專利名稱：縮小垂直間隔空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法，尤其是一種縮小垂直間隔(Reduced Vertical Separation Minimum，簡稱RVSM)空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
國民經(jīng)濟的發(fā)展對航空交通運輸?shù)男枨蠹眲∩仙?。為了增加空域容量，提高航空公司的運行效益，減輕空中交通管制系統(tǒng)的運行負荷，國際民航組織(International Civil Aviation Organization，簡稱ICAO)從70年代便開始研究RVSM標準問題和RVSM空域運行安全評估及監(jiān)視技術(shù)。RVSM是指在高度層29000英尺(8850米)至41000英尺(12500米)之間的空間范圍內(nèi)，將飛行器之間的最小垂直間隔由過去的2000英尺(600米)縮小為1000英尺(300米)，從而使該空間范圍內(nèi)飛行高度層的數(shù)量從原有的7個增加到13個，可用飛行高度層數(shù)量增加了86％，顯著提高空域容量。
飛行高度層垂直間隔的降低明顯增大了航空器之間垂直碰撞的幾率，影響航空安全。根據(jù)ICAO的規(guī)定，每個計劃實施RVSM的國家或地區(qū)必須對其相關(guān)空域進行實施前的安全評估和實施后的跟蹤監(jiān)視與評估，以確保空域安全指標滿足全球系統(tǒng)性能規(guī)范和ICAO界定的安全目標水平(Targetlevel of safety，簡稱TLS)的要求，從而對RVSM的持續(xù)安全運行建立信心。目前世界上很多國家都已經(jīng)實施了RVSM，并且實現(xiàn)了對RVSM空域安全評估和安全監(jiān)視。
在RVSM空域安全評估方面，各國主要利用傳統(tǒng)的Reich垂直碰撞風險模型進行評估。垂直碰撞風險主要由技術(shù)風險和運行風險兩部分構(gòu)成。技術(shù)風險是由航空器高度保持設備的不精確性造成的，具體包括機載測高系統(tǒng)誤差和飛行技術(shù)誤差。運行風險是由RVSM空域運行中存在的大高度偏差引起的，大高度偏差主要是由操作性誤差、緊急情況、強烈的氣象條件和機載防撞系統(tǒng)的決策信息等因素導致。Reich垂直碰撞風險模型考慮了與垂直碰撞相關(guān)的技術(shù)風險，結(jié)合空域結(jié)構(gòu)因素和空中飛行流特征，通過垂直重疊概率、橫向重疊概率和穿越頻率等參數(shù)構(gòu)成了空域垂直碰撞風險的定量化描述，給出了六種不同垂直碰撞狀態(tài)下的風險評估計算方法。但是Reich模型并未全面考慮運行風險，忽略了可能產(chǎn)生航空器垂直碰撞的人為、氣象、管制規(guī)則以及實施國家的特殊情況等因素，導致利用Reich模型對某些地區(qū)的RVSM空域進行垂直碰撞風險量化評估時存在評估結(jié)果不夠全面和準確的缺陷。
在RVSM空域安全監(jiān)視方面，目前全球主要采用地基和機載兩類高度監(jiān)視系統(tǒng)對航空器的高度保持性能進行監(jiān)視。地基高度監(jiān)視系統(tǒng)主要有美國研發(fā)的航空器絕對高度測量單元(Aircraft Geometric HeightMeasurement Element，簡稱AGHME)和歐洲研發(fā)的高度監(jiān)視單元(HeightMonitoring Unit，簡稱HMU)兩種。地基高度監(jiān)視系統(tǒng)的缺點在于系統(tǒng)覆蓋區(qū)域固定，航空器監(jiān)視范圍有限，而且系統(tǒng)造價高昂。機載高度監(jiān)視系統(tǒng)是基于全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱GPS)技術(shù)的(GPS Monitoring System，簡稱GMS)系統(tǒng)它首先采集GPS信號獲取載波相位信息，然后利用國際GPS服務網(wǎng)提供的載波相位基準進行差分解算，得出高精度的航空器高度信息。國際地球動力學服務網(wǎng)(InternationalGPS Service for Geodynamics，簡稱IGS網(wǎng))由國際GPS服務機構(gòu)統(tǒng)一管理，它能夠為全球科研機構(gòu)及時提供GPS數(shù)據(jù)和高精度的星歷等數(shù)據(jù)。IGS觀測站遍布全球，在美國境內(nèi)的站點數(shù)量較多，分布區(qū)域廣泛，而且美國境內(nèi)具有多個IGS數(shù)據(jù)中心和統(tǒng)一的管理機構(gòu)進行IGS數(shù)據(jù)共享，為GMU設備基于載波相位的位置解算提供了精確的差分基準。而有些國家或地區(qū)站點分布稀疏，不具備數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和應用的條件，這就給在這些國家或地區(qū)境內(nèi)覆蓋全部范圍GMU高度保持性能誤差監(jiān)測應用帶來了問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決目前國際推行的RVSM空域運行安全評估系統(tǒng)不能滿足對可能產(chǎn)生航空器垂直碰撞的人為因素、氣象條件、管制規(guī)則以及有些國家或地區(qū)空域特殊情況等因素進行量化分析，不能有效地解決有些國家或地區(qū)的航空器高度性能保持監(jiān)視等問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括碰撞風險分析與建模模塊，用于分析并建立航空器綜合垂直碰撞風險模型；高度保持性能監(jiān)視模塊，用于獲取航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)；仿真與分析模塊，用于獲取RVSM空域運行的特性參數(shù)值；以及碰撞風險評估模塊，用于根據(jù)航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)和RVSM空域運行特性參數(shù)值，利用所述綜合垂直碰撞風險模型求解RVSM空域系統(tǒng)運行安全水平。
