專利名稱：飛機垂直占有率的獲取方法
技術領域：
本發明涉及一種空域運行分析和安全評估數據的獲取方法，特別是一種飛機垂直占有率的獲取方法。

背景技術：
隨著航空運輸業的快速發展，空中飛行流量不斷增長，已有空域容量日趨飽和，這極大制約了航空運輸業的持續發展。為此，國際民航業積極研發并運用先進的航空通信、導航、監視技術，逐步縮小飛機之間水平方向和垂直方向的間隔標準，這極大地提高了空域利用率。然而，飛機之間間隔標準的縮小勢必導致碰撞風險的增加，影響航空運輸安全。國際民航組織要求，在空域縮小間隔標準實施前后需要對空域進行持久的安全監視和評估，確保飛機之間的碰撞風險滿足國際民航組織所規定的安全目標水平。因而需要通過科學地量化空域的運行特征參數以反映空域的運行安全。
研究表明，飛機垂直占有率可以作為空域運行分析和安全評估的重要特征參數。垂直占有率表征的是空域中飛機間產生縱向交疊的概率，該參數在一定程度上反映了空中交通的繁忙程度。目前，現有技術獲取垂直占有率的方法均需要先計算或統計臨近時間，然后通過臨近時間計算垂直占有率。對于計算臨近時間方法，由于其中部分參數采用經驗值，因此垂直占有率的計算結果準確度不高，不能反映實際情況。對于統計臨近時間方法，由于統計過程十分復雜、使用繁瑣、計算量大，因此該方法不利于工程應用。


發明內容
本發明的目的是提供一種飛機垂直占有率的獲取方法，具有準確度高、使用簡便和便于工程實現等優點。
為了實現上述目的，本發明提供了一種飛機垂直占有率的獲取方法， 步驟1、對采集的飛行流樣本數據進行處理，獲得所有航班的數據信息； 步驟2、從每個航班的數據信息中提取航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息； 步驟3、根據所述航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息依次比較兩個航班，確定存在碰撞風險的航班對數； 步驟4、根據所述存在碰撞風險的航班對數確定垂直占有率。
所述步驟3包括 步驟131、接收并存儲所有航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息；設定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT＝0； 步驟132、判斷是否還有未比較的兩個航班，是則執行步驟133，否則輸出平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT，執行步驟4； 步驟133、依次提取兩個航班； 步驟134、判斷兩個航班中是否有相同的航路點，是則執行步驟135，否則執行步驟132； 步驟135、根據兩個航班的航路信息和經過所述相同的航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是平行航路，是則執行步驟136，否則執行步驟132； 步驟136、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的高度差； 步驟137、判斷所述高度差是否小于預先設定的高度窗口，是則執行步驟138，否則執行步驟132； 步驟138、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的時間信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的時間差； 步驟139、判斷所述時間差是否小于預先設定的時間窗口，是則執行步驟140，否則執行步驟132； 步驟140、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的進出信息判斷兩個航班是否是同向，是則執行步驟141，否則執行步驟132； 步驟141、設定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT＝FT+1，執行步驟132。
所述步驟4中的垂直占有率為平行航路同向垂直占有率，為 其中，E2(same)為平行航路同向垂直占有率，FT為平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數，FP為總航班航路點記錄數。
所述步驟4中的垂直占有率為平行航路對向垂直占有率，為 其中，E2(opposite)為平行航路對向垂直占有率，FD為平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數，FP為總航班航路點記錄數。
所述步驟4中的垂直占有率為交叉航路垂直占有率，為 其中，E2(θ)為夾角為θ的交叉航路垂直占有率，XN為夾角為θ的交叉航路中存在碰撞風險的航班對數，h為夾角為θ的交叉航路上存在碰撞風險的航班對的平均水平相對速度，T為總飛行時間，Sh為窗口水平間隔。
本發明提供了一種飛機垂直占有率的獲取方法，包括平行航路同向垂直占有率的獲取方法、平行航路對向垂直占有率的獲取方法和交叉航路垂直占有率的獲取方法，通過從每個航班的數據信息中提取航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，并根據上述信息依次比較兩個航班經過同一個航路點的情況以確定存在碰撞風險的航班對數，最終根據存在碰撞風險的航班對數確定垂直占有率。與采用臨近時間計算垂直占有率的現有技術方法相比，本發明確定存在碰撞風險的航班對數中既不依賴于個別經驗參數值，也沒有采用復雜參數的直接統計方法，因此本發明所計算的垂直占有率不僅準確度高，而且使用簡便，便于工程實現，有利于實現對空中交通繁忙程度的量化描述，為進一步的空域運行分析和安全評估提供了準確的數據基礎，具有廣泛的應用前景。



