專利名稱：基于實時雷達和飛行情報的短期空中交通流量預測方法
技術領域：
本發明涉及計算機應用的模擬仿真方法，特別是空中交通流量的預測方法。
背景技術：
傳統的短期空中交通流量預測通常采用基于飛行情報的經驗值預測法，存在著預測精 度不高的問題。為了改善預測精度，國內外研究機構紛紛開始考慮如何將實時雷達數據 引入到預測中，取得了一些成果。歸結起來其主要步驟是根據飛機飛越航路點時的真實 雷達數據或電報數據，以及預先建立的簡單的飛行模型，推測出未來航段中飛機的飛行 時間、速度、位置等信息，從而得到預測流量。存在的主要缺點是 一、主要根據飛越 航路點的雷達或電報數據進行預測，因此丟失了很多細節信息；二、飛行模型太簡單， 只分為離場階段(勻加速運動)、航路階段(勻速運動)和進場階段(勻減速運動)，而 實際飛行過程要復雜得多；三、未考慮氣象條件尤其是高空風對飛行的影響。這幾個缺 點將會導致預測時間誤差較大，預測精度不夠理想。
發明內容
本發明的目的是提供一種全新的預測方法。本方法基于實時雷達數據和飛行情報進行 空中交通流量預測。解決了傳統預測方法誤差較大、精度不高的問題。
本發明的目的是這樣達到的 一種基于實時雷達和飛行情報的短期空中交通流量預測 方法，其特征在于根據不同的飛機機型建立相應的飛行模型，從飛行計劃中得到其飛 行路線和指定巡航速度，粗略預測出飛越每個航路點的時間、速度，以及要何時何地經 過哪些管制區；在飛機起飛后，用實時雷達數據對已有的預測做出修正，使預測數據不 斷趨近于真實數據；在全程飛行過程中，引進有關高空風的數據，判斷風對飛行的影響， 修正有關飛行模型。預測方法所需雷達數據直接從ATC系統中引接，飛行情報信息和氣 象信息從AFTN網引接。本方法的系統設置有飛行情報及氣象處理服務器、雷達數據處理 服務器、流量處理服務器、數據庫和顯示終端，通過以太網進行數據交換。在飛行情報 及氣象處理服務器上運行飛行情報處理模塊和高空風處理模塊在雷達數據處理服務器 上運行實時雷達數據處理模塊在流量處理服務器上運行飛機飛行模型模塊和流量預測 模塊。
所述飛行情報處理模塊完成的任務是根據飛行計劃，提取出相關信息，包括- 飛機機型、預計起飛時間、起飛機場、降落機場、指定巡航高度和速度、飛行路線等 信息，同時根據起飛報，提取出實際起飛時間，結合飛機飛行模型模塊一起對飛行過 程做出粗略預測。高空風處理模塊主要負責處理高空風對預測的影響，根據氣象部門 送來的高空風數據，以及飛行情報處理模塊得到的飛行路線信息，判斷飛機要穿越哪 些高空風區，將這些風區對飛行速度的影響反饋給飛機飛行模型模塊，供其修正飛行 模型。
所述實時雷達數據處理模塊主要負責利用實時雷達數據修正預測，根據不斷更新 的實時雷達數據，判斷其處于哪一個飛行階段，將實時位置信息和速度信息作為運動 參數代入飛機飛行模型模塊，使其不斷修正預測的四維飛行軌跡。
所述飛機飛行模型模塊主要負責對飛行過程進行建模，根據不同的機型，該模塊 給出其起飛階段、進入航路加速階段、航路爬升階段、巡航階段、航路下降階段、航 路減速階段和進近階段的運動參數，以此對飛行過程做出預測，建立四維飛行軌跡； 流量預測模塊主要負責對用戶指定的區域進行流量預測，根據飛行計劃確定哪些航班 將要經過指定區域，并根據這些航班的預測飛行信息判斷它們將要在何時何地經過指 定區域，從而得到指定區域的預測流量。
所述數據庫負責提供空域、航路、航線的基本結構信息和航空器的基本性能參數。
所述顯示終端負責顯示當前飛行態勢以及統計和預測流量，同時接收用戶請求， 將操作指令反饋到各服務器上。
