本發(fā)明涉及航空管制領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)氣象條件下的航空器改航方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國民航運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，大量航班延誤隨之而來，其中危險(xiǎn)天氣已經(jīng)成為影響我國航班延誤的一個重要因素，因此如何減少危險(xiǎn)天氣下的航班延誤現(xiàn)象、提高空域資源的利用率、確保航空器安全飛行，已經(jīng)成為急需我們解決的問題。在民用航空系統(tǒng)中，危險(xiǎn)天氣是指對航空器飛行安全有影響的天氣現(xiàn)象，主要為：雷暴、湍流、風(fēng)切變、視程障礙和大風(fēng)等，根據(jù)歷史民航氣象飛行事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，有47％的飛行事故由雷暴導(dǎo)致，因此本發(fā)明建立在對雷暴分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行改航研究，后續(xù)提到的危險(xiǎn)天氣均指代雷暴。危險(xiǎn)天氣下的航空器改航是指在危險(xiǎn)天氣影響航空器計(jì)劃航線的情況下，為航空器安排一條安全、經(jīng)濟(jì)的臨時(shí)航線來避讓危險(xiǎn)天氣。目前，危險(xiǎn)天氣下的改航研究多采用假設(shè)的天氣數(shù)據(jù)，沒有很好的與我國氣象系統(tǒng)相結(jié)合。本發(fā)明聚焦于危險(xiǎn)天氣下的航空器改航技術(shù)，結(jié)合氣象雷達(dá)提供的數(shù)據(jù)，為航空器在雷暴氣象條件下規(guī)劃一條安全的飛行路徑。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)氣象條件下的航空器改航方法，在雷暴氣象條件下，結(jié)合氣象系統(tǒng)為航空器規(guī)劃一條安全的飛行路徑，減少危險(xiǎn)天氣下的航班延誤現(xiàn)象、提高空域資源的利用率、確保航空器安全飛行。所采用的技術(shù)方案是：一種基于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)氣象條件下的航空器改航方法，包括以下步驟：步驟1，化設(shè)雷暴區(qū)域根據(jù)氣象雷達(dá)提供的雷達(dá)回波圖片，采用圖像處理技術(shù)分離出不同等級的雷暴區(qū)域，同時(shí)結(jié)合氣象雷達(dá)提供的回波頂高以及回波底高圖片，獲取每個雷暴區(qū)域的高度變化范圍，并將不同等級的雷暴區(qū)域顯示在空圖上；步驟2，改航策略建模根據(jù)步驟1劃設(shè)的雷暴區(qū)域，結(jié)合對應(yīng)的雷暴危險(xiǎn)等級，充分考慮飛行員工作負(fù)荷、航空器性能等限制因素，以單個航空器作為研究對象，建立改航路徑規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型；步驟3，動態(tài)規(guī)劃改航路徑針對雷暴不斷運(yùn)動、變化的特點(diǎn)，結(jié)合改航策略模型、雷暴區(qū)域水平影響范圍以及高度影響范圍，實(shí)時(shí)為航空器規(guī)劃改航路徑。本發(fā)明提供的方法的有益效果在于：首先通過氣象雷達(dá)獲取相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，劃設(shè)出不同危險(xiǎn)等級的雷暴區(qū)域，確定每個等級雷暴區(qū)域的位置以及影響范圍，該方法不同于傳統(tǒng)的劃設(shè)單一危險(xiǎn)天氣區(qū)域的方法，本發(fā)明對不同等級的雷暴區(qū)域進(jìn)行劃設(shè)，同時(shí)確定雷暴的高度變化范圍；其次根據(jù)雷暴區(qū)域危險(xiǎn)等級，以改航路徑最短，平均改航路徑危險(xiǎn)等級最小為優(yōu)化目標(biāo)建立航空器改航路徑規(guī)劃模型；最后結(jié)合動態(tài)改航路徑規(guī)劃方法，實(shí)時(shí)為航空器規(guī)劃一條避讓雷暴危險(xiǎn)區(qū)域的安全飛行路徑，該方法與傳統(tǒng)動態(tài)改航路徑規(guī)劃方法的不同之處在于，考慮雷暴水平影響范圍的同時(shí)，還考慮了雷暴高度變化范圍對改航路徑規(guī)劃的影響。