一种基于空管历史飞行数据预测航班飞行高度的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于空管历史飞行数据预测航班飞行高度的方法，包括：建立关注区域内航路段数据库；基于各航路段，建立历史航班影响因素数据库；基于各航路段，建立历史航班数据库；针对新拟制航班飞行计划，根据历史飞行数据，在战略和预战术流量管理阶段，预测其在各航路段上的飞行高度。本发明专利技术方法充分利用现有民航空管系统信息资源，基于航空公司航班运营策略的连贯性和空管运行的稳定性原则，预测航路段在相似运行环境下相关航班的飞行高度，预测结果准确度高，进而提高了战略和预战术阶段飞行流量预测的精准度。以精准的飞行流量预测为基础，才能提前制定精准的流量管理措施，确保空中交通安全、有序、高效。高效。高效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空管历史飞行数据预测航班飞行高度的方法


[0001]本专利技术属于空中交通管理
，涉及一种基于空管历史飞行数据预测航班飞 行高度的方法。

技术介绍

[0002]空中交通流量管理的本质是制定措施，使得未来一个时间片内空域单元的容量和 飞行流量需求达到平衡。空域单元在确定环境下，其容量基本是确定的；而飞行流量 需求须依据飞行计划、通过预测手段获得。因此，流量管理策略的决策基础是飞行流 量的精确预测。
[0003]一般空域单元为三维立体空间，除具备水平界限外，还有高度范围限制。因此， 对空域(包括航路段、管制扇区等)在未来某一时间片内的飞行流量进行预测时，必 须考虑计划航班在其中的飞行高度。
[0004]战略阶段(飞行前7天以上)和预战术阶段(飞行前1
‑
7天)的飞行流量预测， 各自的依据分别是重复性飞行计划(RPL)、次日计划和领航计划(FPL)。重复性飞行 计划(RPL)即航班时刻表，由民航局监控中心下发，不包含航班在航路上的飞行高 度信息；次日计划根据RPL计划自动生成，也不包括飞行高度信息；领航计划由各航 空公司制定，其中包括计划巡航高度信息，但实际飞行时，该信息仅作参考，航班在 各航路段上的实际飞行高度由空管单位根据相关空域的飞行态势确定，并指挥飞行员 执行。由此可见，战略阶段和预战术阶段的飞行计划，均无现成、精准的飞行高度信 息可用。
[0005]当前检索到的论文和专利中，有基于航空器历史飞行轨迹挖掘的(未来航班)4D 轨迹(包括飞行高度)预测方法的说明。但此类方法，存在下列不足：(1)未考虑空 域不同运行环境对航班飞行高度的影响；(2)任一航空器历史轨迹的更新周期4秒左 右，该方法需要采集的历史数据量大，且数据质量受监视设备精度等影响；(3)该类 数据挖掘方法采用各种聚类算法，计算量大、计算周期长，且算法依数据质量还存在 不收敛的风险。
[0006]而为了确保空中交通安全，管制员对空中航班的指挥引导，都会在空域环境允许 的条件下尽量尊重航空公司的飞行策略和飞行员的飞行习惯，同时也保持自身管制工 作的一惯性。这就为通过挖掘历史飞行数据来预测未来航班在航路上的飞行高度提供 了理论依据。
[0007]2015年，民航空管局牵头拟制了飞行数据交换标准“民用航空空中交通管制自动 化系统第3部分：飞行数据交换”(MH/T 4029.3)。该标准已在中国民航得到全面应用 (包括国产系统和进口系统)，其核心内容为：空管自动化系统中，表述航班飞行过程 的飞行数据，其状态的每一次更新都会触发系统对该飞行数据的存储与对外交换。 MH/T 4029.3标准的应用为通过挖掘历史航班数据来精确预测未来航班在航路上的飞 行高度提供了技术基础。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：本专利技术的目的在于利用空管自动化系统在日常运行过程中产生的航班 飞行和空域运行数据，建立航班飞行和空域运行历史数据库，并建立航班飞行数据(含 各航段上的飞行高度信息)与空域运行环境的关联关系、分类统计分析各种环境(主 要指航季、气象、周边特殊空域活动状态等条件)下各类航班在巡航阶段各航路段上 的飞行高度。基于航空公司航班运营策略的连贯性和空管运行的稳定性、可控性原则， 这些信息被用于预测(流量管理战略阶段和预战术阶段)未来航班在相似运行环境下 各航路段上的飞行高度，提高预测结果的准确性。
[0009]本专利技术包括如下步骤：
[0010]步骤S1：建立关注区域(如管制区或扇区)内航路段数据库；
[0011]步骤S2：针对关注区域内所有航路段，建立历史航班影响因素数据库；
[0012]步骤S3：针对关注区域内所有航路段，建立历史航班数据库；