圖1為本發明飛機垂直占有率的獲取方法的流程圖； 圖2為本發明飛機垂直占有率的獲取方法第一實施例的流程圖； 圖3為本發明第一實施例中提取每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息的流程圖； 圖4為本發明第一實施例中確定航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息的流程圖； 圖5為本發明第一實施例中拆分航路點并確定航班經過航路點處的進出信息和方向信息的流程圖； 圖6a、圖6b為本發明第一實施例中航班經過航路點處的方向信息的示意圖； 圖7為本發明第一實施例中確定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數的流程圖； 圖8為本發明飛機垂直占有率的獲取方法第二實施例的流程圖； 圖9為本發明第二實施例中確定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數的流程圖； 圖10為本發明飛機垂直占有率的獲取方法第三實施例的流程圖； 圖11為本發明第三實施例中確定平行航路中同向、對向飛行存在碰撞風險的航班對數的流程圖； 圖12為本發明飛機垂直占有率的獲取方法第四實施例的流程圖； 圖13為本發明第四實施例中提取每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息的流程圖； 圖14為本發明第四實施例中確定航班經過當前航路點處的進出信息、方向信息和速度信息的流程圖； 圖15為本發明第四實施例中確定航班經過航路點處的速度信息的流程圖； 圖16為本發明第四實施例中確定交叉航路中存在碰撞風險的航班對數的流程圖。

具體實施例方式 下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明飛機垂直占有率的獲取方法的流程圖，包括 步驟1、對采集的飛行流樣本數據進行處理，獲得所有航班的數據信息； 步驟2、從每個航班的數據信息中提取航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息； 步驟3、根據所述航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息依次比較兩個航班，確定存在碰撞風險的航班對數； 步驟4、根據所述存在碰撞風險的航班對數確定垂直占有率。
下面通過具體實施例詳細說明本發明的技術方案。
圖2為本發明飛機垂直占有率的獲取方法第一實施例的流程圖，包括 步驟11、對采集的飛行流樣本數據進行處理，獲得所有航班的數據信息； 步驟12、從每個航班的數據信息中提取航班的航路信息、航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，所述航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息； 步驟13、根據所述航班的航路信息、航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息依次比較兩個航班，確定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數； 步驟14、根據所述平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數確定平行航路同向垂直占有率。
本實施例步驟11首先從各區域管理中心采集所有區域的飛行流樣本數據。通常，各區域管理中心的雷達自動化系統均記錄有各自空域的運行數據，因此采用適當的采集手段即可獲得所有區域的飛行流樣本數據。之后通過對所有區域的飛行流樣本數據進行處理，即可獲得所有航班的數據信息。
本實施例步驟12中，通過對每個航班的數據信息進行處理，即可從每個航班的數據信息中提取計算平行航路垂直占有率所需的數據。該數據包括每個航班的航路信息、每個航班在其航線上每個航路點的信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，每個航路點的信息包括航路點的位置信息(經度和緯度)，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息。此外，每個航班的數據信息還包括當前日期、下一天日期、航班呼號、航班機型、起飛機場和落地機場等基本信息。
圖3為本發明第一實施例中提取每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息的流程圖，在圖2所示技術方案中，步驟12包括 步驟120、判斷是否還有未處理的航班，是則執行步驟121，否則執行步驟3； 步驟121、提取一個航班的數據信息； 步驟122、根據所述航班的航路信息判斷所述航班是否處于RVSM空域高度，是則執行步驟123，否則丟棄所述航班的數據信息，執行步驟120； 步驟123、判斷是否還有航班經過的航路點，是則執行步驟124，否則執行步驟120； 步驟124、提取一個航路點作為當前航路點，確定當前航路點的位置信息，獲得航班經過當前航路點處的時間信息和高度信息；根據所述位置信息和時間信息確定航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息； 步驟125、累加總航班航路點記錄數，執行步驟120。
由于航班不止一個，航班飛行經過的航路點不止一個，因此需要依次處理每個航班及其每個航路點，直到處理完全部的航班和航路點。處理每個航班時，首先根據航班的航路信息判斷航班是否處于RVSM空域高度，如果航班在RVSM空域高度以外，則不屬于確定垂直占有率的航班，丟棄該航班數據信息，重新提取另一個航班進行處理；如果航班處于RVSM空域高度，則進行后續航路點處理。RVSM(Reduced Vertical Separation Minimum，縮小垂直間隔)空域高度是指8900m到12500m。處理每個航路點時，先確定當前航路點的位置信息，之后根據當前航路點的位置信息從航班的數據信息中獲得航班經過當前航路點處的時間信息和高度信息，然后根據已經獲得的位置信息和時間信息確定航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息。
圖4為本發明第一實施例中確定航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息的流程圖，在圖3所示技術方案中，步驟124中根據所述位置信息和時間信息確定航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息包括 步驟1241、提取當前航路點的位置信息和航班經過當前航路點處的時間信息； 步驟1242、判斷所述當前航路點是否為航班經過的第一個航路點，是則執行步驟1243，否則執行步驟1244； 步驟1243、將航班經過當前航路點處的進出信息設定為“X”，方向信息設為99，其中“X”表示航班飛出的航路點，執行步驟1247； 步驟1244、判斷所述當前航路點是否為航班經過的最后一個航路點，是則執行步驟1245，否則執行步驟1246； 步驟1245、將航班經過當前航路點處的進出信息設定為“E”，方向信息設為99，其中“E”表示航班進入的航路點，執行步驟1247； 步驟1246、將所述當前航路點拆分為“航班進入的航路點”和“航班飛出的航路點”，分別確定航班經過兩個航路點處的進出信息和方向信息； 步驟1247、執行步驟122。
