一种航空器跟踪预测飞行冲突检测算法
飞行冲突的判定模型及其在冲突避免中的应用
（ 西北工业大学航空学院 ， 陕西 西安 ７０ ７ １０ ２）
摘要 ： 在军 、 民用飞机 的飞行 中， 保证飞机 间的安全 间隔始终是 确保 飞行 安全需要首 先考虑 的问题。 该文 以现行 的飞行 间隔 规定为基础 ， 以星基 导航设备 的使用为前提 ， 构建 了飞行 冲突的判定模 型 —— 一个 由保 护区 ， 警戒区组成的双层保护区域 ； 并在对飞机之 间的水平 间隔和垂直 间隔分别计算 的基础 上 ， 实现了飞行 冲突的检测 算法 。 飞行冲突 的检测算法可 以提供详 细 的信息 ： 时不存 在冲突； 时存在 冲突； 时冲突已经发 生 ； 何 何 何 何时 不存在 冲突但存 在警告 ， 而不 仅仅是给 出一个 判断结 果。 最后 以该模 型和算法 为基础 ， 用遗传算 法解 决飞行 冲突 ， 应 取得 了良好的效果 。 关键词 ： 护区 ； 保 警戒区 ； 判定模型 ； 冲突检测算法 ； 遗传算法
中图分类号 ：４１８ Ｖ １ ． 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｊ ｄ ｅＭ ｏ ｅ ｆＦｌｇ ｔＣｏ ｆｉｔ ｕ ｇ ｄ ｌｏ ｉ ｈ ｎ ｃ ｌ
ａ ｄ Ｉ ｓＡｐ ｌｃ ｔｏ ｎ Ｃｏ ｆｉ ｔａ ｏ ｄ ｎ ｅ ｎ ｔ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｃ ｖ ｉ ａ ｃ ｌ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： ｉ ｔ ｉ ｉ ｇ ｓ ｆ ｉｔ ｎ ｅ ｉ ｓ ｍｐ ｒ ｎ ｏ ｉ ｓ ｒ ａｅ ｙ ｉ ｏ ｈ ｃ ｖ ｌｆ ｇ ｔａ ｄ ｍｉ ｔｒ ｌｇ ｔ Ｍａｎ ａｎ ｎ ａ ｅ ｄ ｓａ ｃ ｓ ｍｏ ｔｉ ｏ ｔ ｔｔ ｎ ｕ ｅ ｓ ｆ ｔ ｎ ｂ ｔ ｉ ｉ ｌ ｈ ｎ ｌ ａ ｙ ｆ ｈ ． ａ ｉ ｉ ｉ
一
间的利用率 ， 国内外 都有 相关 的安 全飞行 间 隔规定 。 不失 在 般 性 的前 提 下 ， 文 将 参 照 我 国现 行 的 《 行 间 隔 规 本 飞
航空空中交通管理技术中的冲突检测与分析研究
航空空中交通管理技术中的冲突检测与分析研究航空空中交通管理是航空运输系统中至关重要的组成部分，负责确保飞机的安全和运行效率。
而在现代航空中，空中交通密度越来越高，不同航班之间的冲突风险也随之增加。
因此，冲突检测与分析技术成为提高航空安全和运行效率的重要手段。
1. 冲突检测技术航空空中交通管理系统通过冲突检测技术来提前发现可能发生的冲突，并采取相应的措施防止事故发生。
冲突检测技术主要涉及以下几个方面：1.1 航迹冲突检测航迹冲突是指两个或多个飞机的航迹发生重叠或距离过近的情况。
传统的航迹冲突检测一般基于地面雷达数据的处理，但随着航空器的增多和交通运输的快速发展，单靠地面雷达已无法满足对所有飞机的全面监控。
因此，现代航空空中交通管理系统采用了更先进的技术，如ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）和ACAS （Airborne Collision Avoidance System）等，来实现更全面和准确的航迹冲突检测。
1.2 高度冲突检测除了航迹冲突，航空空中交通管理系统还需要对飞机的垂直位置进行监控和冲突检测。
高度冲突指的是飞机之间在垂直方向上的距离过近或重叠。
通过使用高度测量装置和飞行管理系统，航空空中交通管理系统可以实时检测和分析飞机之间的高度冲突，并及时发出警告或指导航空器采取相应的避让措施。
2. 冲突分析技术冲突分析是指对已发生的冲突事件进行深入研究和分析，以便进一步改进和完善航空空中交通管理系统。
冲突分析技术主要包括以下几个方面：2.1 数据挖掘和模式识别航空空中交通管理系统产生的数据量庞大，包含大量的飞机位置、速度、高度等信息。
通过数据挖掘和模式识别技术，可以从海量的数据中发现潜在的规律和关联，从而更好地理解冲突的原因和机制。
这些分析结果可以帮助空中交通管理人员改进管制措施，提高航空运输的安全性和效率。
2.2 人机交互技术航空空中交通管理系统涉及到大量的操作和决策，而这些操作和决策往往需要人机之间的良好交互。
dcpa原理及算法实现
dcpa原理及算法实现1.导语在近年来的航空领域中，随着无人机技术的快速发展，碰撞避免成为了重要的关注点。
而地面和空中相遇点分析（DC PA）是一种用于识别可能发生碰撞的碰撞最近点的方法。
本文将介绍DC PA的基本原理和算法实现。
2. DC PA原理D C PA（D is ta nc eC lo s es tP oi nt of Ap pro a ch）即最近相遇点距离，是一种用于评估空中交通冲突潜在风险的测量方法。