所述碰撞風險分析與建模模塊具體包括分析單元，用于分析垂直碰撞誘因，建立垂直碰撞誘因的概率分布模型；建模單元，用于給出垂直碰撞誘因-垂直碰撞風險-垂直碰撞狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)換過程的數(shù)學描述；求解單元，用于建立垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型；以及綜合單元，用于結(jié)合Reich垂直碰撞風險模型，得到綜合垂直碰撞風險模型。
所述高度保持性能監(jiān)視模塊具體包括高度獲取單元，用于獲取航空器絕對高度值；數(shù)據(jù)采集與預處理單元，用于采集航空器高度保持數(shù)據(jù)并進行相應的數(shù)據(jù)預處理和分析；以及高度保持偏差數(shù)據(jù)處理單元，用于對所述高度獲取單元和所述數(shù)據(jù)采集與預處理單元獲取的數(shù)據(jù)進行分析，獲取航空器的高度保持偏差數(shù)據(jù)。
所述仿真與分析模塊具體包括歷史數(shù)據(jù)采集與融合單元，用于采集時間-位置相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，并融合這些數(shù)據(jù)得到飛行軌跡數(shù)據(jù)；模擬飛行數(shù)據(jù)生成單元，用于通過提取歷史飛行流數(shù)據(jù)特征參數(shù)，生成模擬的飛行流；RVSM空域運行仿真單元，用于根據(jù)所述歷史數(shù)據(jù)采集與融合單元和所述模擬飛行數(shù)據(jù)生成單元獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合航路航線結(jié)構(gòu)模型和管制規(guī)則、航空器飛行性能，對RVSM空域運行狀態(tài)進行仿真；以及統(tǒng)計分析單元，用于統(tǒng)計分析綜合垂直碰撞風險模型所需的RVSM空域運行的特性參數(shù)值。
另外，本發(fā)明還提供了一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法，包括對采集到的高度數(shù)據(jù)進行處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)，并通過計算機模擬仿真RVSM空域的運行狀態(tài)得到RVSM空域運行的特性參數(shù)值；根據(jù)預先建立的航空器綜合垂直碰撞風險模型，求解RVSM空域的運行安全參數(shù)。
本發(fā)明在高度保持性能監(jiān)視算法、RVSM空域結(jié)構(gòu)和交通流建模仿真分析以及綜合垂直碰撞風險模型研究的基礎上，通過收集、分析、處理所需數(shù)據(jù)，獲取RVSM空域系統(tǒng)運行安全水平分析結(jié)果，通過與ICAO的目標安全水平(Target Level of Safety，簡稱TLS)比較，判斷實施RVSM的可行性及其風險水平。
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施例二的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施例三中的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施例四中的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例一的流程圖。
圖6為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例二的部分流程圖。
圖7為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例五的部分流程圖。
圖8為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例九的部分流程圖。
圖9為本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例十一的部分流程圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施例一中，參見圖1，包括碰撞風險分析與建模模塊，用于分析并建立RVSM空域內(nèi)航空器綜合垂直碰撞風險模型；高度保持性能監(jiān)視模塊，用于獲取航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)；仿真與分析模塊，用于獲取RVSM空域運行的特性參數(shù)值；以及碰撞風險評估模塊，用于根據(jù)航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)和RVSM空域運行的特性參數(shù)值，利用所述綜合垂直碰撞風險模型求解RVSM空域系統(tǒng)運行安全水平。通過本優(yōu)選實施例可以獲取RVSM空域系統(tǒng)運行安全水平分析結(jié)果，判斷實施RVSM的可行性及其風險水平。其中，RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)包括本發(fā)明涉及的全部數(shù)據(jù)，如碰撞誘因數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)等。