上述技術方案中，航班經過每個航路點處的進出信息存在兩種情況航班進入航路點E和航班飛出航路點X。首先提取所處理的當前航路點的位置信息和航班經過當前航路點處的時間信息，然后根據航班的數據信息判斷當前航路點的類型。若當前航路點為航班經過的第一個航路點，說明該當前航路點只有航班飛出，沒有航班進入，則將航班經過當前航路點處的進出信息設定為“X”，并將航班經過當前航路點處的方向信息設為99。同理，若當前航路點為航班經過的最后一個航路點，說明該當前航路點只有航班進入，沒有航班飛出，則將航班經過當前航路點處的進出信息設定為“E”，并將航班經過當前航路點處的方向信息設為99。若當前航路點不屬于上述兩種情況時，此時需要拆分當前航路點，將當前航路點拆分為“航班進入的航路點”和“航班飛出的航路點”兩個航路點來處理，然后分別確定航班經過兩個航路點處的進出信息和方向信息。
圖5為本發明第一實施例中拆分航路點并確定航班經過航路點處的進出信息和方向信息的流程圖，在圖4所示技術方案中，步驟1246包括 步驟12461、將所述當前航路點拆分為“航班進入的航路點”和“航班飛出的航路點”，將航班經過“航班進入的航路點”處的進出信息設定為“E”，將航班經過“航班飛出的航路點”處的進出信息設定為“X”； 步驟12462、提取“航班進入的航路點”的上一個航路點，提取“航班飛出的航路點”的下一個航路點； 步驟12463、根據“航班進入的航路點”和其上一個航路點確定航班經過“航班進入的航路點”處的方向信息，根據“航班飛出的航路點”和其下一個航路點確定航班經過“航班飛出的航路點”處的方向信息。
圖5所示技術方案中，為了便于設定航班經過航路點處的進出信息和方向信息，首先將既有航班進入、又有航班飛出的航路點拆分為“航班進入的航路點”和“航班飛出的航路點”，將航班經過“航班進入的航路點”處的進出信息設定為“E”，將航班經過“航班飛出的航路點”處的進出信息設定為“X”，完成航班經過航路點處進出信息的設定。然后，根據“航班進入的航路點”和其上一個航路點確定航班經過“航班進入的航路點”處的方向信息，根據“航班飛出的航路點”和其下一個航路點確定航班經過“航班飛出的航路點”處的方向信息，完成航班經過航路點處方向信息的設定。本發明中，為了進一步簡化方向信息，將兩個航路點確定的角度歸類為具有一定角度范圍的方向信息。例如，將全向360°劃分成n個方向(n可以為6～10)，第一方向的角度范圍為[0，360°/n)，用數字1表示；第二方向的角度范圍為[360°/n，2×360°/n)，用數字2表示；......，第n方向的角度范圍為[(n-1)×360°/n，360°)，用數字n表示。因此本發明確定的航班經過航路點處的方向信息代表一定的角度范圍，由相應方向的數字編碼表示。圖6a、圖6b為本發明第一實施例中航班經過航路點處的方向信息的示意圖。如圖6a、圖6b所示，方向信息由數字1～8表示，每個數字表示一個方向信息，既可以是航班進入航路點，也可以是航班飛出的航路點。相應地，航班經過第一個航路點和最后一個航路點處的方向信息設為99是顯示其與其它航路點處方向信息的區別，當然也可以設定成其它可以反映出區別的數值或字符。
圖7為本發明第一實施例中確定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數的流程圖，在圖2所示技術方案中，步驟13包括 步驟131、接收并存儲所有航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息；設定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT＝0； 步驟132、判斷是否還有未比較的兩個航班，是則執行步驟133，否則輸出平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT，執行步驟4； 步驟133、依次提取兩個航班； 步驟134、判斷兩個航班中是否還有相同的航路點，是則執行步驟135，否則執行步驟132； 步驟135、根據兩個航班的航路信息和經過所述相同的航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是平行航路，是則執行步驟136，否則執行步驟132； 步驟136、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的高度差； 步驟137、判斷所述高度差是否小于預先設定的高度窗口，是則執行步驟138，否則執行步驟132； 步驟138、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的時間信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的時間差； 步驟139、判斷所述時間差是否小于預先設定的時間窗口，是則執行步驟140，否則執行步驟132； 步驟140、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的進出信息判斷兩個航班是否是同向，是則執行步驟141，否則執行步驟133； 步驟141、設定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT＝FT+1，執行步驟132。