所述飛行情報處理過程是-
收到飛行預報(PLN)、領航計劃報(FPL)、修訂飛行預報(C0R)、修訂領航計劃 報(CHG)和現行飛行變更報(CPL)后，提取出飛機機型、預計起飛時間、起飛機場、 降落機場、指定巡航高度和速度、飛行路線等信息，傳給飛機飛行模型模塊；
收到起飛報(DEP)和延誤報(DLA)后，更改起飛時間并通知飛機飛行模型模塊;
收到取消重復與非重復性飛行預報(ABS)和取消領航計劃報(CNL)后，通知飛 機飛行模型模塊刪除已建立的相應航班的飛行模型。
所述飛機飛行模型處理過程是根據機型，査找出該機型的通用飛行模型；
根據巡航高度、速度和飛行路線，以及在高空風區內的飛行距離和高空風速，判 斷是否有必要調整飛行模型；
確定飛機在每個飛行階段，包括起飛階段、進入航路加速階段、航路爬升階段、 巡航階段、航路下降階段、航路減速階段、進近階段和穿越高空風區階段的運動方程 和參數；
判斷出變化飛行階段的位置和時間，以及進出每個管制區域的位置和時間。
所述高空風處理的處理過程是 根據氣象部門送來的氣象信息，提取出高空風區域、區域內的風速和風向信息； 根據飛行情報處理模塊得到的飛行路線信息，判斷飛機將會穿越哪些高空風區，確定 飛機在這些高空風區域內的飛行距離，以及高空風沿飛行路線的速度分量，將這些信 息傳給飛機飛行模型模塊，供其修正飛行模型。
所述實時雷達數據的處理過程是負責對實時雷達數據進行解碼，得到飛機的實 時位置信息，經度、緯度、高度等；飛機的速度信息，速度大小、方向等，傳給飛機 飛行模型模塊，供其不斷修正預測。
所述流量預測的處理過程是 根據用戶指定的預測區域和每架飛機的預測四維飛行軌跡，判斷飛機是否會經過該區 域，如果要經過，確定進出該區域的時間；
判斷飛機進出區域的時間段和用戶指定的預測時間段是否有重疊，如果有，將該 架飛機計入預測流量；
對所有飛機執行上述判斷后得到總預測流量。
本發明的有益效果是在傳統的基于飛行情報的流量預測的基礎上真正引入了實 時雷達數據和氣象情報對預測進行修正，充分考慮到高空風對飛行速度的影響，極大 的提高了流量預測的準確性和可靠性。預測處理過程清晰簡單，數據結果直觀顯示， 更加有利于決策者的空中交通管理和指揮。
圖l是系統的軟件結構示意圖。
圖2是系統結構示意圖。
圖3是飛行情報處理過程示意圖。
圖4是高空風處理過程示意圖。
圖5是飛機飛行模型處理過程示意圖
圖6是流量預測過程示意圖。
具體實施例方式
附圖給出了本發明的一個具體實施例。
圖1示出本預測方法的軟件結構和預測過程。飛行情報處理模塊接收飛行情報并 處理后，將情報處理結果分別發送給高空風處理模塊、飛機飛行模型模塊和流量處理 模塊。高空風處理模塊接收氣象信息后傳送給飛機飛行模塊。實時雷達數據處理模塊接收到實時雷達數據并處理后同樣傳送到飛機飛行模型模塊，由飛機飛行模型模塊根 據接收的飛行情報、高空風處理數據和雷達數據進行飛行模型的建立，最后送到流量 預測模塊。流量預測模塊根據飛行模型和飛行情報，確定計入預測流量，得出總的預 測量。從圖2可知，各個服務器之間的數據傳輸通過以太網進行。
圖3圖示出了飛行情報處理的過程。飛行情報模塊飛行情報后對收到的飛行預報 (PLN)、領航計劃報(FPL)、修訂飛行預報(C0R)、修訂領航計劃報(CHG)和現行 飛行變更報(CPL)分析，提取出飛機機型、預計起飛時間、起飛機場、降落機場、 指定巡航高度和速度、飛行路線等信息，把這些信息傳給飛機飛行模型模塊進行下一 步處理。
