一种空域运行仿真中飞行流引擎的实现系统及方法技术方案

一种空域运行仿真中飞行流引擎的实现系统及方法，包括：航班流分布特征分析模块，用于确定航班流的要素信息，分析各要素的分布特征，确定相应的数据概率模型；航班流统计模块，用于根据航班流分布特征分析模块提供的航班流要素数据概率模型统计现行航班计划中各要素的取值情况，确定分布参数；航班流要素建模模块，用于根据航班流统计模块提供的数据分别建立现行航班计划中各要素的概率分布模型，并综合形成航班流建模模型；仿真求解航班流模块，用于在航班流要素建模基础上依据用户输入的仿真流流量等要求，仿真生成飞行流。本发明专利技术可提高飞行流数据生成的合理性和有效性，为保证仿真飞行评估结果的可靠性、提高仿真评估结果可信度创造条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属航空飞行
，涉及一种交通流引擎仿真方法，特别是一 种符合航班飞行流分布特征的引擎仿真系统及方法。
技术介绍
一个国家的空域管理包括空域的设计、分配等诸多内容。由于必须协调 好不断增长的空域使用需要和几乎保持不变的空域容量，研究如何在保证安 全性的同时，高效利用现有空域成为 一个焦点问题。空域设计和空域规划的优化模型必须在全局至少是较大的范围内使用才 能看出效果，开展空域运行仿真评估是进行空域结构优化的一个有效手段。 空域评估主要是对----个国家的空域进行评价和预估，通过建立空域模型对空 域运行管理进行仿真评估，模拟全国或某一区域的空域运行情况，可定量计 算空域资源使用的瓶颈，测试空域规划的结果，或检验对飞行矛盾解决情 况。在以解决控制交通问题、有效利用空域资源为目标的智能交通系统建立 之前，可通过有效验证和模拟程序的大规模使用，对该系统进行仿真分析， 全面地对系统性能、决策合理性做出正确评估与有效预测，由此交通仿真技 术应运而生。空中交通仿真是一项复现空中交通流时空变化的交通分析技 术，能对交通的各种状况进行预测与评估。空域评估一方面要评价现有空管系统是否能够安全、高效的使用；另一 方面又要对未来的空域系统做出预测，以确保该系统在未来-定时间内的可 用性。为了评估空管系统在未来一定时间内的可用性，需仿真模拟未来一定 时间内的航班飞行流，以符合航班日益增长的现状，实现针对空管系统目前 运行情况及未来可承受交通能力的全面评估。飞行流生成的合理性和有效性将对仿真结果产生直接影响，其必须以现行飞行流为基础，符合航班编排的 基本规则，且不引入大量冲突，保证仿真飞行评估结果的可靠性，提高仿真 评估结果的可信度。仿真飞行流除能仿真模拟未来全局流量增加的航班飞行流外，还应能模 拟如奧运等事件引发的局部流量增加的航班飞行流，实现对空管系统应对突 发事件能力的科学评估，为空域应急预案的制定提供数据支持。因此，飞行 流引擎系统的实现应具有较强的灵活性，以满足用户不同场景下的需求。我国在空域运行管理仿真与评估方面的研究起步较晚，尚未建立起相关 的评估系统来辅助决策，仍然采用定性分析和以统计数据为主的评估手段。 美国拥有全世界最大的航空领域仿真投资计划，已经开发生产了大量的仿真模拟器和分析工具，以波音/普雷斯顿集团的Total Airspace and Airport Modeler (TAAM)和NASA开发的Future ATM Conc印ts Evaluation Tool (FACET) 为典型代表。为提高我国空域规划科学决策能力，高效利有现有的空域，有效增大空 域容量，必须采用更为科学有效的评估手段。飞行流仿真引擎是空域评估的 基础，也是关键之所在，而对飞行流仿真过程中随机因素的充分考虑和较为 完善的空中交通管理逻辑才可使仿真更贴近实际，提高仿真评估结果的可信 度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对空域仿真在空域规划决策中日益重要的现状，提供 了，该系统及方法可提高 飞行流数据生成的合理性和有效性，为保证仿真飞行评估结果可靠性、提高 仿真评估结果可信度创造条件。飞行流引擎是仿真模拟的起始点，引擎模块的作用实际上就是将飞行流 的输入部分，作用于被模拟空域的航路起始点或者进近区点，它依靠随机数 技术产生符合已给定概率分布的飞机的状态属性以及飞行流参数，以此向系 统提供初值，产生合理随机事件的能力是飞行流模拟的最重要的特征之一。飞行流引擎模型包括两部分信息飞机信息和飞机流信息。其实质反映了系 统初始化的两个随机性，即飞机个体的随机性和飞机起始点时刻的随机性。 在模拟过程中，选用机型、飞机起飞时距、速度和目的地作为表征动态飞行 流的随机变量。