在本實施例確定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數過程中，首先依次提取兩個航班的數據，之后根據兩個航班的航路信息和經過同一個航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是平行航路。如果兩個航班不是平行航路，說明兩條航班不屬于計算平行航路同向垂直占有率的數據，則重新提取兩個航班進行比較；如果兩個航班是平行航路，則根據兩個航班經過同一個航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述航路點的高度差。如果高度差大于預先設定的高度窗口，說明兩條航班不存在碰撞風險，則重新提取兩個航班進行比較；如果高度差小于預先設定的高度窗口，說明兩條航班可能存在碰撞風險，屬于高度層接近且是平行航路的航班對，對平行航路中的總航班對數FP進行累計。之后，根據兩個航班經過同一個航路點處的時間信息計算兩個航班經過該航路點的時間差，如果時間差大于預先設定的時間窗口，說明兩條航班不存在碰撞風險，則重新提取兩個航班進行比較；如果時間差小于預先設定的，說明兩條航班存在碰撞風險，則根據兩個航班經過同一個航路點處的進出信息判斷兩個航班是否是同向。如果兩個航班不是同向，說明兩條航班不屬于計算平行航路同向垂直占有率的數據，則重新提取兩個航班進行比較；如果兩個航班是同向，則將平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數加1，即FT＝FT+1，然后重新提取兩個航班進行比較。以此類推，直到所有航班均進行了兩兩比較，最終獲得平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT。
上述比較、判斷流程中，時間窗口是預先設定的一個時間段，作為判斷兩條航班是否存在碰撞風險的判據之一。時間窗口的設定反映了航班之間的縱向間隔標準，具體取值與飛機性能、管制規則有關，例如，飛行管制規則規定同航跡、同高度、同速度飛行的飛機之間的縱向間隔為10分鐘，同航跡、同高度、不同速度飛行的飛機之間，前行飛機比后行飛機快40公里/小時以上時，飛越同一位置報告點應當有5分鐘間隔；前行飛機比后行飛機快80公里/小時以上時，則應有3分鐘間隔。本實施例中，時間窗口取為10分鐘。高度窗口是預先設定的一個高度層，作為判斷兩條航班是否存在碰撞風險的判據之一。高度窗口的設定反映了航班之間的垂向間隔標準，具體取值與飛機性能、管制規則有關。本實施例中，高度窗口取300米(1000英尺)。
在獲得平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數F后，結合平行航路中的總航班對數，即可計算平行航路同向垂直占有率。其中，平行航路同向垂直占有率E2(same)為 其中，FT為平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數，FP為總航班航路點記錄數。
圖8為本發明飛機垂直占有率的獲取方法第二實施例的流程圖，包括 步驟21、對采集的飛行流樣本數據進行處理，獲得所有航班的數據信息； 步驟22、從每個航班的數據信息中提取航班的航路信息、航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，所述航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息； 步驟23、根據所述航班的航路信息、航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息依次比較兩個航班，確定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數； 步驟24、根據所述平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數確定平行航路對向垂直占有率。
本實施例的基本流程與前述第一實施例基本相同，其中，提取每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息的流程如圖3所示，確定航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息的流程如圖4所示，拆分航路點并確定航班經過航路點處的進出信息和方向信息的流程如圖5所示，不再贅述。
圖9為本發明第二實施例中確定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數的流程圖，在圖8所示技術方案中，步驟23包括 步驟231、接收并存儲所有航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息；設定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD＝0； 步驟232、判斷是否還有未比較的兩個航班，是則執行步驟233，否則輸出平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD，執行步驟4； 步驟233、依次提取兩個航班； 步驟234、判斷兩個航班中是否有相同的航路點，是則執行步驟235，否則執行步驟232； 步驟235、根據兩個航班的航路信息和經過所述相同的航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是平行航路，是則執行步驟236，否則執行步驟232； 步驟236、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的高度差； 步驟237、判斷所述高度差是否小于預先設定的高度窗口，是則執行步驟238，否則執行步驟232； 步驟238、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的時間信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的時間差； 步驟239、判斷所述時間差是否小于預先設定的時間窗口，是則執行步驟240，否則執行步驟232； 步驟240、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的進出信息判斷兩個航班是否是對向，是則執行步驟241，否則執行步驟232； 步驟241、設定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD＝FD+1，執行步驟232。