當收到起飛報(DEP)和延誤報(DLA)后，更改起飛時間并通知飛機飛行模型模塊。 當收到取消重復與非重復性飛行預報(ABS)和取消領航計劃報(CNL)后，通知飛機 飛行模型模塊刪除已建立的相應航班的飛行模型。
圖5示出了飛機飛行模型模塊的處理過程。根據機型查找出該機型的通用飛行模 型，然后根據巡航高度、速度和飛行路線，以及在高空風區內的飛行距離和高空風速， 判斷是否有必要調整飛行模型，根據判斷結果確定飛機在每個飛行階段，包括起飛階 段、進入航路加速階段、航路爬升階段、巡航階段、航路下降階段、航路減速階段、 進近階段和穿越高空風區階段的運動方程和參數，生成四維飛行軌跡，并根據飛機的 實時位置和飛機實時速度，修正四維飛行軌跡，判斷出變化飛行階段的位置和時間， 以及進出每個管制區域的位置和時間。
圖4示出的是高空風處理的過程。根據氣象部門送來的氣象信息，提取出高空風 區域、區域內的風速和風向信息。同時根據飛行情報處理模塊得到的飛行路線信息， 判斷飛機將會穿越哪些高空風區，確定飛機在這些高空風區域內的飛行距離，以及高 空風沿飛行路線的速度分量。將這些信息傳給飛機飛行模型模塊，供其修正飛行模型。
圖6示出的是流量處理的過程。確定在指定的區域和指定的時間內是否已經檢查 過所有的飛機，若是輸出預測的飛行流量。若不是，提取下一個飛機的四維軌跡，是， 檢查飛機是否經過指定的區域，是，確定進出該區域的時間，經過的指定區域是否屬 于指定的時間段，是，預測飛行流量時加上本信息。若在檢查過程發現飛機不屬于指 定的區域或指定的時間，則進入初始程序。對所有飛機執行上述判斷后，得到總預測 流量。
權利要求
1、一種基于實時雷達和飛行情報的短期空中交通流量預測方法，其特征在于根據不同的飛機機型建立相應的飛行模型，從飛行計劃中得到其飛行路線和指定巡航速度，粗略預測出飛越每個航路點的時間、速度，以及要何時何地經過哪些管制區；在飛機起飛后，用實時雷達數據對已有的預測做出修正，使預測數據不斷趨近于真實數據；在全程飛行過程中，引進有關高空風的數據，判斷風對飛行的影響，修正有關飛行模型；預測方法所需雷達數據直接從ATC系統中引接，飛行情報信息和氣象信息從AFTN網引接；本方法的系統設置有飛行情報及氣象處理服務器、雷達數據處理服務器、流量處理服務器、數據庫和顯示終端，通過以太網進行數據交換；在飛行情報及氣象處理服務器上運行飛行情報處理模塊和高空風處理模塊在雷達數據處理服務器上運行實時雷達數據處理模塊在流量處理服務器上運行飛機飛行模型模塊和流量預測模塊。
2、 如權利要求1所述的預測方法，其特征在于所述飛行情報處理模塊完成的任 務是根據飛行計劃，提取出相關信息，包括飛機機型、預計起飛時間、起飛機場、 降落機場、指定巡航高度和速度、飛行路線等信息，同時根據起飛報，提取出實際起 飛時間，結合飛機飛行模型模塊一起對飛行過程做出粗略預測；高空風處理模塊主要 負責處理高空風對預測的影響，根據氣象部門送來的高空風數據，以及飛行情報處理 模塊得到的飛行路線信息，判斷飛機要穿越哪些高空風區，將這些風區對飛行速度的 影響反饋給飛機飛行模型模塊，供其修正飛行模型；所述實時雷達數據處理模塊主要負責利用實時雷達數據修正預測，根據不斷更新 的實時雷達數據，判斷其處于哪一個飛行階段，將實時位置信息和速度信息作為運動 參數代入飛機飛行模型模塊，使其不斷修正預測的四維飛行軌跡；所述飛機飛行模型模塊主要負責對飛行過程進行建模，根據不同的機型，該模塊 給出其起飛階段、進入航路加速階段、航路爬升階段、巡航階段、航路下降階段、航 路減速階段和進近階段的運動參數，以此對飛行過程做出預測，建立四維飛行軌跡； 流量預測模塊主要負責對用戶指定的區域進行流量預測，根據飛行計劃確定哪些航班 將要經過指定區域，并根據這些航班的預測飛行信息判斷它們將要在何時何地經過指 定區域，從而得到指定區域的預測流量；所述數據庫負責提供空域、航路、航線的基本結構信息和航空器的基本性能參數； 所述顯示終端負責顯示當前飛行態勢以及統計和預測流量，同時接收用戶請求， 將操作指令反饋到各服務器上。
