一種基于模式匹配的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于模式匹配的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法，計算機系統(tǒng)包括一個運行在客戶端的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)，終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)包括進場航跡分段模塊和進場航跡匹配模塊；進場航跡分段模塊是根據(jù)終端區(qū)各航班的歷史航跡數(shù)據(jù)對各條航跡數(shù)據(jù)進行分段處理，進場航跡匹配模塊是基于歷史航跡的分段結(jié)果，尋找與當(dāng)前航跡最相似的航跡段，并依據(jù)該歷史航跡段信息實現(xiàn)對當(dāng)前航跡飛行時間的預(yù)測；其優(yōu)點是，在機場航跡分段和航跡匹配的基礎(chǔ)上，能夠快速、有效的實現(xiàn)終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測，從而輔助相關(guān)人員科學(xué)、合理的把握進場航空器的飛行態(tài)勢，及時有效地采取空中交通管理措施，保障空中交通的安全、高效運行。
【專利說明】—種基于模式匹配的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行航跡預(yù)測領(lǐng)域，特別涉及一種基于模式匹配的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法，應(yīng)用本方法實現(xiàn)終端區(qū)航班進場飛行時間的預(yù)測、利于及時有效的采取空中交通管理措施，保障終端區(qū)交通的運輸效率和減少航班延誤。
【背景技術(shù)】
[0002]航跡預(yù)測指在飛行前或飛行過程中，根據(jù)飛行計劃、雷達顯示數(shù)據(jù)及FPL (FlightPlan飛行計劃)報信息對飛機預(yù)計飛行位置、高度和時間進行預(yù)測。根據(jù)航跡預(yù)測所用信息源以及預(yù)測時間，可分為班期時刻表航跡、航班計劃航跡、實時預(yù)測航跡及管制意圖航跡。航跡預(yù)測是空中交通管理自動化系統(tǒng)及空管輔助決策系統(tǒng)中的重要組成部分，也是國內(nèi)外空管界研究的熱點問題之一。
[0003]目前飛行航跡預(yù)測方法主要有兩大類:一是基于基本飛行模型的預(yù)測，二是基于歷史航跡數(shù)據(jù)挖掘的預(yù)測。其中:基本飛行模型預(yù)測需要建立飛機飛行動力學(xué)模型和飛行全過程飛機性能模型，據(jù)此對飛行過程中航跡信息進行預(yù)測。如:根據(jù)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)機制，將飛行全過程分為基本飛行模型模塊，針對基本飛行模型模塊分別建立性能計算模型，最后進行航跡合成得到完整的4D飛行航跡；或者根據(jù)雷達掃描得到飛機過航路點信息，根據(jù)該信息以及飛機飛行速度、航跡角，按勻速飛行原理推測得到飛機過下一航路點的時間，依此類推即可得到不斷更新得到后續(xù)航路點信息?；跉v史航跡數(shù)據(jù)挖掘的預(yù)測，則根據(jù)歷史航跡數(shù)據(jù)信息， 通過回歸分析方法預(yù)測飛行時間。如:通過分析管制和氣象因子對飛行總時間的影響建立相應(yīng)的回歸模型，并進一步通過比對獲得對飛行位置的預(yù)測；或者根據(jù)飛機本次飛行過程中過去時刻數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)，通過卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬方法建立飛機航跡短期預(yù)測模型。
[0004]對于終端區(qū)飛行航跡而言，由于飛機構(gòu)型和參數(shù)多變，飛機受力分析非常復(fù)雜，采用簡化模型實際很難準確模擬飛機運動，因此在終端區(qū)范圍內(nèi)采用飛機公司經(jīng)試飛確定的計算模型最為精確。但飛機公司一般不會直接提供相應(yīng)計算模型給航空公司，而且飛機飛行過程中還存在氣象、管制不確定因素的影響。因此，采用基本飛行模型預(yù)測方法難以對這些不確定因素進行分析，需要有效的預(yù)測方法實現(xiàn)對終端區(qū)飛行航跡預(yù)測。
[0005]考慮到現(xiàn)有飛行航跡預(yù)測的現(xiàn)狀，尚缺少一種能夠快速、有效、實用的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有【技術(shù)領(lǐng)域】的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種新的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法，該方法基于飛行航跡的模式匹配來研究終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測，以求能夠快速、有效的預(yù)測終端區(qū)進場時間，從而及時有效的采取空中交通管理措施，保障飛行安全和提聞運輸效率。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于模式匹配的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法，通過計算機系統(tǒng)輔助實現(xiàn)，所述計算機系統(tǒng)主要由客戶端/服務(wù)器(C/S)模式構(gòu)成，計算機系統(tǒng)包括空域?qū)Ш綌?shù)據(jù)庫、仿真驅(qū)動子系統(tǒng)、終端區(qū)結(jié)構(gòu)建模子系統(tǒng)、航班計劃子系統(tǒng)和顯示與交互子系統(tǒng)，其特征在于，計算機系統(tǒng)中還包括一個運行在客戶端的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)，所述終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)用作終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法的實現(xiàn)平臺；