在獲得平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數F后，結合平行航路中的總航班對數，即可計算平行航路對向垂直占有率。其中，平行航路對向垂直占有率E2(opposite)為 其中，FD為平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數，FP為總航班航路點記錄數。
圖10為本發明飛機垂直占有率的獲取方法第三實施例的流程圖，包括 步驟31、對采集的飛行流樣本數據進行處理，獲得所有航班的數據信息； 步驟32、從每個航班的數據信息中提取航班的航路信息、航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，所述航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息； 步驟33、根據所述航班的航路信息、航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息依次比較兩個航班，確定平行航路中同向、對向飛行存在碰撞風險的航班對數； 步驟34、根據所述平行航路中同向、對向飛行存在碰撞風險的航班對數確定平行航路同向、對向垂直占有率。
本實施例是前述第一實施例和第二實施例的組合方案，其中，提取每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息的流程如圖3所示，確定航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息的流程如圖4所示，拆分航路點并確定航班經過航路點處的進出信息和方向信息的流程如圖5所示，不再贅述。
圖11為本發明第三實施例中確定平行航路中同向、對向飛行存在碰撞風險的航班對數的流程圖，在圖10所示技術方案中，步驟33包括 步驟331、接收并存儲所有航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息；設定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT＝0，設定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD＝0； 步驟332、判斷是否還有未比較的兩個航班，是則執行步驟333，否則輸出平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT和平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD，執行步驟4； 步驟333、依次提取兩個航班； 步驟334、判斷兩個航班中是否有相同的航路點，是則執行步驟335，否則執行步驟332； 步驟335、根據兩個航班的航路信息和經過所述相同的航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是平行航路，是則執行步驟336，否則執行步驟332； 步驟336、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的高度差； 步驟337、判斷所述高度差是否小于預先設定的高度窗口，是則執行步驟338，否則執行步驟332； 步驟338、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的時間信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的時間差； 步驟339、判斷所述時間差是否小于預先設定的時間窗口，是則執行步驟340，否則執行步驟332； 步驟340、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的進出信息判斷兩個航班是同向，還是對向，同向時執行步驟341，對向時執行步驟342； 步驟341、設定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT＝FT+1，執行步驟332； 步驟342、設定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD＝FD+1，執行步驟332。
在獲得平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT和對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD后，結合平行航路中的總航班對數，即可計算平行航路同向垂直占有率和對向垂直占有率。
圖12為本發明飛機垂直占有率的獲取方法第四實施例的流程圖，包括 步驟41、對采集的飛行流樣本數據進行處理，獲得所有航班的數據信息； 步驟42、從每個航班的數據信息中提取航班的航路信息、航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，所述航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息、方向信息和速度信息； 步驟43、根據所述航班的航路信息、航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息依次比較兩個航班，確定交叉航路中存在碰撞風險的航班對數； 步驟44、根據所述交叉航路中存在碰撞風險的航班對數確定交叉航路垂直占有率。
本實施例步驟41的處理過程與前述第一實施例步驟11的處理過程相同。本實施例步驟42中，通過對每個航班的數據信息進行處理，即可從每個航班的數據信息中提取計算交叉航路垂直占有率所需的數據。該數據包括每個航班在其航線上每個航路點的信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，每個航路點的信息包括航路點的位置信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息、方向信息和速度信息。
圖13為本發明第四實施例中提取每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息的流程圖，在圖12所示技術方案中，步驟42包括 步驟420、判斷是否還有未處理的航班，是則執行步驟421，否則執行步驟3； 步驟421、提取一個航班的數據信息； 步驟422、根據所述航班的航路信息判斷所述航班是否處于RVSM空域高度，是則執行步驟423，否則丟棄所述航班的數據信息，執行步驟420； 步驟423、判斷是否還有航班經過的航路點，是則執行步驟424，否則執行步驟420； 步驟424、提取一個航路點作為當前航路點，確定當前航路點的位置信息，獲得航班經過當前航路點處的時間信息和高度信息；根據所述位置信息和時間信息確定航班經過當前航路點處的進出信息、方向信息和速度信息； 步驟425、累加總飛行時間，執行步驟420。