在實際應用中，上述四個模塊均有多種實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)上述四個模塊和所述RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施例二中，與優(yōu)選實施例一的不同在于，參見圖2，所述碰撞風險分析與建模模塊具體包括分析單元，用于分析垂直碰撞誘因，建立垂直碰撞誘因的概率分布模型；建模單元，用于給出垂直碰撞誘因-垂直碰撞風險-垂直碰撞狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)換過程的數(shù)學描述；求解單元，用于建立垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型；以及綜合單元，用于結(jié)合Reich垂直碰撞風險模型，得到綜合垂直碰撞風險模型。其中，Reich垂直碰撞風險模型為現(xiàn)有的碰撞風險模型。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施例三中，與優(yōu)選實施例一的不同在于，參見圖3，所述高度保持性能監(jiān)視模塊具體包括高度獲取單元，用于獲取絕對高度值；數(shù)據(jù)采集與預處理單元，用于采集航空器高度保持數(shù)據(jù)并進行相應的數(shù)據(jù)預處理和分析；以及高度保持偏差數(shù)據(jù)處理單元，用于對所述高度獲取單元和所述數(shù)據(jù)采集與預處理單元獲取的數(shù)據(jù)進行分析，獲取航空器的高度保持偏差數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施例四中，與優(yōu)選實施例一的不同在于，參見圖4，所述仿真與分析模塊具體包括歷史數(shù)據(jù)采集與融合單元，用于采集時間-位置相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，并融合這些數(shù)據(jù)得到飛行軌跡數(shù)據(jù)；模擬飛行數(shù)據(jù)生成單元，用于通過提取歷史飛行流數(shù)據(jù)特征參數(shù)，生成模擬的飛行流；RVSM空域運行仿真單元，用于根據(jù)所述歷史數(shù)據(jù)采集與融合單元和所述模擬飛行數(shù)據(jù)生成單元獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合航路航線結(jié)構(gòu)模型和管制規(guī)則、航空器飛行性能，對RVSM空域運行狀態(tài)進行仿真；以及統(tǒng)計分析單元，用于統(tǒng)計分析綜合垂直碰撞風險模型所需的RVSM空域運行的特性參數(shù)值。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例一中，參見圖5，包括對采集到的高度數(shù)據(jù)進行處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)，并通過計算機模擬仿真RVSM空域的運行狀態(tài)得到RVSM空域運行的特性參數(shù)值；根據(jù)預先建立的航空器綜合垂直碰撞風險模型，求解RVSM空域的運行安全參數(shù)。通過本優(yōu)選實施例可以獲取RVSM空域系統(tǒng)運行安全水平分析結(jié)果，判斷實施RVSM的可行性及其風險水平。
在實際應用中，上述對采集到的高度數(shù)據(jù)進行處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)、通過計算機模擬仿真RVSM空域的運行狀態(tài)得到RVSM空域運行的特性參數(shù)值、預先建立航空器綜合垂直碰撞風險模型及求解RVSM空域的運行安全參數(shù)均有多種實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)上述四個步驟和所述RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例二中，與優(yōu)選實施例一的不同在于，參見圖6，所述預先建立航空器綜合垂直碰撞風險模型具體包括對采集到的碰撞誘因數(shù)據(jù)進行處理得到垂直碰撞誘因的概率分布模型；建立垂直碰撞誘因-垂直碰撞風險-垂直碰撞狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)換過程的數(shù)學描述；對所述垂直碰撞誘因的概率分布模型和所述動態(tài)轉(zhuǎn)換過程的數(shù)學描述進行處理得到垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型；根據(jù)Reich垂直碰撞風險模型對所述垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型進行處理，得到綜合垂直碰撞風險模型。其中，將所述Reich垂直碰撞風險模型與所述垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型結(jié)合，得到所述綜合垂直碰撞風險模型。
