飛行路徑選擇方法和裝置、飛行器和空中交通管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種飛行路徑選擇方法和裝置、飛 行器和空中交通管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航空運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，對(duì)空中交通管理秩序的管理正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
[0003] 對(duì)飛行器進(jìn)行路徑規(guī)劃是保證飛行器飛行安全和提高空中交通效率的重要手段。 目前的飛行路徑選擇方法多是在飛行器飛行前對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃，較為常見(jiàn)的方法是在飛行 器起飛前，從預(yù)先確定的起飛點(diǎn)與目的地之間的多條飛行路徑中，根據(jù)特定的準(zhǔn)則選定一 條最優(yōu)路徑，但是該方法要獲取網(wǎng)絡(luò)整體的信息，運(yùn)算量大，且缺乏根據(jù)實(shí)際空況調(diào)整飛行 路徑的靈活性。為了滿足日益多樣化的飛行需求，亟需研發(fā)一種可以在飛行器飛行途中，快 速對(duì)飛行路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇的方法，以提高航空網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，提高空域資源的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種飛行路徑選擇方法和裝置、飛行器和空中交通管理系統(tǒng)，通過(guò)利 用飛行器當(dāng)前飛行航路段終點(diǎn)的關(guān)聯(lián)航路段信息，結(jié)合飛行器自身的轉(zhuǎn)向角，動(dòng)態(tài)選擇預(yù) 飛行的下一個(gè)航路段。該方法運(yùn)算量小，可以根據(jù)各個(gè)航路點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，快速靈活的確定 飛行器最優(yōu)飛行路徑，有效提高航空網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，提高空域資源的利用率。
[0005] 本發(fā)明提供一種飛行路徑選擇方法，包括：
[0006] 步驟A、選擇裝置確定與起飛點(diǎn)直接關(guān)聯(lián)的所有待選航路點(diǎn)的集合Vs，針對(duì)所述集 合Vs內(nèi)各個(gè)待選航路點(diǎn)，計(jì)算各個(gè)待選航路點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)；
[0007] 步驟B、所述選擇裝置在所述集合Vsft確定具有最小代價(jià)函數(shù)值的待選航路點(diǎn)作 為第一航路段終點(diǎn)；
[0008] 步驟C、所述選擇裝置確定與所述第一航路段終點(diǎn)直接關(guān)聯(lián)的所有待選航路點(diǎn)的 集合V1，判斷所述集合V1內(nèi)是否存在所述飛行器的目的地；若存在，執(zhí)行步驟D ;若不存在， 執(zhí)行步驟E ;
[0009] 步驟D、所述選擇裝置確定所述第一航路段終點(diǎn)與所述目的地間的航路段為最末 航路段，結(jié)束所述飛行路徑選擇；
[0010] 步驟E、所述選擇裝置根據(jù)所述飛行器的最大轉(zhuǎn)向角，刪除所述集合V1內(nèi)大于所述 最大轉(zhuǎn)向角的待選航路點(diǎn)，得到集合V針對(duì)所述集合V1'內(nèi)各個(gè)待選航路點(diǎn)， 計(jì)算各個(gè)待選航路點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)；在所述集合V內(nèi)確定具有最小代價(jià)函數(shù)值的待選航路 點(diǎn)作為下一個(gè)航路段終點(diǎn)；
[0011] 步驟F、所述選擇裝置更新所述第一航路段終點(diǎn)為所述下一個(gè)航路段終點(diǎn)，返回執(zhí) 行所述步驟C。
[0012] 本發(fā)明還提供一種飛行路徑選擇裝置，包括：
[0013] 計(jì)算模塊，用于確定與起飛點(diǎn)直接關(guān)聯(lián)的所有待選航路點(diǎn)的集合Vs，針對(duì)所述集 合Vs內(nèi)各個(gè)待選航路點(diǎn)，計(jì)算各個(gè)待選航路點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)；在所述集合V 3內(nèi)確定具有最小 代價(jià)函數(shù)值的待選航路點(diǎn)作為第一航路段終點(diǎn)；
[0014] 判斷模塊，用于確定與所述第一航路段終點(diǎn)直接關(guān)聯(lián)的所有待選航路點(diǎn)的集合 V1，判斷所述集合V1內(nèi)是否存在所述飛行器的目的地；若存在，確定所述第一航路段終點(diǎn)與 所述目的地間的航路段為最末航路段，結(jié)束所述飛行路徑選擇；
[0015] 所述計(jì)算模塊，還用于在所述判斷模塊判斷出所述集合V1內(nèi)不存在所述飛行器 的目的地的情況下，根據(jù)所述飛行器的最大轉(zhuǎn)向角，刪除所述集合V1內(nèi)大于所述最大轉(zhuǎn)向 角的待選航路點(diǎn)，得到集合V1'，針對(duì)所述集合V1'內(nèi)各個(gè)待選航路點(diǎn)，計(jì)算各個(gè)待選航路 點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)；在所述集合V1'內(nèi)確定具有最小代價(jià)函數(shù)值的待選航路點(diǎn)作為下一個(gè)航路 段餘占.