與前述第一實施例步驟12不同的是，本實施例航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息、方向信息和速度信息，并累加總飛行時間。
圖14為本發明第四實施例中確定航班經過當前航路點處的進出信息、方向信息和速度信息的流程圖，在圖13所示技術方案中，步驟424中根據所述位置信息和時間信息確定航班經過當前航路點處的進出信息、方向信息和速度信息包括 步驟4241、提取當前航路點的位置信息和航班經過當前航路點處的時間信息； 步驟4242、判斷所述當前航路點是否為航班經過的第一個航路點，是則執行步驟4243，否則執行步驟4244； 步驟4243、將航班經過當前航路點處的進出信息設定為“X”，方向信息設為99，確定航班經過當前航路點處的速度信息，其中“X”表示航班飛出的航路點，執行步驟4248； 步驟4244、判斷所述當前航路點是否為航班經過的最后一個航路點，是則執行步驟4245，否則執行步驟4246； 步驟4245、將航班經過當前航路點處的進出信息設定為“E”，方向信息設為99，其中“E”表示航班進入的航路點，執行步驟4248； 步驟4246、將所述當前航路點拆分為“航班進入的航路點”和“航班飛出的航路點”，分別確定航班經過兩個航路點處的進出信息和方向信息； 步驟4247、分別確定航班經過兩個航路點處的速度信息； 步驟4248、執行步驟422。
與前述第一實施例步驟124不同的是，本實施例不僅確定了航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息，而且同時確定了航班經過當前航路點處的速度信息。在當前航路點屬于第一個航路點時，通過提取該第一個航路點的下一個航路點，根據第一個航路點與其下一個航路點的位置信息計算第一個航路點與其下一個航路點之間的距離，根據航班經過第一個航路點處的時間信息與航班經過下一個航路點處的時間信息計算第一個航路點與其下一個航路點之間的時間差，即可根據該時間差和距離計算出航班的飛行速度，并將該飛行速度作為航班經過第一個航路點處的速度信息。在當前航路點屬于最后一個航路點時，由于其沒有下一個航路點，實際處理中，將最后一個航路點速度設定為其前一個航路點的速度值。
本實施例拆分航路點并確定航班經過航路點處的進出信息和方向信息的流程與前述第一實施例相同。
圖15為本發明第四實施例中確定航班經過航路點處的速度信息的流程圖，在圖14所示技術方案中，步驟4247包括 步驟42471、提取航路點的下一個航路點； 步驟42472、根據航班經過所述航路點處的時間信息和航班經過所述下一個航路點處的時間信息計算所述航路點與其下一個航路點之間的時間差； 步驟42473、根據所述航路點的位置信息與所述下一個航路點的位置信息計算所述航路點與其下一個航路點之間的距離； 步驟42474、根據所述時間差和距離計算航班的飛行速度，將所述航班的飛行速度作為航班經過所述航路點處的速度信息。
實際上，由于航路點是相同的一個，因此“航班飛出的航路點”的速度信息與“航班進入的航路點”的速度信息相同。
圖16為本發明第四實施例中確定交叉航路中存在碰撞風險的航班對數的流程圖，在圖12所示技術方案中，步驟43包括 步驟431、接收并存儲所有航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息、方向信息和速度信息；設定交叉航路中存在碰撞風險的航班對數XN＝0；航班對的相對速度V＝0； 步驟432、判斷是否還有未比較的兩個航班，是則執行步驟433，否則輸出交叉航路中存在碰撞風險的航班對數XN和航班對的平均相對速度h，h＝V/XN，執行步驟4； 步驟433、依次提取兩個航班； 步驟434、判斷兩個航班中是否還有相同的航路點，是則執行步驟435，否則執行步驟432； 步驟435、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的時間信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的時間差； 步驟436、判斷所述時間差是否小于預先設定的時間窗口，是則執行步驟437，否則執行步驟432； 步驟437、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的高度差； 步驟438、判斷所述高度差是否小于預先設定的高度窗口，是則執行步驟439，否則執行步驟432； 步驟439、根據兩個航班的航路信息和經過所述相同的航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是夾角為θ的交叉航路，是則執行步驟440，否則執行步驟432； 步驟440、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的速度信息計算航班對的相對速度V1，令V＝V+V1； 步驟441、設定交叉航路中存在碰撞風險的航班對數XN＝XN+1，執行步驟432。
在本實施例確定交叉航路中存在碰撞風險的航班對數過程中，首先依次提取兩個航班的數據，之后根據兩個航班經過同一個航路點處的時間信息計算兩個航班經過該航路點的時間差，如果時間差大于預先設定的時間窗口，說明兩條航班不存在碰撞風險，則重新提取兩個航班進行比較；如果時間差小于預先設定的時間窗口，說明兩條航班可能存在碰撞風險，則根據兩個航班經過同一個航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述航路點的高度差。如果高度差大于預先設定的高度窗口，說明兩條航班不存在碰撞風險，則重新提取兩個航班進行比較；如果高度差小于預先設定的高度窗口，說明兩條航班存在碰撞風險，則根據兩個航班的航路信息和經過同一個航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是夾角為θ的交叉航路。如果兩個航班不是夾角為θ的交叉航路，說明兩條航班不屬于計算交叉航路垂直占有率的數據，則重新提取兩個航班進行比較；如果兩個航班是夾角為θ的交叉航路，則一方面根據兩個航班經過所述相同的航路點處的速度信息計算兩個航班的相對速度，另一方面將交叉航路中存在碰撞風險的航班對數加1，然后重新提取兩個航班進行比較，直到所有航班均進行了兩兩比較，最終獲得交叉航路中存在碰撞風險的航班對數XN和航班對的平均相對速度h，其中航班對的平均相對速度h＝V/XN，V為所有存在碰撞風險的航班對的平均相對速度之和，XN為存在碰撞風險的航班對數，因此航班對的平均相對速度h表示夾角為θ的交叉航路上存在碰撞風險的航班對的平均水平相對速度。