在實際應用中，預先建立航空器綜合垂直碰撞風險模型有很多實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)所述預先建立航空器綜合垂直碰撞風險模型和所述RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例三中，與優(yōu)選實施例二的不同在于，所述對采集到的碰撞誘因數(shù)據(jù)進行處理得到垂直碰撞誘因的概率分布模型具體包括對采集到的操作性誤差進行處理得到對應的模型描述，優(yōu)選地，該模型描述基于Petri網(wǎng)；對采集到的航空器意外事件信息進行處理得到對應的模型描述，優(yōu)選地，該模型描述基于Petri網(wǎng)；對采集到的氣象信息進行處理得到對應的模型描述，優(yōu)選地，該模型描述基于Petri網(wǎng)；對采集到的空中防撞系統(tǒng)(TrafficCollision Avoidance System，簡稱TCAS)決策信息進行處理得到對應的模型描述，優(yōu)選地，該模型描述基于Petri網(wǎng)；對采集到的飛行員自身操作誤差進行處理得到對應的模型描述，優(yōu)選地，該模型描述基于Petri網(wǎng)；對采集到的航空器設備誤差進行處理得到對應的模型描述，優(yōu)選地，該模型描述基于Petri網(wǎng)；可選地，對采集到的其他誤差進行處理得到對應的模型描述，優(yōu)選地，該模型描述基于Petri網(wǎng)。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例四中，與優(yōu)選實施例三的不同在于，所述根據(jù)所述數(shù)學描述得到垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型具體包括根據(jù)所述數(shù)學描述得到平行和交叉航路結(jié)構(gòu)垂直碰撞狀態(tài)的發(fā)生概率分布量化結(jié)果；根據(jù)所述數(shù)學描述得到未經(jīng)許可下降穿越飛行高度層垂直碰撞狀態(tài)的發(fā)生概率分布量化結(jié)果；根據(jù)所述數(shù)學描述得到飛錯高度層垂直碰撞狀態(tài)的發(fā)生概率分布量化結(jié)果。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例五中，與優(yōu)選實施例一的不同在于，參見圖7，所述對采集到的高度數(shù)據(jù)進行處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)具體包括采集航空器的絕對高度值和高度保持數(shù)據(jù)，并對所述高度保持數(shù)據(jù)進行處理；對所述絕對高度值、所述高度保持數(shù)據(jù)和所述處理得到的數(shù)據(jù)進行二次處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)。其中，所述高度數(shù)據(jù)包括所述航空器的絕對高度值和高度保持數(shù)據(jù)。
在實際應用中，所述對采集到的高度數(shù)據(jù)進行處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)有很多實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)所述對采集到的高度數(shù)據(jù)進行處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)和所述RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例六中，與優(yōu)選實施例五的不同在于，所述采集航空器的絕對高度值具體包括全球定位衛(wèi)星連續(xù)發(fā)送GPS信號；具有已知坐標的基準站連續(xù)接收所述GPS信號；所述基準站將基準站的參考信息、載波相位觀測值通過無線數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給航空器上的GPS接收機；所述航空器上的GPS接收機接收所述基準站的參考信息、所述載波相位觀測值，并采集GPS衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù)和跟蹤站的衛(wèi)星星歷信息；通過最小二乘搜索法求解載波相位的整周模糊度和周跳參數(shù)；對航空器上的全球定位系統(tǒng)接收機接收到的載波相位數(shù)據(jù)進行差分處理，并利用基準站參考信息和跟蹤站衛(wèi)星星歷信息得到航空器的世界大地坐標系(World Geodetic System，簡稱WGS84)坐標，提取出航空器的絕對高度值。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例七中，與優(yōu)選實施例五的不同在于，所述采集高度保持數(shù)據(jù)，并對所述高度保持數(shù)據(jù)進行處理具體包括地面二次雷達發(fā)射機向RVSM空域范圍內(nèi)的航空器發(fā)出詢問信號；航空器上的機載應答機，可選地為模式C應答機，接收到地面二次雷達詢問信號后，把航空器信息發(fā)送給地面二次雷達接收機；地面二次雷達接收機接收到所述航空器信息后進行處理；從所述處理得到的數(shù)據(jù)中提取出航空器實際飛行高度值。