[0013]步骤S4：针对关注区域内的所有航路段，统计各尾流类型航班的经验飞行高度；
[0014]步骤S5：流量管理战略阶段，基于历史飞行数据预测某航班在某航路段上的飞行 高度；
[0015]步骤S6：流量管理预战术阶段，基于历史飞行数据预测某航班在某航路段上的飞 行高度。
[0016]步骤S1包括：
[0017]S1
‑
1：依据关注区域(ControlArea)的范围和飞行管制一号规定，解析关注区域 内的航路段：截取lineN条穿越关注区域ControlArea、代号为Airline
j
的航路或航线， 得到由关注区域范围内航路或航线构成的折线，j＝1，
…
，lineN；
[0018]将折线分解为segN
j
个直线线段RP1
ij
‑
RP2
ij
，RP1
ij
、RP2
ij
为关注区域内ControlArea 构成航路(或航线)的相邻航路点名称，i＝1,
…
,segN
j
；
[0019]S1
‑
2：建立航路段数据表T_RS：T_RS包括下列字段：航路段标识、航路段起始 点位置和航路段结束点位置；其中，航路段标识L_RS
ij
记为：航路代号(如Airline
j
)、 分隔符(如/)、航路段起始点名称(如位置点RP1
ij
)、连结符(如
‑
)、航路段结束点名 称(如位置点RP2
ij
)。如：一个航路段标识Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
。
[0020]考虑到在同一航路(航线)上往返的航班按“东单西双”的原则在不同高度层飞 行，因此，相邻航路点RP1
ij
、RP2
ij
构成Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
(Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
为航 路Airline
j
内从位置点RP1
ij
到位置点RP2
ij
所构成航路段的标识)和Airline
j
/RP2
ij
‑
RP1
ij (Airline
j
/RP2
ij
‑
RP1
ij
为航路Airline
j
内从位置点RP2
ij
到位置点RP1
ij
所构成航路段的标 识)两个方向的航路段；
[0021]航路段Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
中，RP1
ij
为航路段起始点，RP2
ij
为航路段结束点；
[0022]航路段Airline
j
/R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空管历史飞行数据预测航班飞行高度的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立关注区域内航路段数据库；S2：针对关注区域内的所有航路段，建立历史航班影响因素数据库；S3：针对关注区域内的所有航路段，建立历史航班数据库；S4：针对关注区域内的所有航路段，统计各尾流类型航班的经验飞行高度；S5：基于历史飞行数据预测航班在航路段上的飞行高度；S6：基于历史飞行数据预测航班在航路段上的飞行高度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：S1
‑
1：依据关注区域的范围和飞行管制一号规定，解析关注区域内的航路段：截取lineN条穿越关注区域ControlArea、代号为Airline
j
的航路，得到由关注区域范围内航路构成的折线，j＝1，
…
，lineN；将折线分解为segN
j
个直线线段RP1
ij
‑
RP2
ij
，RP1
ij
、RP2
ij
为关注区域ControlArea内构成航路的相邻航路点名称，i＝1,
…
,segN
j
；S1
‑
2：建立航路段数据表T_RS：T_RS包括下列字段：航路段标识、航路段起始点位置和航路段结束点位置；其中，航路段标识L_RS
ij
记为：航路代号、分隔符、航路段起始点名称、连结符、航路段结束点名称；相邻航路点RP1
ij
、RP2
ij
构成Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
和Airline
j
/RP2
ij
‑
RP1
ij
两个方向的航路段；航路段Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
中，RP1
ij
为航路段起始点，RP2
ij
为航路段结束点；航路段Airline
j
/RP2
ij
‑
RP1