[0016] 更新模塊，用于更新所述第一航路段終點(diǎn)為所述下一個(gè)航路段終點(diǎn)，并通知所述 判斷模塊繼續(xù)執(zhí)行。
[0017] 本發(fā)明還提供一種飛行器，包括飛行器本體，在所述飛行器本體內(nèi)安裝有如上所 述的選擇裝置，還包括：
[0018] 第一獲取模塊，用于從所述飛行器和/或空中交通管理系統(tǒng)獲取第一代價(jià)參數(shù)， 所述第一代價(jià)函數(shù)參數(shù)包括：飛行器平均飛行速度V、飛行目的地nh、待選航路點(diǎn)η]、當(dāng)前飛 行航路段終點(diǎn)或起飛點(diǎn)ni;
[0019] 發(fā)送接收模塊，用于發(fā)送第二代價(jià)函數(shù)參數(shù)獲取請(qǐng)求到所述空中交通管理系統(tǒng)， 所述獲取請(qǐng)求包括：所述飛行器標(biāo)識(shí)；接收所述空中交通管理系統(tǒng)根據(jù)所述飛行器標(biāo)識(shí)獲 取到的所述第二代價(jià)函數(shù)參數(shù)，所述第二代價(jià)函數(shù)參數(shù)包括噸和η ,航路段上實(shí)時(shí)飛行器 數(shù)量Lip叫和η ,間航路段上所允許的飛行器最大數(shù)量C η,在單位時(shí)間內(nèi)允許通過(guò)的飛 行器數(shù)量D,、與η,直接關(guān)聯(lián)的所有航路段上朝向η ,飛行的飛行器的實(shí)時(shí)數(shù)量Q 以使所述 選擇裝置的所述計(jì)算模塊根據(jù)所述第一代價(jià)函數(shù)參數(shù)與所述第二代價(jià)函數(shù)參數(shù)計(jì)算各個(gè) 待選航路點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)；所述代價(jià)函數(shù)為：
;其中，
[0021] 匕:待選航路點(diǎn)η ^對(duì)應(yīng)的代價(jià)函數(shù)，若飛行器飛行中，下標(biāo)i標(biāo)識(shí)飛行器當(dāng)前飛行 航路段的終點(diǎn)，下標(biāo)j標(biāo)識(shí)飛行器下一個(gè)飛行航路段的待選航路點(diǎn)；若飛行器未起飛，下標(biāo) i標(biāo)識(shí)飛行器起飛點(diǎn)，下標(biāo)j標(biāo)識(shí)飛行器第一航路段的待選航路點(diǎn)；
[0022] djh:待選航路點(diǎn)n j與飛行目的地n 間的實(shí)際距離，下標(biāo)h標(biāo)識(shí)飛行器目的地；
[0023] V:飛行器平均飛行速度；
[0024] dlj:航路點(diǎn)n i和待選航路點(diǎn)n j之間的實(shí)際距離；
[0025] Llj:航路點(diǎn)n i和待選航路點(diǎn)η之間的航路段上實(shí)時(shí)的飛行器數(shù)量；
[0026] Cu:航路點(diǎn)η ;和待選航路點(diǎn)n 之間的航路段上所允許的飛行器最大數(shù)量；
[0027] β :第一預(yù)設(shè)參數(shù)，用于調(diào)節(jié)航路點(diǎn)Ii1和待選航路點(diǎn)η ,之間所允許的飛行器最大 數(shù)量，〇 < β彡1 ;
[0028] Dj:待選航路點(diǎn)n 在單位時(shí)間內(nèi)允許通過(guò)的飛行器數(shù)量；
[0029] Q]:與待選航路點(diǎn)η ,直接關(guān)聯(lián)的所有航路段上朝向待選航路點(diǎn)η ,飛行的飛行器的 實(shí)時(shí)數(shù)量；
[0030] γ 1:第二預(yù)設(shè)參數(shù)，用于調(diào)節(jié)η ,和n h的實(shí)際距離在代價(jià)函數(shù)中的權(quán)重，取值范圍 為γ々〇 ;
[0031] γ 2:第三預(yù)設(shè)參數(shù)，用于調(diào)節(jié)n JP η ,之間的實(shí)際距離和實(shí)時(shí)的飛行器數(shù)量在代價(jià) 函數(shù)中的權(quán)重，取值范圍為γ2> 〇 ;