它可以计算两个移动目标的距离，并预测它们最近的相遇点。
基本原理如下：1.确定目标速度：DC P A需要获取目标物体的速度信息，在飞行器上通常通过G PS或雷达来实现。
2.计算目标间距离：通过两个目标之间的距离来计算DC PA。
可以使用直线距离或者在水平平面上的欧氏距离进行估算。
3.确定最近距离：DC P A将计算目标物体之间的最近距离。
它代表了目标物体在最短时间内可能相遇的位置。
4.预测最近相遇点：通过目标的当前位置、速度和最近距离，可以预测出目标的最近相遇点。
3. DC PA算法实现3.1D C P A的计算公式D C PA的计算可以利用以下公式进行：```D C PA=|(x2-x1)*(y1-y0)-(x1-x0)*(y2-y1)|/s qr t((x2-x1)^2+(y2-y1)^2)```其中，`(x1,y1)`表示目标1的当前位置，`(x2,y2)`表示目标2的当前位置，`(x0,y0)`表示最近相遇点的位置。
3.2D C P A算法步骤以下是D CP A算法的实现步骤：1.获取目标1和目标2的当前位置和速度信息。
2.计算目标1和目标2之间的距离。
3.根据目标1和目标2的速度和距离，计算最近距离。
4.根据目标1和目标2的当前位置、速度和最近距离，预测最近相遇点的位置。
5.输出最近相遇点的坐标和DC PA值。
4.应用场景D C PA在航空领域中被广泛应用，用于避免飞行器之间的碰撞和冲突。
二维空域冲突检测算法
二维空域冲突检测算法二维空域冲突检测算法是一种用于检测二维平面上各个物体之间是否发生碰撞或重叠的方法。
该算法具有广泛的应用，例如在计算机图形学中用于碰撞检测、虚拟现实中的物体交互等方面。
下面将介绍一种常用的二维空域冲突检测算法——包围盒算法。
该算法通过检查物体的包围盒之间是否发生重叠来判断是否发生碰撞。
包围盒可以是矩形、圆形或其他形状。
1. 动态包围盒算法（Dynamic Bounding Box Algorithm）：这种算法是基于包围盒的动态更新来进行冲突检测的。
每个物体都有一个与之相关的包围盒，当物体发生移动或变形时，包围盒也会随之更新。
在进行碰撞检测时，只需要检查包围盒之间是否相交即可，从而提高了计算效率。
2. 格子算法（Grid Algorithm）：该算法将二维空间划分为多个格子，每个物体根据其位置被放置在对应的格子中。
当进行碰撞检测时，只需检查同一格子中的物体之间是否相交，而无需检查整个空间中的物体。
这种算法可以减少检测的次数，提高运算效率。
3. 分治算法（Divide and Conquer Algorithm）：该算法通过将空间递归地划分为多个子空间来进行碰撞检测。
开始时，将整个空间划分为两个子空间，分别进行碰撞检测。
如果两个子空间都未发生碰撞，则可以确定整个空间中的物体都未发生碰撞。
如果一个子空间发生碰撞，则继续将该子空间划分为更小的子空间，再进行碰撞检测。
通过逐步缩小空间的范围，可以减少检测的次数。
4. 基于图的算法（Graph-based Algorithm）：该算法将物体之间的关系表示为图结构，在进行冲突检测时，通过图算法来寻找碰撞路径。
例如，可以使用广度优先搜索或深度优先搜索来遍历图，找到所有的碰撞路径。
以上所述的算法只是二维空域冲突检测算法中的几种常用方法，还有一些其他算法也可以用于解决该问题。
此外，为了提高算法的效率，还可以采用一些优化技巧，例如减少冗余计算、使用空间索引结构等。
低空空域飞行冲突避让算法
。＝ ａｃｉ （ ／ ｒｓ Ｓ Ｄ） ｎ （） ６
若将速度矢量差与水平ຫໍສະໝຸດ （１所成的夹角记为 Ｖ）理， 只要航空器 Ｂ的走廊不与航空器 Ａ的保护区交 叉， 也就是航空器 Ｂ的走廊与水平轴的交角大于 ０ ， 就肯定不会冲突。同理， 航空器 Ｂ的走廊相切于航 空器 Ａ保护区的后方时， 交角记为 ｙ 要不发生冲 ， 突， 走廊与水平轴的交角须小于 ｙ 。即， 没有冲突的
基本条件为： ， Ｂ ｏ ０ 或者 ＜ｙ ）０
ｎｅ ． ｔ
０ 引
言
的主要空间， 在设施建设和管理水平上 已经得到高
中国民航的快速发展必须依靠空域资源作保 障。目前 ， 中国的中、 高空空域是商业运输飞行活动
收稿 日期 ； ０ ５０ － ５ ２ ０ －５ ０ 基金项 目 ： 四川省 自然科学基金项 目（０ ３ ０ １ ２０ Ｂ ５ ）
度的重视和长足的发展［。但是， ［ Ｉ ］ 从长远来看制约 中国商业航空和通用航空发展的却是 ３ ｍ以下 ００ ０ 的中低空空域［ ， １ 因为所有的航空器都必须经过这 ２ ］
器之 间的距 离和航 向差越 大， 向的改变量就越 小 ； 航 当航 空器之 间的距 离大于 ６倍 的飞行 间隔时，
应当使用调速法避让飞行冲突， 这样航空器可以继续保持原定的飞行航线。 关键词 ： 空中交通管理； 空域管理； 低空空域； 飞行冲突； 飞行间隔； 冲突避让