在獲得交叉航路中存在碰撞風險的航班對數XN和航班的平均相對速度h后，結合總飛行時間，即可計算交叉航路垂直占有率。其中，夾角為θ的交叉航路垂直占有率E2(θ)為 其中，XN為夾角為θ的交叉航路中存在碰撞風險的航班對數，h為夾角為θ的交叉航路上存在碰撞風險的航班對的平均水平相對速度，T為總飛行時間，Sh為窗口水平間隔(計算中取經驗值)。
本發明上述技術方案提供了一種飛機垂直占有率的獲取方法，包括平行航路同向垂直占有率、平行航路對向垂直占有率和交叉航路垂直占有率的獲取方法，通過從每個航班的數據信息中提取航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，并根據上述信息依次比較兩個航班經過同一個航路點的情況以確定存在碰撞風險的航班對數，最終根據存在碰撞風險的航班對數確定垂直占有率。與采用臨近時間計算垂直占有率的現有技術方法相比，本發明確定存在碰撞風險的航班對數中既沒有采用經驗值，也沒有采用統計方法，因此本發明所計算的垂直占有率不僅準確度高，而且使用簡便，便于工程實現，有利于實現對空中交通繁忙程度的量化描述，為進一步的空域運行分析和安全評估提供了準確的數據基礎，具有廣泛的應用前景。
本領域普通技術人員可以理解實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，包括
步驟1、對采集的飛行流樣本數據進行處理，獲得所有航班的數據信息；
步驟2、從每個航班的數據信息中提取航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息；
步驟3、根據所述航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息依次比較兩個航班，確定存在碰撞風險的航班對數；
步驟4、根據所述存在碰撞風險的航班對數確定垂直占有率。
2.根據權利要求1所述的飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，所述步驟2包括
步驟120、判斷是否還有未處理的航班，是則執行步驟121，否則執行步驟3；
步驟121、提取一個航班的數據信息；
步驟122、根據所述航班的航路信息判斷所述航班是否處于RVSM空域高度，是則執行步驟123，否則丟棄所述航班的數據信息，執行步驟120；
步驟123、判斷是否還有航班經過的航路點，是則執行步驟124，否則執行步驟120；
步驟124、提取一個航路點作為當前航路點，確定當前航路點的位置信息，獲得航班經過當前航路點處的時間信息和高度信息；根據所述位置信息和時間信息確定航班經過當前航路點處的進出信息和方向信息；
步驟125、累加總航班航路點記錄數，執行步驟120。
3.根據權利要求1或2所述的飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，所述步驟3包括
步驟131、接收并存儲所有航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息；設定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT＝0；
步驟132、判斷是否還有未比較的兩個航班，是則執行步驟133，否則輸出平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT，執行步驟4；
步驟133、依次提取兩個航班；
步驟134、判斷兩個航班中是否有相同的航路點，是則執行步驟135，否則執行步驟132；
步驟135、根據兩個航班的航路信息和經過所述相同的航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是平行航路，是則執行步驟136，否則執行步驟132；
步驟136、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的高度差；
步驟137、判斷所述高度差是否小于預先設定的高度窗口，是則執行步驟138，否則執行步驟132；
步驟138、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的時間信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的時間差；
步驟139、判斷所述時間差是否小于預先設定的時間窗口，是則執行步驟140，否則執行步驟132；
步驟140、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的進出信息判斷兩個航班是否是同向，是則執行步驟141，否則執行步驟132；
步驟141、設定平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數FT＝FT+1，執行步驟132。
4.根據權利要求3所述的飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，所述步驟4中的垂直占有率為平行航路同向垂直占有率，為
其中，EZ(s ame)為平行航路同向垂直占有率，FT為平行航路中同向飛行存在碰撞風險的航班對數，FP為總航班航路點記錄數。
5.根據權利要求1或2所述的飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，所述步驟3包括
步驟231、接收并存儲所有航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息和方向信息；設定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD＝0；