[0032] γ3:第四預(yù)設(shè)參數(shù)，用于調(diào)節(jié)朝向待選航路點(diǎn)η ,飛行的飛行器實(shí)時(shí)數(shù)量在代價(jià)函 數(shù)中的權(quán)重，取值范圍為γ3^〇。
[0033] 本發(fā)明還提供一種空中交通管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括如上所述的選擇裝置，還包 括：
[0034] 接收模塊，用于接收所述飛行器發(fā)送的飛行路徑選擇請(qǐng)求，所述選擇請(qǐng)求包括：所 述飛行器標(biāo)識(shí)；
[0035] 第二獲取模塊，根據(jù)所述飛行器標(biāo)識(shí)直接從所述空中交通管理系統(tǒng)中獲取所述飛 行器的第二代價(jià)函數(shù)參數(shù)；所述第二代價(jià)函數(shù)參數(shù)包括噸和η ,航路段上實(shí)時(shí)飛行器數(shù)量 Lip叫和η ,間航路段上所允許的飛行器最大數(shù)量C 1Ρ η,在單位時(shí)間內(nèi)允許通過(guò)的飛行器 數(shù)量D,、與η,直接關(guān)聯(lián)的所有航路段上朝向η ,飛行的飛行器的實(shí)時(shí)數(shù)量Q 所述第二獲取 模塊，還用于從所述飛行器和/或所述空中交通管理系統(tǒng)中獲取第一代價(jià)參數(shù)，所述第一 代價(jià)函數(shù)參數(shù)包括：飛行器平均飛行速度ν、飛行目的地nh、待選航路點(diǎn)η,、當(dāng)前飛行航路段 終點(diǎn)或起飛點(diǎn)η1;以使所述選擇裝置的所述計(jì)算模塊根據(jù)所述第一代價(jià)函數(shù)參數(shù)與所述第 二代價(jià)函數(shù)參數(shù)計(jì)算各個(gè)待選航路點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)；
[0036] 發(fā)送模塊，用于當(dāng)所述計(jì)算模塊確定具有最小代價(jià)函數(shù)值的待選航路點(diǎn)之后， 發(fā)送所述具有最小代價(jià)函數(shù)值的待選航路點(diǎn)結(jié)果到所述飛行器；其中，所述代價(jià)函數(shù)為：
其中，
[0037] flj:待選航路點(diǎn)η #寸應(yīng)的代價(jià)函數(shù)，若飛行器飛行中，下標(biāo)i標(biāo)識(shí)飛行器當(dāng)前飛行 航路段的終點(diǎn)，下標(biāo)j標(biāo)識(shí)飛行器下一個(gè)飛行航路段的待選航路點(diǎn)；若飛行器未起飛，下標(biāo) i標(biāo)識(shí)飛行器起飛點(diǎn)，下標(biāo)j標(biāo)識(shí)飛行器第一航路段的待選航路點(diǎn)；
[0038] djh:待選航路點(diǎn)n j與飛行目的地n 間的實(shí)際距離，下標(biāo)h標(biāo)識(shí)飛行器目的地；
[0039] V:飛行器平均飛行速度；
[0040] dlj:航路點(diǎn)n i和待選航路點(diǎn)n j之間的實(shí)際距離；
[0041] Llj:航路點(diǎn)n i和待選航路點(diǎn)η之間的航路段上實(shí)時(shí)的飛行器數(shù)量；
[0042] Cu:航路點(diǎn)η ;和待選航路點(diǎn)n 之間的航路段上所允許的飛行器最大數(shù)量；
[0043] β :第一預(yù)設(shè)參數(shù)，用于調(diào)節(jié)航路點(diǎn)Ii1和待選航路點(diǎn)η ,之間所允許的飛行器最大 數(shù)量，〇 < β彡1 ;
[0044] Dj:待選航路點(diǎn)n 在單位時(shí)間內(nèi)允許通過(guò)的飛行器數(shù)量；
[0045] Q]:與待選航路點(diǎn)η ,直接關(guān)聯(lián)的所有航路段上朝向待選航路點(diǎn)η ,飛行的飛行器 的實(shí)時(shí)數(shù)量；
[0046]