中图分类号 ： ５ Ｖ３ ５ 文献标识码 ： Ａ
（ｃｏ ｌ ｉＴ ａｆ Ｍａａｅ ｅｔ Ｃｖ Ａ ｉ ｉ Ｆｉ ｔ ｉ ｒｉ ｏ Ｃ ｉ ， ａｇ ａ ６８０ ， ｈｎ） Ｓｈｏ ｏ Ａ ｒ ｆｃ ｎｇｍ ｎ， ｉ ｖ ｔ ｎ ｇ Ｕ ｖ ｓ ｙ ｈｎ Ｇ ｎ ｈｎ ３７ Ｃ ｉ ｆ ｒ ｉ ｉｌ ａ ｏ ｌ ｈ ｎ ｅ ｔ ｆ ａ ｕ １ ａ
飞行仿真中的TCAS建模方法
飞行仿真中的TCAS建模方法引言TCAS（Traffic Collision Avoidance System，交通冲突避免系统）是一种用于飞行中的航空器避免相互碰撞的主动安全系统。
在飞行仿真中，TCAS是必不可少的模块，帮助飞行员识别并避免潜在的空中碰撞。
本文将介绍飞行仿真中的TCAS建模方法。
TCAS的基本原理TCAS的基本原理是利用雷达或ADS-B等无线电设备来检测周围的航空器，并根据其位置、速度等信息进行分析和决策。
当TCAS系统检测到与自身飞行方向相逆或可能导致冲突的目标航空器时，它会发送相应的冲突避免指令，如冲突告警、指示上升或下降等。
TCAS建模方法在飞行仿真中，TCAS的建模是模拟TCAS系统，包括检测周围航空器、分析目标航空器的运动，以及生成冲突避免指令。
以下是飞行仿真中TCAS建模的主要方法。
航空器模型首先，需要对目标航空器进行建模。
这涉及到确定目标航空器的位置、速度、航向等参数。
可以通过基于物理模型或经验模型来模拟目标航空器的运动。
模型的准确性对于模拟真实的飞行环境非常重要。
数据融合在飞行仿真中，需要将来自不同来源的数据融合起来，以获取更准确的目标航空器信息。
例如，可以融合来自雷达、ADS-B和传感器数据，以获取目标航空器的位置、速度等。
数据融合算法可以根据数据的可靠性和准确性对不同数据进行加权处理。
碰撞检测在TCAS建模中，碰撞检测是一个关键的步骤。
通过分析目标航空器的位置、速度和飞行路径，可以判断是否存在潜在的空中碰撞风险。
常用的碰撞检测算法包括球形碰撞检测法、包围盒碰撞检测法等。
冲突避免指令当TCAS系统检测到潜在的空中碰撞风险时，需要生成相应的冲突避免指令，以防止碰撞发生。
冲突避免指令可以包括冲突告警、指示上升或下降等。
生成冲突避免指令的方法可以基于规则、优化算法或机器学习等。
随机性建模在飞行仿真中，随机性是不可避免的。
例如，飞行器的位置、速度可能受到气流、风速等因素的影响。
低空救援实时飞行的冲突探测与解脱算法研究
低空救援实时飞行的冲突探测与解脱算法研究∗张明;王磊;王硕;喻慧【摘要】航空器冲突探测和解脱的实时计算对航空救援飞行安全意义重大。
基于低空目视飞行规则，构建三维空域网格，采用时间窗理论分析了两航空器同高度飞行的时空冲突判定方法。
依据救援目视飞行规则和航空器飞行性能约束，建立航空器 Agent 的可行路径集和基于网格划分的 Airspace模型，并根据航空器 Agent 的救援任务属性确定了优先级判定准则，对各个 Agent 模型在冲突顶点上的优先级进行判定。
建立两航空器无冲突最优路径规划方法，计算Agent 的无冲突路径。
通过仿真验证，分析了飞行冲突的时间窗和区域，以及优先级下的无冲突路径，结果表明，本方法相对于非协作的冲突探测和解脱方法可以有效提高解脱效率，节约飞行时间146 s。
%Real-time flight conflict detection and resolution algorithm is very important to aviation emergency rescue under the environment of complex low-altitude airspace.Based on low-altitude visual flight rules,this paper constructed a three-dimensional spatial grid,usingthe time window theory to analyze the temporal and spatial conflict of two flights. Based on visual flight rules during rescue and performance constraints of aircrafts,a feasible path set and Airspace model based on mesh generation for flight Agents are developed.Then priority of each Agent is identified at the conflicting point. Feasible non-conflict paths can be obtained by using the Agent model.Then an optimal