因此，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)在危險(xiǎn)氣象條件下為航空器自動規(guī)劃一條安全的飛行路徑，有效地降低航空管制人員的工作負(fù)荷，保證航空器在危險(xiǎn)天氣下的安全飛行，提高空域資源利用率，有效地減少危險(xiǎn)天氣下的航班延誤。附圖說明圖1是本發(fā)明提供的一種基于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)氣象條件下的航空器改航方法整體流程圖圖2是本發(fā)明提供的一種基于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)氣象條件下的航空器改航方法的雷暴區(qū)域劃設(shè)流程圖圖3是本發(fā)明提供的一種基于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)氣象條件下的航空器改航方法的動態(tài)改航路徑規(guī)劃流程圖圖4是本發(fā)明提供的一種基于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)氣象條件下的航空器改航方法中所述的雷暴等級圈示意圖具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。結(jié)合圖1、圖2、圖3，本發(fā)明提出的一種基于氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)氣象條件下的航空器改航方法，具體包括以下步驟：步驟1，化設(shè)雷暴區(qū)域根據(jù)氣象雷達(dá)提供的雷達(dá)回波圖片，采用圖像處理技術(shù)分離出不同等級的雷暴區(qū)域，同時(shí)結(jié)合氣象雷達(dá)提供的回波頂高以及回波底高圖片，獲取每個雷暴區(qū)域的高度變化范圍，并將不同等級的雷暴區(qū)域顯示在空圖上；具體為：步驟101，對雷達(dá)回波圖進(jìn)行處理，獲得每個回波等級的RGB顏色值，并根據(jù)雷暴等級，獲取每個等級雷暴像素點(diǎn)的位置；步驟102，對回波頂高、回波底高圖進(jìn)行處理，獲得每個高度的RGB顏色值，并根據(jù)步驟101中得到的雷暴像素點(diǎn)位置，在回波頂高圖和回波底高圖中獲取相應(yīng)的回波頂高、回波底高數(shù)據(jù)；步驟103，保存回波反射率大于等于指定雷暴等級的像素點(diǎn)以及該像素點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)，形成一張?jiān)摰燃壚妆﹨^(qū)域的圖片；步驟104，對步驟103得到的某一等級的雷暴區(qū)域圖片，采用圖像處理技術(shù)，獲取該雷暴區(qū)域的多邊形輪廓；步驟105，根據(jù)氣象雷達(dá)所在位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)、圖片的分辨率以及雷暴區(qū)域在圖片上的位置坐標(biāo)，計(jì)算不同等級雷暴區(qū)域像素點(diǎn)對應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)；步驟106，根據(jù)雷暴區(qū)域的經(jīng)緯度坐標(biāo)，將不同等級雷暴區(qū)域輪廓用不同顏色繪制到空圖上，形成雷暴等級圈。雷暴區(qū)域根據(jù)氣象雷達(dá)的回波等級信息劃分為0-6個等級，如下表所示：表1雷暴區(qū)域等級劃分步驟2，改航策略建模根據(jù)步驟1劃設(shè)的雷暴區(qū)域，結(jié)合對應(yīng)的雷暴危險(xiǎn)等級，充分考慮飛行員工作負(fù)荷、航空器性能等限制因素，以單個航空器作為研究對象，以改航路徑最短，平均改航路徑危險(xiǎn)等級最小為優(yōu)化目標(biāo)建立改航路徑規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型；目標(biāo)函數(shù)：minDis=Σi=0NTld(pi,pi+1)minSafe=Σi=0NTΣecho=06echo6×decho(pi,pi+1)]]>Dis表示改航路徑長度，其中p0、pNT+1為改航起始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)，pi為改航過程中的轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，NT為轉(zhuǎn)彎點(diǎn)個數(shù)，ld(pi,pi+1)表示航段pi-pi+1的航程；Safe表示改航路徑的平均危險(xiǎn)等級，等于每段改航路徑所經(jīng)雷暴區(qū)域的危險(xiǎn)等級之和。