進一步地，所述采集高度保持數(shù)據(jù)，并對所述高度保持數(shù)據(jù)進行處理具體包括從管制中心采集航行情報數(shù)據(jù)，并從氣象部門采集RVSM空域的大氣參數(shù)；對所述航行情報數(shù)據(jù)進行處理得到航空器的許可飛行高度值；根據(jù)機場參考點的大地高和氣壓高求解GPS測高基準與氣壓測高基準的差異值的集合。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例八中，與優(yōu)選實施例五的不同在于，所述對所述絕對高度值、所述高度保持數(shù)據(jù)和所述處理得到的數(shù)據(jù)進行二次處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)具體包括從所述高度保持數(shù)據(jù)和所述處理得到的數(shù)據(jù)中提取實際飛行高度值和許可飛行高度值；通過GPS測高基準與氣壓測高基準的差異值的集合確定航空器飛行區(qū)域的測高基準差異值，并根據(jù)所述許可飛行高度值獲得許可飛行高度的真實高度值；把所述絕對高度值和所述許可飛行高度的真實高度值作差，得到航空器總垂直偏差；把實際飛行高度值和許可飛行高度值作差，得到飛行員高度設置偏差；對所述航空器總垂直偏差和所述飛行員高度設置偏差進行處理得到機載高度測量系統(tǒng)誤差。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例九中，與優(yōu)選實施例一的不同在于，參見圖8，所述通過計算機模擬仿真RVSM空域的運行狀態(tài)得到RVsM空域運行的特性參數(shù)值具體包括采集航空器時間-位置歷史數(shù)據(jù)，并融合所述歷史數(shù)據(jù)得到飛行軌跡數(shù)據(jù)；在所述歷史數(shù)據(jù)的基礎上，通過提取歷史飛行流數(shù)據(jù)特征參數(shù)，生成模擬的飛行流，以補充RVSM空域運行仿真中所需的109飛行小時量級的飛行流數(shù)據(jù)；建立指定RVSM空域的航路航線結(jié)構(gòu)模型和管制規(guī)則、航空器飛行性能等抽象模型，利用計算機仿真在這兩種模型上追加持續(xù)的飛行流，對RVSM空域的運行狀態(tài)進行仿真得到仿真結(jié)果；對所述仿真結(jié)果進行處理得到綜合垂直碰撞風險模型所需的RVSM空域運行的特性參數(shù)值，包括垂直重疊概率、橫向重疊概率和穿越頻率等。
在實際應用中，所述通過計算機模擬仿真RVSM空域的運行狀態(tài)得到RVSM空域運行的特性參數(shù)值有很多實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)所述通過計算機模擬仿真RVSM空域的運行狀態(tài)得到RVSM空域運行的特性參數(shù)值和所述RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例十中，與優(yōu)選實施例九的不同在于，所述采集航空器時間-位置歷史數(shù)據(jù)，并融合所述歷史數(shù)據(jù)得到飛行軌跡數(shù)據(jù)具體包括從航空固定電信網(wǎng)(Aeronautical Fixed Telecommunication Network，簡稱AFTN)、航空器尋址通信和報告系統(tǒng)(Aircraft Communication Addressing and ReportingSystem，簡稱ACARS)、雷達記錄和航班時刻表中采集歷史數(shù)據(jù)；判斷所述歷史數(shù)據(jù)是否為報文格式數(shù)據(jù)，若是則按照相應的報文格式模板拆分報文，若不是則進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；提取拆分報文和/或格式轉(zhuǎn)換得到的航空器飛行位置-時間四維信息元素，并生成飛行航跡信息序列；根據(jù)所述飛行航跡信息序列，得到航班的飛行航跡四維信息。在實際應用中，AFTN、ACARS兩類數(shù)據(jù)是報文格式數(shù)據(jù)，雷達記錄和航班時刻表兩類數(shù)據(jù)不是報文格式數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例十一中，與優(yōu)選實施例九的不同在于，參見圖9，所述對RVSM空域運行狀態(tài)進行仿真得到仿真結(jié)果具體包括步驟101、從航行資料匯編(Aeronautical Information Publication，簡稱AIP)中采集RVSM空域內(nèi)的靜態(tài)地理位置信息，并確定RVSM空域高度層的配備標準；步驟102、根據(jù)所述靜態(tài)地理位置信息，構(gòu)建RVSM空域的空間物理結(jié)構(gòu)；步驟103、在所述空間物理結(jié)構(gòu)上，添加約束性條件，包括管制規(guī)則和間隔標準；步驟104、采集飛行航跡四維信息、統(tǒng)一系統(tǒng)仿真運行和飛行流數(shù)據(jù)的時鐘；步驟105、在RVSM空域的入口處添加動態(tài)飛行流，完成仿真初始化；步驟106、給定仿真起始時刻，按照固定時間增量推進仿真時鐘；