path planning method is developed and the paths without any conflicts are created.The results are verified through a simulation,and the time window and the area of flight conflict,and the paths without any conflicts under different priorityare analyzed.The results show that this method can provide a higher solution efficiency than non-collaborative methods,which can save a flight time of 146 s.【期刊名称】《交通信息与安全》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】8页(P71-77,84)【关键词】航空安全;低空应急救援;冲突探测与解脱算法;时间窗;Airspace 模型;Agent 模型【作者】张明;王磊;王硕;喻慧【作者单位】南京航空航天大学民航学院南京 210016;南京航空航天大学民航学院南京 210016;南京航空航天大学民航学院南京 210016;南京航空航天大学民航学院南京 210016【正文语种】中文【中图分类】V355.1∗国家自然科学基金项目(U1233101,71271113)资助▲第一作者(通信作者)简介:张明(1975－),博士,副教授．研究方向:空中交通管理．EGmail:zhangm＠nuaa．edu．cn航空救援是世界上许多国家普遍采用的最有效救援手段,但由于复杂的地形和低空监视的盲区,地面雷达无法实现有效的全面覆盖监控[1].施救的航空器飞行态势较为复杂,要通过分布式的实时冲突探测与解脱技术自主规避飞行冲突,选择无冲突最优飞行路径.该技术是保证航空救援飞行安全的前提和基础.在航空器冲突探测研究方面,可分为两类:几何确定型算法[2]根据航空器未来的航迹,通过比较航空器之间的相互距离与安全间隔的大小来判定是否存在飞行冲突,需逐对比较航空器,计算量大;分析概率型算法[3G7]考虑到航空器航迹不确定性,通过冲突概率的计算来判定飞行冲突,需要根据航迹预估的期望值和误差概率分布,计算航空器对的冲突概率.低空飞行环境中,由于航空器类型差异以及缺少飞行和管制经验,很难确定合理的报警阈值.飞行冲突解脱算法可分为离散型和连续型,离散型[8G10]通过调整飞行计划航路点的顺序序列,使航空器能够按预定的顺序序列飞行,从而规避飞行冲突;连续型[11G12]通过改变航空器的航迹不让其飞入其他航空器的保护区.离散型解脱方法在计算时,离散化程度的选取非常关键:如果离散化程度大,可以大大降低计算难度,但会增大各个航段之间的飞行冲突概率;如果离散化程度小,就会导致冲突解脱算法的计算量和计算难度成倍增加.连续解脱方法需要对各个机动飞行进行运动学建模,其计算量较大,难以满足实时性要求[13].笔者提出基于航迹预测的实时冲突探测算法,通过划分的空域网格,从空间和时间2个方面判定飞行冲突,将航空器当作独立的智能体AG gent,依据救援目视飞行冲突避让规则,在AirG space模型上,构建Agent模型.在优先级判定准则基础上,进行最优无冲突航迹的选择.解脱策略分为协作式和非协作式2种,首先执行简单易行的非协作式冲突解脱策略,如果得不到可行解时,再执行协作式冲突解脱策略.1．1 应急救援飞行规则的建立借鉴目视飞行规则,总结如下救援飞行规则.1)航空器目视相遇应各自靠右避让.给每个航空器赋予优先级属性.2)根据执行的任务性质选择“低进高出”或“高进低出”.如执行运送救灾物资进灾区,应选择“低进高出”;如执行运送受灾群众或伤员出来,应选择“高进低出”.3)盲发位置信息.飞行员通过ADSGB设备盲发自己位置信息和状态.设定航空器飞行间隔要求:任何时刻航空器之间的侧向间隔都要大于等于500 m;巡航速度在250 km/h(含)以下时,纵向间隔标准设定为2 km;巡航速度在250 km/h以上时,纵向间隔标准设定为5 km;垂直间隔为300 m.1．2 保护区模型和三维空域网格模型低空救援飞行参照“自由飞行”的防撞模型,采用圆柱体保护区模型.以航空器质点为中心,垂直间隔H为高,最小水平间隔s为半径划设的圆柱体,建立如图1所示的圆柱体保护区模型.图1中的圆柱体保护区表示为依据上文的间隔标准,将救援空域划分为空域网格,网格大小设定长、宽各为5 000 m,高300 m.1．3 基于空域网格的2航空器冲突探测算法具体流程以2架航空器为例,具体的算法流程如下.1)由飞行计划信息,以及航迹当前的位置信息得到2架航空器实时短期的预测航迹(用空域网格节点表示).2)从空间上判定预测航段节点是否有交集.