为了实现本专利技术目的，本专利技术空域运行仿真中飞行流引擎的实现系统包括航班流分布特征分析模块，用于确定航班流的要素信息，分析各要素的 分布特征，确定相应的数据概率模型；航班流统计模块，用于根据航班流分布特征分析模块提供的航班流要素 数据概率模型统计现行航班计划中各要素的取值情况，确定分布参数；航班流要素建模模块，用于根据航班流统计模块提供的数据分别建立现 行航班计划中各要素的概率分布模型，并综合形成航班流建模模型；仿真求解航班流模块，用于在航班流要素建模基础上依据用户输入的仿 真流流量等要求，仿真生成飞行流。所述的航班流分布特征分析模块包括航班流要素确定单元，用于确定航班流信息所包括的主要要素； 航班流要素分析单元，用于根据航班流要素确定单元提供的数据分析航 班流各要素的分布特征，确定相应的数据概率模型。所述的航班流统计模块包括起降机场分布统计单元，用于统计现行航班计划中各机场起飞航班的目 的地分布情况；航班时刻分布统计单元，用于统计现行航班计划中各机场起飞航班的起 飞时间分布情况；机型配比分布统计单元，用于统计现行航班计划中的各机型配比的分布 情况；统计综合单元，用于对上述三个单元的统计结果进行整理、建立关联，形成航班流分布整体特征统计数据。 所述的航班流要素建模模块包括航班时刻建模单元，用于以泊松分布为基础，确定航班时刻分布的特性 参数值，建立航班起飞时间的概率分布模型；起降机场建模单元，用于以离散分布为基础，建立起降机场的概率分布 模型，起降机场包括现行航班计划中的国内航班、入境航班、出境航班以及 飞跃航班中出现的所有国内外机场；机型配比建模单元，用于以离散分布为基础，分析机型分布特征，建立 机型配比概率分布模型；航班流建模单元，用于综合上述三个单元建立的模型，形成航班流建模 模型。所述的仿真求解航班流模块包括起降机场分布仿真求解单元，用于求解生成仿真飞行流的起降机场； 航班时刻分布仿真求解单元，用于求解生成仿真飞行流的起飞时间； 机型配比分布仿真求解单元，用于求解生成仿真飞行流的机型，模拟各航班的飞行包线、爬升性能、转弯半径、速度与加速度等性能数据；仿真拟合检验模块，用于对上述三个单元生成的起降机场、起飞时间、机型等信息汇总形成的模拟航班流进行拟合校验。本专利技术空域运行仿真中飞行流引擎的实现方法包括下述内容一、 确定航班流的要素信息，分析各要素的分布特征，确定相应的数据 概率模型；二、 根据航班流要素数据概率模型统计现行航班计划中各要素的取值情 况，确定分布参数；三、 根据统计得到的数据分别建立现行航班计划中各要素的概率分布模 型；并综合形成航班流建模模型。四、在航班流要素建模模型基础上依据用户输入的仿真流流量等引擎条 件，随机生成符合用户需求的航班流。本专利技术在概率论、数理统计以及计算机软件技术的基础上，结合民航飞 行航班编排规律，拟合历史飞行流数据，充分考虑仿真飞行流的应用场景， 建立现行航班计划中各要素的概率分布模型，只需改变表达式的参数就可适 用于不同的交通情况，具有良好的通用性，可为任意的空中交通仿真模型提 供单一的航班流模块，实现模拟编排任意流量的航班计划，为空域仿真评估 提供了航班数据源，为空管规章的合理制订、空域的科学规划提供辅助手 段。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进--步的详细描述。 附图说明图l为本专利技术实施例主要功能模块结构示意图2为本专利技术实施例航班流分布特征分析模块结构示意图3为本专利技术实施例航班流统计模块结构示意图4为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空域运行仿真中飞行流引擎的实现系统，其特征在于：该系统包括：　航班流分布特征分析模块，用于确定航班流的要素信息，分析各要素的分布特征，确定相应的数据概率模型；　航班流统计模块，用于根据航班流分布特征分析模块提供的航班流要素数 据概率模型统计现行航班计划中各要素的取值情况，确定分布参数；　航班流要素建模模块，用于根据航班流统计模块提供的数据分别建立现行航班计划中各要素的概率分布模型，并综合形成航班流建模模型；　仿真求解航班流模块，用于在航班流要素建模模 型基础上依据用户输入的仿真流流量等要求，仿真生成飞行流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵灿，朱衍波，张军，许有臣，唐金翔，李立群，
申请(专利权)人：民航数据通信有限责任公司，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]