終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)包括進場航跡分段模塊和進場航跡匹配模塊；其中:
所述進場航跡分段模塊是根據(jù)終端區(qū)各航班的歷史航跡數(shù)據(jù)Yi，Zi，V, TpH1)]對各條航跡數(shù)據(jù)進行分段處理，i=l，2，…，/7，其中，盡乙)為各航跡點三維坐標，Ki為該點地速，T1為過點時刻,私為飛機航向，/7為航跡點個數(shù)；處理過程包括:
1)確定某條航跡進入終端區(qū)點、起始進近定位點和最后進近定位點的序號，并設(shè)起始進近定位點為第々個點；
2)對該航跡上第I個點至第A個點，根據(jù)水平斜率進行分段線性擬合，設(shè)線性擬合后將航跡點分為《組，即《個直線段；
3)對上述《個航跡組，分別計算其與標稱航跡偏離情況，對每個航跡組中各航跡點，根
據(jù)尤或A的值進行插值，得到標稱航跡上對應(yīng)的4或^值，分別計算該航跡點與標稱航
跡上點的偏離程度，即
【權(quán)利要求】
1.一種基于模式匹配的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法，通過計算機系統(tǒng)輔助實現(xiàn)，所述計算機系統(tǒng)主要由客戶端/服務(wù)器(C/S)模式構(gòu)成，計算機系統(tǒng)包括空域?qū)Ш綌?shù)據(jù)庫、仿真驅(qū)動子系統(tǒng)、終端區(qū)結(jié)構(gòu)建模子系統(tǒng)、航班計劃子系統(tǒng)和顯示與交互子系統(tǒng)，其特征在于，計算機系統(tǒng)中還包括一個運行在客戶端的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)，所述終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)用作終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法的實現(xiàn)平臺； 終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)包括進場航跡分段模塊和進場航跡匹配模塊；其中: 所述進場航跡分段模塊是根據(jù)終端區(qū)各航班的歷史航跡數(shù)據(jù)Yi，Zi，V, TpH1)]對各條航跡數(shù)據(jù)進行分段處理，i=l，2，…，/7，其中，盡乙)為各航跡點三維坐標，Ki為該點地速，T1為過點時刻,私為飛機航向，/7為航跡點個數(shù)；處理過程包括: 1)確定某條航跡進入終端區(qū)點、起始進近定位點和最后進近定位點的序號，并設(shè)起始進近定位點為第々個點； 2)對該航跡上第I個點至第A個點，根據(jù)水平斜率進行分段線性擬合，設(shè)線性擬合后將航跡點分為《組，即《個直線段； 3)對上述《個航跡組，分別計算其與標稱航跡偏離情況，對每個航跡組中各航跡點，根據(jù)石或&的值進行插值，得到標稱航跡上對應(yīng)的值，分別計算該航跡點與標稱航跡上點的偏離程度，即
2.如權(quán)利要求1所述一種基于模式匹配的終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測方法，其特征在于，利用所述進場航跡分段模塊實現(xiàn)歷史航跡的分段處理，利用所述進場航跡匹配模塊實現(xiàn)當(dāng)前航跡與歷史航跡的匹配的步驟為；步驟1:在終端區(qū)結(jié)構(gòu)建模子系統(tǒng)中輸入終端區(qū)航路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，標稱航路航線數(shù)據(jù)，在航班計劃子系統(tǒng)中編制航班計劃數(shù)據(jù)，設(shè)置仿真時間，調(diào)用仿真驅(qū)動子系統(tǒng)，統(tǒng)計各進場航班的實際航跡數(shù)據(jù)，統(tǒng)計實際航跡點與標稱航跡上點的偏離程度及偏離方向； 步驟2:在終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)的進場航跡分段模塊中，基于實際航跡點與標稱航跡上點的偏離程度及偏離方向，判斷當(dāng)前航跡及歷史航跡的各航跡段的飛行狀態(tài):標稱航跡上；標稱航跡左側(cè)且遠離標稱航跡；標稱航跡左側(cè)且靠近標稱航跡；標稱航跡左側(cè)且平行標稱航跡；標稱航跡右側(cè)且遠離標稱航跡；標稱航跡右側(cè)且靠近標稱航跡；標稱航跡右側(cè)且平行標稱航跡； 步驟3:在終端區(qū)進場飛行時間預(yù)測子系統(tǒng)的進場航跡匹配模塊中，將當(dāng)前航跡的分段結(jié)果與歷史航跡分段結(jié)果進行匹配，選出相似程度最高的歷史航跡作為當(dāng)前航跡的匹配航跡，基于匹配航跡各航跡段的飛行時間對當(dāng)前航跡未來I分鐘的飛行時間進行預(yù)測；步驟4:終端區(qū)進場 飛行時間預(yù)測結(jié)果在顯示與交互子系統(tǒng)中顯示出來。
【文檔編號】G08G5/02GK104008674SQ201410266912
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】黃寶軍, 徐肖豪, 李善梅, 趙嶷飛, 王超, 高偉, 王潔寧, 張春鳳, 王飛, 王興隆, 張昭悅, 劉宏志, 岳仁田, 王濤波 申請人:中國民航大學(xué)