如果没有交集,转3);如果有交集,则转4).3)判定2航空器是否存在相交的可能性.判定2航空器的预测航迹是否存在4个交叉相邻的节点.如果存在,转4);如果不存在,则转8).4)基于2航空器各自的圆柱形保护区和航迹夹角,以航迹交点为圆心,构建圆形冲突区域.5)基于飞行计划信息,计算2航空器在一般情况下相遇时飞过冲突区域的时间窗.6)基于飞行计划信息,计算2航空器在特殊情况下相遇时飞过冲突区域的时间窗.7)比较2航空器飞过冲突区域的时间窗是否有交集.如果有交集,则冲突判定结束;否则, 转8).8)判断当前节点是否为目标节点,如果是则冲突判定结束;否则,转1).1．4 基于航迹预测的2航空器冲突探测判定方法为了能够保证实时地规避飞行冲突,需要在冲突节点之前至少提前2个航迹节点进行冲突探测.依据2航空器可能的相遇点位置不同,分为一般的冲突态势和特殊的冲突态势.1)2航空器相遇的一般冲突态势.根据2航空器的表速不同将保护区半径设定为r1,r2,相遇时的航迹角为ψ1,ψ2,见图2.得到2航空器在冲突点的航迹夹角且,由此可以得到图2中灰色区域为冲突区域,其半径为其中,当α＝0时,表示2航空器同航迹同高度同向飞行,飞行间隔需满足各自的最小安全间隔.当时,表示2航空器同航迹同高度对头飞行.该情形下,2航空器如果保持原有的飞行状态,则一定会发生飞行冲突.2)2航空器相遇的特殊冲突态势以及网格边界.冲突交点不是网格节点,相遇点在网格的边界上,如图3所示,通过比较2航空器预测航迹是否存在4个交叉相邻的航迹节点来判定.则冲突点就位于4个相邻节点的中间位置,即交点0就是可能的冲突节点.3)时间窗计算.保留时间窗表示:式中:i为第i架航空器;Nx为第x个航迹节点;为第i架航空器在它的第x个航迹节点上的保留时间窗;为第i架航空器进入第x个航迹节点的时刻,即保留时间窗的开始时刻为第i架航空器离开第x个航迹节点的时刻,即保留时间窗的结束时刻.假设航空器飞行为质点运动,匀速飞行的速度为vi,转弯时速度保持不变.基于性能约束,要求航空器转弯时,航向角变化不超过90°,忽略飞行偏差和低空风速的影响.如图4所示,在k时刻,航空器以速度v匀速直线飞向网格节点n,航空器当前位置为(xac, yac),航迹节点n的位置为(xn,yn),则航空器当前位置距航迹节点n的距离Lac＝,针对当前航空器,航迹节点n的保留时间窗为,已知航空器的飞行速度为v,转弯率为w,预测当航空器的航向指向B点时,停止转弯.则转弯半径r＝v/20πw,转过的弧长.已知航迹节点n的坐标为,则点A的坐标为.已知B点坐标,则当航空器采用飞越点转弯的方式,飞过航迹节点n时,其预测的飞行航迹如图5所示.图5 中,航空器当前位置距航迹节点n的距离Lac＝.则该情形下,航迹节点n的保留时间窗为2．1 构建Airspace模型和Agent模型对单个网格单元进行编号,由网格的中心点表示该空域网格单元,单个平面网格上节点编号规则为式中:1≤m≤n.每个网格节点对应惟一编号,并有对应的坐标信息coorN(x,y)和属性pro.将各个相邻的网格节点用直线相连,生成1个无向图来表示该低空空域Airspace模型.图中的每个顶点就是航迹节点(空域网格单元),2顶点间的边表示2空域网格单元是相邻关系,边长就是2个节点之间的间隔.航空器的飞行航迹是资源图中的1条有时间特性的有向航迹节点图.在Airspace模型中就可以表示为有1个初始顶点(进入点)和1个目标顶点(目标点),并且拥有几条从初始点到目标点的可行路线,以上就称为Agent模型.用V表示Airspace模型上可用的顶点集合.假定有n个Agent要进入空域资源图,分别用Agent(1),ƻ,Agent(n)来表示.用TPi表示Agent(i)模型.在TPi中,最优路径就是初始飞行计划航迹.多条可行路径是围绕冲突节点由近到远,按照飞行路径长短和转弯次数多少依次生成,并受到目视救援飞行规则约束.2．2 建立优先级判定准则确定各个Agent对Airspace模型的顶点占圆形冲突区域的大小根据航空器自身的圆形保护区和航迹夹角来确定.航空器飞过圆形冲突区域的时间窗计算与方形网格区域的时间窗计算类似,为了安全起见,将两者计算得到的结果取时间跨度最大的为该冲突节点的保留时间窗.4)冲突判定.分别用tp1,tp2表示2航空器的预测航迹段,即航迹节点集合.各个航迹节点的保留时间窗为其中:i表示航空器;n表示航迹节点.则最终的冲突判定条件见表1.用的优先级π.具体判定准则如下.1)将由出救点飞向受灾点的飞行过程定义为出程飞行(go around flying,GAF);相反由受灾点飞回出救点的飞行过程定义为回程飞行(turn around flying,TAF).