3、 如權利要求1或2所述的預測方法，其特征在于所述飛行情報處理過程是 收到飛行預報(PLN)、領航計劃報(FPL)、修訂飛行預報(C0R)、修訂領航計劃報(CHG)和現行飛行變更報(CPL)后，提取出飛機機型、預計起飛時間、起飛機場、 降落機場、指定巡航高度和速度、飛行路線等信息，傳給飛機飛行模型模塊；收到起飛報(DEP)和延誤報(DLA)后，更改起飛時間并通知飛機飛行模型模塊;收到取消重復與非重復性飛行預報(ABS)和取消領航計劃報(CNL)后，通知飛 機飛行模型模塊刪除己建立的相應航班的飛行模型。
4、 如權利要求1或2所述的預測方法，其特征在于所述飛機飛行模型處理過 程是根據機型，查找出該機型的通用飛行模型；根據巡航高度、速度和飛行路線，以及在高空風區內的飛行距離和高空風速，判 斷是否有必要調整飛行模型；確定飛機在每個飛行階段，包括起飛階段、進入航路加速階段、航路爬升階段、 巡航階段、航路下降階段、航路減速階段、進近階段和穿越高空風區階段的運動方程 和參數；判斷出變化飛行階段的位置和時間，以及進出每個管制區域的位置和時間。
5、 如權利要求1或2所述的預測方法，其特征在于所述高空風處理的處理過 程是根據氣象部門送來的氣象信息，提取出高空風區域、區域內的風速和風向信息； 根據飛行情報處理模塊得到的飛行路線信息，判斷飛機將會穿越哪些高空風區，確定 飛機在這些高空風區域內的飛行距離，以及高空風沿飛行路線的速度分量，將這些信 息傳給飛機飛行模型模塊，供其修正飛行模型。
6、 如權利要求1或2所述的預測方法，其特征所述實時雷達數據的處理過程 是負責對實時雷達數據進行解碼，得到飛機的實時位置信息，經度、緯度、高度等； 飛機的速度信息，速度大小、方向等，傳給飛機飛行模型模塊，供其不斷修正預測。
7、 如權利要求1所述的預測方法，其特征在于所述流量預測的處理過程是-根據用戶指定的預測區域和每架飛機的預測四維飛行軌跡，判斷飛機是否會經過該區 域，如果要經過，確定進出該區域的時間；判斷飛機進出區域的時間段和用戶指定的預測時間段是否有重疊，如果有，將該 架飛機計入預測流量；對所有飛機執行上述判斷后得到總預測流量。
全文摘要
基于實時雷達和飛行情報的短期空中交通流量預測方法屬計算機的仿真。在傳統預測基礎上引入實時雷達數據和氣象情報，雷達數據直接從ATC系統中引接，飛行情報信息和氣象信息從AFTN網引接。根據不同的飛機機型建立相應的飛行模型，從飛行計劃中得到其飛行路線和指定巡航速度，粗略預測出飛越每個航路點的時間、速度，以及何時何地經過哪些管制區。飛機起飛后用實時雷達數據對已有的預測做出修正。在全程飛行中，引進有關高空風數據，判斷風對飛行的影響，修正有關飛行模型。系統設置有飛行情報及氣象處理服務器、雷達數據處理服務器、流量處理服務器、數據庫和顯示終端，通過以太網進行數據交換。本發明極大提高了流量預測的準確性和可靠性。
文檔編號G08G5/00GK101201978SQ20071005091
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月20日 優先權日2007年12月20日
發明者靜 余, 鹍 吳 申請人:四川川大智勝軟件股份有限公司