ij
中，RP2
ij
为航路段起始点，RP1
ij
为航路段结束点；T_RS表中共含NUM_ROUTE_SEG＝2*(segN1+segN2+
…
segN
lineN
)组数据，分别对应2*(segN1+segN2+
…
segN
lineN
)个航路段。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：S2
‑
1：建立针对航段的重要天气历史信息库，包括如下步骤：S2
‑1‑
1，针对步骤S1建立的NUM_ROUTE_SEG个航路段，分别建立气象影响历史数据表，表名WEATHER
ij
分别由其航路段标识L_RS
ij
、分隔符、气象标识构成；表中字段包括：恶劣天气类型、开始日期、开始时间、结束日期和结束时间；S2
‑1‑
2，采集空管自动化系统接收到的航路重要天气情报，提取其中的天气现象、有效时段、恶劣天气范围或当前位置、移动方向信息；S2
‑1‑
3，根据恶劣天气范围或当前位置、移动方向信息，计算区域ControlArea内受恶劣天气影响的航路段，如果有，航路段Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
对应的气象影响历史数据表Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
/WEA中增加一条记录，记录中各字段的值分别由S2
‑1‑
2中提取的恶劣天气现象、有效时段信息转换得到；S2
‑
2：建立特殊空域活动历史库，包括：S2
‑2‑
1，针对关注区域ControlArea内specN个名为Specil_AIRSPACE
v
的特殊空域，分别建立空域
‑
航段重叠关系表OVERLAP_Specil_AIRSPACE
v
，表中字段包括：航路段标识，v＝1，
…
，specN；S2
‑2‑
2，分别计算特殊空域Specil_AIRSPACE
v
与NUM_ROUTE_SEG个航路段在平面上的重叠关系，并将与特殊空域Specil_AIRSPACE
v
重叠的所有航路段标识填入到OVERLAP_
Specil_AIRSPACE
v
表中；如果没有航路段与其重叠，则OVERLAP_Specil_AIRSPACE
v
表为空；S2
‑2‑
3，针对NUM_ROUTE_SEG个航路段，分别建立特殊空域活动影响历史数据表，表名ACTIVE
ij
由其航路段标识L_RS
ij
、分隔符、和空域活动标识构成，表中字段包括：特殊空域名称、活动开始日期、活动开始时间、活动结束日期和活动结束时间；S2
‑2‑
4，采集空管自动化系统接收或发布的Specil_AIRSPACE
v
的活动信息，提取特殊空域名称Specil_AIRSPACE
v
、活动开始时间和活动结束时间；S2
‑2‑
5，在步骤S2
‑2‑
2中建立的表OVERLAP_Specil_AIRSPACE
v
中查找与空域Specil_AIRSPACE
v
在空间重叠的所有航路段Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
；如果有，所述航路段对应的特殊空域活动影响历史数据表Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
/ACT中各增加一条记录，记录中各字段的值分别为S2
‑2‑
4中提取的信息。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：S3
‑
1：针对步骤S1建立的NUM_ROUTE_SEG个航路段，分别建立历史航班数据表FLIGHT
ij
，表名FLIGHT
ij
由其航路段标识L_RS
ij
、间隔符和历史航班标识构成；表中字段包括：航班号、航空公司代码、执飞航空器尾流类型、起飞机场、落地机场、所处航季、航班执行日周序、进入航段日期、进入航段时间、进入航段高度、离开航段日期、离开航段时间、离开航段高度、航段气象状态和周边特殊空域活动状态；S3
‑
2：循环采集并处理由空管自动化系统接收或发布的航班飞行数据报文：以飞行计划号为唯一标识存储并更新飞行数据信息，直到RTEPTS字段中最后一个航路点PT的飞越状态变为已飞越时，进入以下步骤：S3
‑
3：解析航班飞行数据，提取航班相关飞行信息，并关联航班影响因素信息，更新各航段的历史航班数据表，包括下列步骤：S3
‑3‑
1，解析飞行数据报文中ATSRT字段内航路信息及途经的具体航路段，并以此为基础，解析飞行计划其它信息、关联相关的气象和空域活动信息，存储至各航路段对应的历史航班数据表中，包括下列步骤：S3