单纯地考虑出程飞行和回程飞行,优先级的设定为2)在运输救援物资(transportation of goods,TG)和运输伤员(transport wounded perG sonnel,TWP)的航空器之间,其优先级设定为πTWP＞πTG.3)运输的救援物资可分为快速消耗品(fast moving consumer goods,FMCG)和耐用品(duG rable goods,DG),其优先级设定为πDG＞πFMCG.4)同为出程飞行或回程飞行,且2航空器的飞行任务相同,其优先级可以通过下面2个规则来判定,当规则a不能给出合适的优先级判定时,就使用规则b.2条规则具体规定为:a．第一个到达竞争资源节点(先到先服务原则);b．从到达竞争资源的时刻起,到达目标节点所需时间最短(能够快速完成飞行任务的优先级较高).2．3 确定无冲突最优路径算法基于Agent模型的冲突解脱算法首先需要确定各个Agent对Airspace模型的顶点占用的优先级π.根据实际救援飞行任务不同,优先级的判定也不同,具体判定准则如下:1)基于飞行计划,由飞行冲突算法得到Agent i()和Agent j()的冲突顶点N和分别到达冲突顶点的时间Ti和Tj.和Agent j()模型中的其他路径是否有冲突,最终得到2个AG gent的无冲突路径集,从中选出最优无冲突路径,冲突解脱算法结束.2)基于Agent i()和Agent j()的飞行任务属性和到达冲突顶点的时间以及由冲突顶点到达目标点的时间,判定在冲突顶点N的优先级.3)基于非协作式冲突解脱策略,在冲突节点N上优先级高的Agent i(),保持原计划飞行,优先级较低的Agent j()主动避让.围绕冲突顶点依据航空器性能和目视避让规则约束以及被地形和恶劣天气占用的区域,生成Agent j()模型.4)调用冲突探测算法,依次判定Agent j()模型中,与Agent i()的最优路径是否有冲突,得到无冲突路径集.5)判定无冲突路径集是否为空,如果不为空,转⑥,如果为空,转⑦.6)从无冲突路径集中选出路径最短,转弯次数最少的为冲突解脱最优路径.冲突解脱过程结束.7)无冲突路径集为空集,表明当前冲突解脱策略无法得到无冲突的路径,则进入协作式冲突解脱策略.此时冲突顶点优先级低的Agent j()向优先级高的Agent i()申请该冲突顶点的优先使用权.8)Agent i()围绕冲突顶点N生成新的Agent i()模型,依次判定Agent i()模型中与Agent j()的原始最优路径,预测航迹与计划航迹相同.所以,当前时刻2航空器可能的冲突节点为:N55.依据各自圆形保护区半径r1, r2,以及2航迹相遇时的夹角α计算得到可能的圆形冲突区域半径为假定2航空器分别为运12(航空器A1)和运5(航空器A2)执行相同的飞行任务(运输救援物资),速度分别为v1＝65 m/s,v2＝45 m/s,飞行过程中保持匀速飞行.起始飞行节点分别为N5和N51,目标节点为N95和N60,当前时刻航向角,当前位置信息见图6.3．1 飞行冲突探测2航空器各自飞行速度都没有超过250 km/h,依据目视飞行规则,航空器圆形保护区半径为2 km.在空间上,2航空器初始最优飞行计划航迹存在交集:如图6中灰色圆形区域为冲突区域,其半径小于2．5 km.因此,保留时间窗取较大的方形网格区域来计算.冲突探测时间的提前量为当前位置所属网格节点之后至少2个节点.若2航空器在时刻k＝0同时起飞,忽略起飞加速爬升过程,并保持初始最优飞行计划航迹飞行.航空器A1飞行在节点N25与N35之间时,航空器A2飞行在节点N52与N53之间时,空间上探测到可能发生冲突的节点为N55.基于航空器当前位置、速度,到冲突节点的距离,计算出在节点N55上,2航空器的保留时间窗为:因此,判定航空器A1和A2在节点N55上有飞行冲突.3．2 飞行冲突解脱1)非协作式调整航向冲突解脱策略.依据航空器当前实时的飞行状态,位置信息以及预测到达节点N55的时间,判定航空器A1比航空器A2先到达冲突节点N55.对于相同任务等级的航空器来说,根据先到先服务的优先级判定准则,在节点N55上,航空器A1具有较高的优先级.因此,航空器A1保持原先的飞行计划不变,航空器A2主动规避航空器A1.根据向右避让原则以及飞行性能上的约束等,航空器A2的避让路径见图7.用Agent(2)表示航空器A2的Agent模型,生成新的路径即为:将上面6条新的路径依次与航空器A1的最优路径上的3个节点:及其保留时间窗做比较,排除存在冲突的路径,从中选出路径最短、航向调整次数最少的为航空器A2新的最优解脱路径.其中,根据2航空器飞行冲突时的航迹夹角不同,冲突区域大小需要重新定义.例如,,在节点N45,2航空器的航迹夹角为135°,见图8.则计算得到冲突圆形区域半径为针对航空器A2取方形区域来计算节点N45的保留时间窗,针对航空器A1取圆形区域来计算节点N45的保留时间窗.计算结果为因此,航空器A2选择新的计划路径,航空器A1保持原来的飞行计划不变时,2航空器之间就不存在飞行冲突.航空器A2新的飞行计划航迹比初始最优飞行计划航迹多飞了100 s.