步驟107、掃描仿真當前時刻所有已進入或即將進入或離開RVSM空域的航空器的活動狀態(tài)；步驟108、列出每一航空器可能的下一步活動或動作，并設定相應的發(fā)生條件；步驟109、根據(jù)每一航空器的當前狀態(tài)，判斷航空器是否滿足下一步活動或動作的條件，若滿足，則更新航空器的活動狀態(tài)并返回步驟107，若不滿足，則結(jié)束活動掃描執(zhí)行步驟110；步驟110、判斷是否終止仿真過程，若不終止，則返回步驟106推進仿真時鐘進行下一輪的航空器活動掃描，若終止，則執(zhí)行步驟111；步驟111、計算處理仿真過程中所采集的RVSM空域運行相關(guān)數(shù)據(jù)，將其作為仿真結(jié)果輸出。
在本發(fā)明所提供的一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)選實施例十二中，與優(yōu)選實施例一的不同在于，所述求解RVSM空域的運行安全參數(shù)具體包括基于貝葉斯(Bayes)方法對所述綜合垂直碰撞風險模型進行驗證，得到所述綜合垂直碰撞風險模型的可信度；從所述高度保持性能監(jiān)視模塊采集航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)；從所述仿真與分析模塊采集綜合垂直碰撞風險模型所需的RVSM空域運行的特性參數(shù)，包括垂直重疊概率、橫向重疊概率和穿越頻率，統(tǒng)計分析各參數(shù)值；參照所述綜合垂直碰撞風險模型通過計算機仿真求解RVSM空域的運行安全參數(shù)。
在實際應用中，求解RVSM空域的運行安全參數(shù)有很多實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)所述求解RVSM空域的運行安全參數(shù)和所述RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法。
最后所應說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種縮小垂直間隔空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，包括碰撞風險分析與建模模塊，用于分析并建立航空器綜合垂直碰撞風險模型；高度保持性能監(jiān)視模塊，用于獲取航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)；仿真與分析模塊，用于通過對縮小垂直間隔空域運行的計算機模擬仿真獲取縮小垂直間隔空域運行的特性參數(shù)值；以及碰撞風險評估模塊，用于根據(jù)所述航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)和所述縮小垂直間隔空域運行的特性參數(shù)值，利用所述綜合垂直碰撞風險模型求解縮小垂直間隔空域系統(tǒng)運行安全水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碰撞風險分析與建模模塊具體包括分析單元，用于分析垂直碰撞誘因，建立垂直碰撞誘因的概率分布模型；建模單元，用于給出垂直碰撞誘因-垂直碰撞風險-垂直碰撞狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)換過程的數(shù)學描述；求解單元，用于建立垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型；以及綜合單元，用于結(jié)合Reich垂直碰撞風險模型，得到綜合垂直碰撞風險模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高度保持性能監(jiān)視模塊具體包括高度獲取單元，用于獲取航空器絕對高度值；數(shù)據(jù)采集與預處理單元，用于采集航空器高度保持數(shù)據(jù)并進行相應的數(shù)據(jù)預處理和分析；以及高度保持偏差數(shù)據(jù)處理單元，用于對所述高度獲取單元和所述數(shù)據(jù)采集與預處理單元獲取的數(shù)據(jù)進行分析，獲取航空器的高度保持偏差數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述仿真與分析模塊具體包括歷史數(shù)據(jù)采集與融合單元，用于采集時間-位置相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，并融合這些數(shù)據(jù)得到飛行軌跡數(shù)據(jù)；模擬飛行數(shù)據(jù)生成單元，用于通過提取歷史飛行流數(shù)據(jù)特征參數(shù)，生成模擬的飛行流；縮小垂直間隔空域運行仿真單元，用于根據(jù)所述歷史數(shù)據(jù)采集與融合單元和所述模擬飛行數(shù)據(jù)生成單元獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合航路航線結(jié)構(gòu)模型、管制規(guī)則和航空器飛行性能，對縮小垂直間隔空域運行狀態(tài)進行仿真；以及統(tǒng)計分析單元，用于統(tǒng)計分析綜合垂直碰撞風險模型所需的縮小垂直間隔空域運行的特性參數(shù)值。