步驟232、判斷是否還有未比較的兩個航班，是則執行步驟233，否則輸出平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD，執行步驟4；
步驟233、依次提取兩個航班；
步驟234、判斷兩個航班中是否有相同的航路點，是則執行步驟235，否則執行步驟232；
步驟235、根據兩個航班的航路信息和經過所述相同的航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是平行航路，是則執行步驟236，否則執行步驟232；
步驟236、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的高度差；
步驟237、判斷所述高度差是否小于預先設定的高度窗口，是則執行步驟238，否則執行步驟232；
步驟238、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的時間信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的時間差；
步驟239、判斷所述時間差是否小于預先設定的時間窗口，是則執行步驟240，否則執行步驟232；
步驟240、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的進出信息判斷兩個航班是否是對向，是則執行步驟241，否則執行步驟232；
步驟241、設定平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數FD＝FD+1，執行步驟232。
6.根據權利要求5所述的飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，所述步驟4中的垂直占有率為平行航路對向垂直占有率，為
其中，EZ(oppo site)為平行航路對向垂直占有率，FD為平行航路中對向飛行存在碰撞風險的航班對數，FP為總航班航路點記錄數。
7.根據權利要求1所述的飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，所述步驟2包括
步驟420、判斷是否還有未處理的航班，是則執行步驟421，否則執行步驟3；
步驟421、提取一個航班的數據信息；
步驟422、根據所述航班的航路信息判斷所述航班是否處于RVSM空域高度，是則執行步驟423，否則丟棄所述航班的數據信息，執行步驟420；
步驟423、判斷是否還有航班經過的航路點，是則執行步驟424，否則執行步驟420；
步驟424、提取一個航路點作為當前航路點，確定當前航路點的位置信息，獲得航班經過當前航路點處的時間信息和高度信息；根據所述位置信息和時間信息確定航班經過當前航路點處的進出信息、方向信息和速度信息；
步驟425、累加總飛行時間，執行步驟420。
8.根據權利要求7所述的飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，所述步驟3包括
步驟431、接收并存儲所有航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息，航班經過每個航路點處的飛行信息包括時間信息、高度信息、進出信息、方向信息和速度信息；設定交叉航路中存在碰撞風險的航班對數XN＝0；航班對的相對速度V＝0；
步驟432、判斷是否還有未比較的兩個航班，是則執行步驟433，否則輸出交叉航路中存在碰撞風險的航班對數XN和航班對的平均相對速度h，h＝V/XN，執行步驟4；
步驟433、依次提取兩個航班；
步驟434、判斷兩個航班中是否有相同的航路點，是則執行步驟435，否則執行步驟432；
步驟435、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的時間信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的時間差；
步驟436、判斷所述時間差是否小于預先設定的時間窗口，是則執行步驟437，否則執行步驟432；
步驟437、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的高度信息計算兩個航班經過所述相同的航路點的高度差；
步驟438、判斷所述高度差是否小于預先設定的高度窗口，是則執行步驟439，否則執行步驟432；
步驟439、根據兩個航班的航路信息和經過所述相同的航路點處的方向信息判斷兩個航班是否是夾角為θ的交叉航路，是則執行步驟440，否則執行步驟432；
步驟440、根據兩個航班經過所述相同的航路點處的速度信息計算航班對的相對速度V1，令V＝V+V1；
步驟441、設定交叉航路中存在碰撞風險的航班對數XN＝XN+1，執行步驟432。
9.根據權利要求8所述的飛機垂直占有率的獲取方法，其特征在于，所述步驟4中的垂直占有率為交叉航路垂直占有率，為
其中，EZ(θ)為夾角為θ的交叉航路垂直占有率，XN為夾角為θ的交叉航路中存在碰撞風險的航班對數，h為夾角為θ的交叉航路上存在碰撞風險的航班對的平均水平相對速度，T為總飛行時間，Sh為窗口水平間隔。
全文摘要
本發明涉及一種飛機垂直占有率的獲取方法，包括對采集的飛行流樣本數據進行處理，獲得所有航班的數據信息；從每個航班的數據信息中提取航班在其航線上每個航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息；根據航路點的位置信息和航班經過每個航路點處的飛行信息依次比較兩個航班，確定存在碰撞風險的航班對數；根據存在碰撞風險的航班對數確定垂直占有率。本發明確定存在碰撞風險的航班對數中既不依賴于個別經驗參數值，也沒有采用復雜參數的直接統計方法，計算的垂直占有率不僅準確度高，而且使用簡便，便于工程實現，有利于實現對空中交通繁忙程度的量化描述，為空域運行分析和安全評估提供了準確的數據基礎，具有廣泛的應用前景。
文檔編號G08G5/00GK101465066SQ20091007668
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月15日 優先權日2009年1月15日
發明者張學軍, 軍 張, 蔡開泉, 昆 孫 申請人:北京航空航天大學