最终得到无冲突的路径集为:,其中路径最短的为:,在最短路径中,航向调整次数最少的为:,为最优的无冲突飞行航迹.2)协作式调整航向冲突解脱策略.算例给出的已知条件是2航空器执行相同的飞行任务(运输相同的救援物资).此时假定航空器A1速度为v1＝60 m/s,且运输的是快速消耗品FMG CG,航空器A2运输的是耐用品DG,依据优先级判定准则第②条,其优先级设定为πDG＞πFMCG.此时,即便航空器A1比航空器A2提前到达冲突节点N55,但是由于航空器的A2任务属性决定了航空器A2保持原初始最优飞行计划飞行,航空器A1主动避让.因此,围绕冲突顶点N55航空器A1生成新的避让路径(Agent(1)模型)见图9.图9中,虚线为航空器A1规避航空器A2的Agent(1)模型,具体路径依次为将上面6条新的路径依次与航空器A2的最优路径上的3个节点:及其保留时间窗做比较,排除存在冲突的路径,从中选出路径最短、航向调整次数最少的为航空器A1新的最优解脱路径:.新的路径相比初始飞行计划,多飞行了146 s.假如在Agent(1)模型中,找不到1条合法路径,即航空器A1规避航空器A2可行的6条路径中,跟航空器A2的最优路径都存在冲突.此时非协作式调整航向冲突解脱策略无法解脱冲突,需要进行协作式调整航向冲突解脱策略.由飞行冲突探测得到2航空器的冲突顶点为N55,所以航空器A1首先向航空器A2协调申请顶点N55的优先级,那么航空器A2先依次从它的AG gent(2)模型中(即可行路径集)找出是否有与航空器A1的路径无冲突的路径,如果有,则航空器A2同意航空器A1关于顶点N55优先级的申请.如果没有,则航空器A2拒绝航空器A1的关于顶点N55优先级的申请,进而航空器A1继续申请其它冲突节点的优先级,直到找出无冲突的合法路径为止.通过本算例可以得出,在 Agent(2)模型中,存在最短路径与在冲突节点N45上的保留时间窗分别为:2航空器基于协作式调整航向冲突解脱策略得到的最优无冲突最优合法路径为与对2航空器平面内可能的相遇态势进行分析,在精确航迹预测的基础上,计算出冲突网格节点的时间窗.从时空2个方面来判定飞行冲突.冲突解脱算法在探测到飞行冲突时,将航空器当作独立自主的智能体Agent,依据救援目视飞行避让规则,在Airspace模型上构建Agent模型.在优先级判定准则基础上,进行无冲突航迹的选择.解脱策略分为协作式和非协作式2种,首先执行简单易行的非协作式冲突解脱策略.如果得不到可行解时,再进行协作式冲突解脱策略.这样不仅可以使算法实时高效的同时,还能确保航空器之间无冲突安全飞行.后续的研究着重建立三维低空空域冲突避险方法,以及多航空器的编队救援飞行的冲突解脱问题.【相关文献】[1] 杨荣盛,潘卫军,孔金凤．灾害条件下民航应急救援现场指挥中心建立及运行方案[J]．中国民用航空,2011(6):28G31．YANG Shenrong,PAN Weijun,KONG Jinfeng．The scheme of establishing and operating civil aviaG tion emergency rescue operation center[J]．China Civil Aviation,2011(6):28G31．(in Chinese)[2] 韩松臣,裴成功,隋东,等．平行区域导航航路安全性分析[J]．航空学报,2006,27(6):1023G1027．HAN Songchen,PEI Chenggong,SUI Dong,et al．Security analysis of area navigation parallel airway [J]．Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2006, 27(6):1023G1027．(in Chinese)[3] BROOKER P．Longitudinal collision risk for ATC track systems:a hazardous event model[J]．Journal of Navigation,2006,59(1):55G70．[4] BROOKER P．Airborne collision avoidance systems and air traffic management safety[J]．Journal of Navigation,2005,58(1):1G16．[5] BROOKER P．Reducing midGair collision risk in controlled airspace lessons from hazardous incidents [J]．Safety Science,2005,43:715G738．[6] 曲玉玲．空中交通碰撞风险建模研究[D]．南京:南京航空航天大学,2012．