其中echo為雷暴區(qū)域的危險(xiǎn)等級，decho(pi,pi+1)為該等級的雷暴區(qū)域影響(pi,pi+1)段改航路徑的航段長度。約束條件：echo＜3(1)ld(pi,pi+1)≥ldmin,∀i=0,...,NT---(2)]]>θpi≤θmax,∀i=1,...,NT---(3)]]>式(1)表示出于安全考慮，改航路徑不允許經(jīng)過危險(xiǎn)等級大于3的雷暴區(qū)域；式(2)表示為了保障航空器順利完成轉(zhuǎn)彎，其航段長度應(yīng)大于等于最短航段長度，其中l(wèi)dmin表示最短航段長度；式(3)表示結(jié)合航空器性能以及飛行員操縱水平，航空器的轉(zhuǎn)彎角度應(yīng)小于等于允許的最大轉(zhuǎn)彎角度，其中θpi表示改航路徑的轉(zhuǎn)彎角度，θmax表示允許的最大轉(zhuǎn)彎角度。步驟3，動態(tài)規(guī)劃改航路徑針對雷暴不斷運(yùn)動、變化的特點(diǎn)，結(jié)合改航策略模型、雷暴區(qū)域水平影響范圍以及高度影響范圍，實(shí)時(shí)為航空器規(guī)劃改航路徑。具體為：步驟301，根據(jù)航空器巡航速度、氣象雷達(dá)更新時(shí)間，判斷航空器在該時(shí)間片飛行時(shí)是否受到雷暴影響，若有影響，則轉(zhuǎn)至步驟302，否則結(jié)束；步驟302，設(shè)置當(dāng)前時(shí)間片i＝1；步驟303，根據(jù)第i個時(shí)間片對應(yīng)的危險(xiǎn)天氣區(qū)域(雷暴危險(xiǎn)等級大于3的區(qū)域)位置、水平影響范圍，結(jié)合航空器計(jì)劃飛行路徑的經(jīng)緯度信息，判斷航空器在二維空間是否受到該雷暴區(qū)域遮擋，若遮擋，則轉(zhuǎn)至步驟304，否則轉(zhuǎn)至步驟307；步驟304，根據(jù)航空器飛行高度與該時(shí)間片對應(yīng)的危險(xiǎn)天氣區(qū)域的高度變化范圍，判斷航空器是否在該高度范圍內(nèi)飛行，是則轉(zhuǎn)至步驟305，否則轉(zhuǎn)至步驟307；步驟305，對于需要改航的航空器，確定改航起始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)，利用改航策略模型規(guī)劃一條改航路徑；步驟306，根據(jù)改航路徑航程、航空器巡航速度以及氣象雷達(dá)更新時(shí)間，計(jì)算改航路徑需要飛行的時(shí)間片個數(shù)n；步驟307，i＝i+1；步驟308，預(yù)測航空器沿改航路徑飛行一個時(shí)間片后的位置，設(shè)置該位置為P，根據(jù)第i個時(shí)間片對應(yīng)的危險(xiǎn)天氣區(qū)域的位置、水平范圍，結(jié)合航空器計(jì)劃飛行路徑的經(jīng)緯度信息，判斷航空器從P點(diǎn)到改航結(jié)束點(diǎn)的改航路徑是否受到雷暴遮擋，若遮擋，則轉(zhuǎn)至步驟309，否則轉(zhuǎn)至步驟307；步驟309，根據(jù)航空器飛行高度，該時(shí)間片對應(yīng)的危險(xiǎn)天氣區(qū)域的高度變化范圍，判斷航空器是否在該高度范圍內(nèi)飛行，是則轉(zhuǎn)至步驟310，否則轉(zhuǎn)至步驟307；步驟310，以P為改航起始點(diǎn)，改航結(jié)束點(diǎn)不變，重新進(jìn)行改航路徑規(guī)劃；步驟311，若i＝n，動態(tài)改航路徑規(guī)劃結(jié)束，否則轉(zhuǎn)至步驟307。說明書中未闡述的部分均為現(xiàn)有技術(shù)或公知常識。本實(shí)施例僅用于說明該發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員對于本發(fā)明所做的等價(jià)置換等修改均認(rèn)為是落入該發(fā)明權(quán)利要求書所保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3