5.一種縮小垂直間隔空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括對采集到的高度數(shù)據(jù)進行處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)，并通過計算機模擬仿真縮小垂直間隔空域的運行狀態(tài)得到縮小垂直間隔空域運行的特性參數(shù)值；根據(jù)預先建立的航空器綜合垂直碰撞風險模型，求解縮小垂直間隔空域的運行安全參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述預先建立航空器綜合垂直碰撞風險模型具體包括對采集到的碰撞誘因數(shù)據(jù)進行處理得到垂直碰撞誘因的概率分布模型；建立垂直碰撞誘因-垂直碰撞風險-垂直碰撞狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)換過程的數(shù)學描述；對所述垂直碰撞誘因的概率分布模型和所述動態(tài)轉(zhuǎn)換過程的數(shù)學描述進行處理得到垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型；根據(jù)Reich垂直碰撞風險模型對所述垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型進行處理，得到綜合垂直碰撞風險模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述對采集到的碰撞誘因數(shù)據(jù)進行處理得到垂直碰撞誘因的概率分布模型具體包括對采集到的操作性誤差進行處理得到對應的模型描述；對采集到的航空器意外事件信息進行處理得到對應的模型描述；對采集到的氣象信息進行處理得到對應的模型描述；對采集到的空中防撞系統(tǒng)決策信息進行處理得到對應的模型描述；對采集到的飛行員自身操作誤差進行處理得到對應的模型描述；對采集到的航空器設備誤差進行處理得到對應的模型描述。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述數(shù)學描述得到垂直碰撞狀態(tài)的概率分布模型具體包括根據(jù)所述數(shù)學描述得到平行和交叉航路結(jié)構(gòu)垂直碰撞狀態(tài)的發(fā)生概率分布量化結(jié)果；根據(jù)所述數(shù)學描述得到未經(jīng)許可下降穿越飛行高度層垂直碰撞狀態(tài)的發(fā)生概率分布量化結(jié)果；根據(jù)所述數(shù)學描述得到飛錯高度層垂直碰撞狀態(tài)的發(fā)生概率分布量化結(jié)果。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述對采集到的高度數(shù)據(jù)進行處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)具體包括采集航空器的絕對高度值和高度保持數(shù)據(jù)，并對所述高度保持數(shù)據(jù)進行處理；對所述絕對高度值、所述高度保持數(shù)據(jù)和所述處理得到的數(shù)據(jù)進行二次處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述采集航空器的絕對高度值具體包括全球定位衛(wèi)星連續(xù)發(fā)送全球定位系統(tǒng)信號；具有已知坐標的基準站連續(xù)接收所述全球定位系統(tǒng)信號；所述基準站將基準站的參考信息和載波相位觀測值通過無線數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給航空器上的全球定位系統(tǒng)接收機；所述航空器上的全球定位系統(tǒng)接收機接收所述基準站的參考信息和所述載波相位觀測值，并采集全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù)和跟蹤站的衛(wèi)星星歷信息；通過最小二乘搜索法求解載波相位的整周模糊度和周跳參數(shù)；對航空器上的全球定位系統(tǒng)接收機接收到的載波相位數(shù)據(jù)進行差分處理，并利用所述基準站參考信息和所述跟蹤站衛(wèi)星星歷信息得到航空器的絕對高度值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述采集高度保持數(shù)據(jù)，并對所述高度保持數(shù)據(jù)進行處理具體包括地面二次雷達發(fā)射機向縮小垂直間隔空域范圍內(nèi)的航空器發(fā)出詢問信號；航空器上的機載應答機接收到地面二次雷達詢問信號后，把航空器信息發(fā)送給地面二次雷達接收機；地面二次雷達接收機接收到所述航空器信息后進行處理；從所述處理得到的數(shù)據(jù)中提取出航空器實際飛行高度值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述采集高度保持數(shù)據(jù)，并對所述高度保持數(shù)據(jù)進行處理具體包括從管制中心采集航行情報數(shù)據(jù)，并從氣象部門采集縮小垂直間隔空域的大氣參數(shù)；對所述航行情報數(shù)據(jù)進行處理得到航空器的許可飛行高度值；根據(jù)機場參考點的大地高和氣壓高求解全球定位系統(tǒng)測高基準與氣壓測高基準的差異值的集合。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對所述絕對高度值、所述高度保持數(shù)據(jù)和所述處理得到的數(shù)據(jù)進行二次處理得到航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)具體包括從所述高度保持數(shù)據(jù)和所述處理得到的數(shù)據(jù)中提取實際飛行高度值和許可飛行高度值；通過全球定位系統(tǒng)測高基準與氣壓測高基準的差異值的集合確定航空器飛行區(qū)域的測高基準差異值，并根據(jù)所述許可飛行高度值獲得許可飛行高度的真實高度值；把所述絕對高度值和所述許可飛行高度的真實高度值作差，得到航空器總垂直偏差；把實際飛行高度值和許可飛行高度值作差，得到飛行員高度設置偏差；對所述航空器總垂直偏差和所述飛行員高度設置偏差進行處理得到機載高度測量系統(tǒng)誤差。