‑3‑1‑
a，从飞行数据的首个ATSRT开始，解析ATSRT相关信息，提取航班所经航路名line、航路进入点lineP_entry和离开点lineP_exit；S3
‑3‑1‑
b，在RTEPTS信息的PT子字段中查找航路点lineP_entry和lineP_exit，在航路点lineP_entry和lineP_exit之间，且在关注空域内的所有点按顺序两两构成航路段line/lineP_entry
‑
PX1、line/PX1
‑
PX2、
…
、line/PXN
‑
lineP_exit，所述航路段对应的历史航班数据表line/lineP_entry
‑
PX1/FLT、line/PX1
‑
PX2/FLT、
…
、line/PXN
‑
lineP_exit/FLT分别增加一条历史航班记录，此时所述记录所有字段内容为空；航路段line/PXN
‑
lineP_exit，PXN为航路段起始点，lineP_exit为航路段结束点；line/PXN
‑
lineP_exit/FLT为航路段line/PXN
‑
lineP_exit对应的历史航班数据表；S3
‑3‑1‑
c，提取PT子字段中各航路点的飞越时间和飞越高度信息，并计算，分别对数据表line/lineP_entry
‑
PX1/FLT、line/PX1
‑
PX2/FLT、
…
、line/PXN
‑
lineP_exit/FLT表新增记录的进入航段日期、进入航段时间、进入航段高度、离开航段日期、离开航段时间、离开航段高度赋值；S3
‑3‑1‑
d，解析飞行数据的预计撤轮挡日期EOBD、起飞机场ADEP、落地机场ADES、航班号ARCID、机型ARCTYP信息，分别对数据表line/lineP_entry
‑
PX1/FLT、line/PX1
‑
PX2/
FLT、
…
、line/PXN
‑
lineP_exit/FLT新增记录的所处航季、航班执行日周序、起飞机场、落地机场、航空公司代码、航班号、执飞航空器尾流类型字段赋值；S3
‑3‑1‑
e，遍历步骤S2
‑
1所建立的气象影响历史数据表WEATHER
ij
，分别用line/lineP_entry
‑
PX1/FLT、line/PX1
‑
PX2/FLT、
…
、line/PXN
‑
lineP_exit/FLT表中最新记录的离开航段日期时间、进入航段日期时间与表WEATHER
ij
中所有记录的恶劣天气开始日期、开始时间、结束日期、结束时间比较，如果有重合，则将新增记录的航路段气象状态置位；S3
‑3‑1‑
f，遍历步骤S2
‑
2所建的特殊空域活动影响历史数据表ACTIVE
ij
，分别用line/lineP_entry
‑
PX1/FLT、line/PX1
‑
PX2/FLT、
…
、line/PXN
‑
lineP_exit/FLT表中新增记录的离开航段日期时间、进入航段日期时间与表ACTIVE
ij
中所有记录的特殊空域活动开始日期、活动开始时间、活动结束日期、活动结束时间比较，如果有重合，则将新增记录的周边特殊空域活动状态置位；S3
‑3‑
2，重复步骤S3
‑3‑
1，直到飞行数据信息中所有条ATSRT信息解析、处理完毕；S3
‑
4，并重复步骤S3
‑
2和S3
‑
3，采集与处理其它航班的飞行数据。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：针对关注空域内所有航段Airline
j
/RP1
ij
‑
RP2
ij
，分别根据其历史航班数据表中一航季内的数据，按下列步骤计算以下各类航班的经验飞越高度：S4
‑
1：计算一航季内五种尾流类型：超重型J、重型B、一般重型C、中型M、轻型L的航空器执飞航班进入、离开航路段的经验飞行高度，记为[超重型机进入航段高度FL_IN
‑
J、超重型机离开航段高度FL_OUT
‑
J]、[重型机进入航段高度FL_IN
‑
B、重型机离开航段高度FL_OUT
‑
B]、[一般重型机进入航段高度FL_IN
‑
C、一般重型机离开航段高度FL_OUT
‑
C]、[中型机进入航段高度FL_IN
‑
M、中型机离开航段高度FL_OUT
‑
M]、[轻型机进入航段高度FL_IN
‑
L、轻型机离开航段高度FL_OUT
‑
L]，形成一航季内针对航路段Airli...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐善娥，高海超，田靖，刘岩，陈平，张明伟，丁辉，童明，付胜豪，黄吉波，鞠瑞林，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：