计划数据进行提取，提取的主要信息包括航班号、起飞机场、目的机场、二次代码、地址码、扇区号；S1.2、综合航迹数据的采集：通过UDP协议接收综合航迹数据。4.根据权利要求2所述的一种民航管制运行现场相似日度量系统，其特征在于，所述步骤S2具体为：S2.1、航迹融合：系统能够接收多路监视数据，对那些经过单路监视数据处理的单路航迹报告，经过目标相关判别后，确定这些航迹信息是否属于同一个目标，如属同一目标则时空对准后采用融合式的卡尔曼滤波方法进行综合处理，根据自动动态调整的融合加权系数，选出最能表达实际情况的目标态势，最终生成新综合航迹或更新旧综合航迹，保证综合航迹的连续、平滑，不因某路监视数据的异常而造成综合航迹异常；S2.2、气象数据处理：S2.2.1、气象云图的构建：首先根据轮廓点序列在区域地图画出m个顶点，然后依次用线段将各顶点进行连接，构成一个m边形，最后多边形根据气象云图的强度等级进行着色，强度越大，显示云图的颜色越深；S2.2.2气象云图数据的更新以及丢弃：系统对气象云图数据进行更新与丢弃，使HMI界面实时显示云图信息，对于单路雷达气象数据更新，可以采取航迹处理类似方法，即在雷达每一个扫描周期内，对接收的云图数据进行在线解析，同时输出一个更新标志位，表示当前区域所扫描的云图信息已更新；当在VSP时间内未收到云图数据信息，系统对该云图进行丢弃处理；
S2.2.3：气象云图的相关波门的确定；S2.2.4：气象数据融合：通过气象数据融合算法对气象数据进行融合处理。5.根据权利要求4所述的一种民航管制运行现场相似日度量系统，其特征在于，所述步骤S2.2.2中系统对该云图进行丢弃处理的具体步骤如下：S2.2.2.1、VSP时间内接收单路气象云图信息；S2.2.2.1、接收到在雷达扫描周期内的云图信息后，解析云图信息，具体为解析云图的强度等级转换以及检测云图各端点，之后显示界面绘制、更新云图；S2.2.2.1、当未接收到雷达扫描周期内的云图信息，则丢弃该扫描周期内的云图信息。6.根据权利要求4所述的一种民航管制运行现场相似日度量系统，其特征在于，所述步骤S2.2.3具体为：相关波门是以某次雷达扫描的预测值为中心的一个空间区域，能确定一个观测(顶点)是新目标还是与已知顶点相关的初步验证，落入相关波门内的观测才进行下一步的顶点观测配对；假设系统气象云图由一块N个顶点的云图C和一块M个顶点的云图D组成，其顶点分别为C(x
i
,y
i
)(1≤i≤N)和D(x
i
,y
i
)(1≤j≤M)，对于D的任一顶点(x
ji
,y
ji
)，C总存在一个顶点(x
j
,y
j
)满足以下条件：则云图C和云图D满足圆形波门的相关位置，其中，r为圆形波门的半径，k为系统允许云图之间顶点数的最大偏差值，当满足矩形波门位置相关时，其中，Δx和Δy分别为矩形波门在x和y方向的数值大小，当Δx+Δy＝r时，矩形波门为相应圆形波门的外接矩形。7.根据权利要求4所述的一种民航管制运行现场相似日度量系统，其特征在于，所述步骤S2.2.4具体为：对于已经和系统气象云图关联的某单路气象云图数据采用加权平均进行计算，即采用加权平均和马赛克综合法，假设雷达R1、R2、R3均探测到每一块气象云图，设定三部气象雷达加权系数分别为1/2，1/3，1/4，马赛克算法中雷达优先级P按照雷达与所扫描目标云图的距离进行设置，假设为P
R1
＞P
R2
＞P
R3
，田符号表示融合算法的仿真效果。8.根据权利要求2所述的一种民航管制运行现场相似日度量系统，其特征在于，所述步骤S3具体为：S3.1：航空器航迹预测模型的建立：航空器实际飞行过程中，特别是在雷雨绕飞情况下，航空器会偏离航路飞行，因此，要对偏航航空器的4D预测航迹进行修正，此处提出计划航迹和雷达航迹偏离的自动相关算法：设航迹T为目标航迹，F
TA
、F
TB
、F
TC
、F
TD
为航迹T所对应计划航迹F
Ti
的第i条航段，其中，i＝1,2...

【专利技术属性】
技术研发人员：石毅，陈恺，
申请(专利权)人：中国民用航空中南地区空中交通管理局广西分局，
类型：发明
国别省市：