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述通過計算機模擬仿真縮小垂直間隔空域的運行狀態(tài)得到縮小垂直間隔空域運行的特性參數(shù)值具體包括采集航空器時間-位置歷史數(shù)據(jù)，并融合所述歷史數(shù)據(jù)得到飛行軌跡數(shù)據(jù)；從所述飛行軌跡數(shù)據(jù)中提取歷史飛行流數(shù)據(jù)特征參數(shù)，生成模擬的飛行流；對縮小垂直間隔空域運行狀態(tài)進行仿真得到仿真結(jié)果；對所述仿真結(jié)果進行處理得到綜合垂直碰撞風險模型所需的縮小垂直間隔空域運行的特性參數(shù)值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述采集航空器時間-位置歷史數(shù)據(jù)，并融合所述歷史數(shù)據(jù)得到飛行軌跡數(shù)據(jù)具體包括從航空固定電信網(wǎng)、航空器尋址通信和報告系統(tǒng)、雷達記錄和航班時刻表中采集歷史數(shù)據(jù)；判斷所述歷史數(shù)據(jù)是否為報文格式數(shù)據(jù)，若是則按照相應的報文格式模板拆分報文，若不是則進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；提取拆分報文和/或格式轉(zhuǎn)換得到的航空器飛行位置-時間四維信息元素，并生成飛行航跡信息序列；根據(jù)所述飛行航跡信息序列，得到航班的飛行航跡四維信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述對縮小垂直間隔空域運行狀態(tài)進行仿真得到仿真結(jié)果具體包括步驟101、從航行資料匯編中采集縮小垂直間隔空域內(nèi)的靜態(tài)地理位置信息，并確定縮小垂直間隔空域高度層的配備標準；步驟102、根據(jù)所述靜態(tài)地理位置信息，構(gòu)建縮小垂直間隔空域的空間物理結(jié)構(gòu)；步驟103、在所述空間物理結(jié)構(gòu)上，添加約束性條件，包括管制規(guī)則和間隔標準；步驟104、采集飛行航跡四維信息、統(tǒng)一系統(tǒng)仿真運行和飛行流數(shù)據(jù)的時鐘；步驟105、在縮小垂直間隔空域的入口處添加動態(tài)飛行流，完成仿真初始化；步驟106、給定仿真起始時刻，按照固定時間增量推進仿真時鐘；步驟107、掃描仿真當前時刻所有已進入或即將進入或離開縮小垂直間隔空域的航空器的活動狀態(tài)；步驟108、列出每一航空器可能的下一步活動或動作，并設定相應的發(fā)生條件；步驟109、根據(jù)每一航空器的當前狀態(tài)，判斷航空器是否滿足下一步活動或動作的條件，若滿足，則更新航空器的活動狀態(tài)并返回步驟107，若不滿足，則結(jié)束活動掃描執(zhí)行步驟110；步驟110、判斷是否終止仿真過程，若不終止，則返回步驟106推進仿真時鐘進行下一輪的航空器活動掃描，若終止，則執(zhí)行步驟111；步驟111、計算處理仿真過程中所采集的縮小垂直間隔空域運行相關(guān)數(shù)據(jù)，將其作為仿真結(jié)果輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述求解縮小垂直間隔空域的運行安全參數(shù)具體包括對所述綜合垂直碰撞風險模型進行驗證，得到所述綜合垂直碰撞風險模型的可信度；從所述高度保持性能監(jiān)視模塊采集航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)；從所述仿真與分析模塊采集綜合垂直碰撞風險模型所需的縮小垂直間隔空域運行的特性參數(shù)，包括垂直重疊概率、橫向重疊概率和穿越頻率，統(tǒng)計分析各參數(shù)值；參照所述綜合垂直碰撞風險模型通過計算機仿真求解縮小垂直間隔空域的運行安全參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種縮小垂直間隔(RVSM)空域的運行安全數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括碰撞風險分析與建模模塊，用于分析并建立RVSM空域內(nèi)航空器綜合垂直碰撞風險模型；高度保持性能監(jiān)視模塊，用于獲取航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)；仿真與分析模塊，用于通過對RVSM空域運行的計算機模擬仿真獲取RVSM空域運行的特性參數(shù)值；以及碰撞風險評估模塊，用于根據(jù)所述航空器高度保持偏差數(shù)據(jù)和所述RVSM空域運行的特性參數(shù)值，利用所述綜合垂直碰撞風險模型求解RVSM空域系統(tǒng)運行安全水平。本發(fā)明還公開了一種RVSM空域的運行安全數(shù)據(jù)處理方法。通過本發(fā)明可以獲取RVSM空域系統(tǒng)運行安全水平分析結(jié)果，為RVSM實施的安全性論證和RVSM運行的風險管理提供決策方法和支持手段。
文檔編號G06F19/00GK101013529SQ20071006314
公開日2007年8月8日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者張學軍, 劉鋒, 張軍, 兆珺 申請人:北京航空航天大學