QU Yuling．Research on Collision Risk Modeling of Air Traffic[D]．Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,2012．(in Chinese)[7] 曲玉玲,韩松臣,张明,转弯航路碰撞风险模型[J]．交通运输工程学报,2011,11(3):88G92．QU Yuling,HAN Songchen,ZHANG Ming．ColliG sion risk model of turningairGroute[J]．Journal of Traffic and Transportation Engineering,2011,11 (3):88G92．(in Chinese)[8] RUIZ S,PIERA M A,POZO I D．A medium term conflict detection and resolution system for terminal maneuvering area based on spatial data structures and 4Dtrajectories[J]．Transportation Research Part C:EmergingTechnologies,2013,26(1):396G417．[9] THERESA B,BRIAN C AND ELSAYED E A．ColliG sion risk modeling in the northern pacific airspace under separation reduction and improvements in navigational performance[J]．Air Traffic Control Quarterly,2006,14(4):257G282．[10] ZHANG Yimin,SHORTLE J,SHERRY L．ThG odology for collision risk assessment of an airspace flow corridor concept[J]．Reliability Engineering& SystemSafety,2015,142(10):444G455．[11] XIN W,CHEN A,STEVEN J,et al．A frameG work of enroute air traffic conflict detection and resolution through complex network analysis[J]．Computers inIndustry,2011,62(8):787G794．[12] OMER J．A spaceGdiscretized mixedGinteger linear model for airGconflict resolution with speed and heading maneuvers[J]．Computers&OperationsResearch,2015,58(4):75G86．[13] 蔡文学,郑烟武,钟慧玲,等．基于层次策略的路径规划算法对比研究[J]．交通信息与安全,2012,30 (1):52G57．CAI Wenxue,ZHENG Yanwu,ZHONG Huiling, et al．Comparative study of route planning algoG rithms based on hierarchical strategy[J]．Journal of Transport Information and Safety,2012,30(1): 52G57．(in Chinese)。
航空器轨迹预测技术研究综述
20215712据预测，未来20年，全球航空运输年增长率约为4.4%，中国空中交通量将增长3.5倍[1]，这对民航界的发展提出了重大的挑战。
而目前的空中交通管理（Air Traffic Management，ATM）系统在操作、功能和技术层面上是分散的，导致了航班延误、空域拥堵、管制员工作负荷较大以及需求和容量失衡等一系列问题[2-3]。
因此，ATM系统中出现了许多决策支持工具（Decision Support Tools，DST），旨在帮助管制员进行冲突检测和解脱、进场排序以及航空器异常行为监测等，确保飞行安全，提高运行效率，减轻管制员工作负荷，扩大空域容量[4-6]。
而航迹预测是所有DST的基础，能够极大地降低航空器未来飞行的不确定性，提高空中交通的可预测性。
同时，航迹预测也成为了现代空管自动化系统的核心技术。
另外，为了克服ATM系统的缺陷，应对日益增长的航空运输需求，许多国家和组织提出了改造项目，如国际民用航空组织的航空系统组块升级框架、欧洲的单一航空器轨迹预测技术研究综述徐正凤，曾维理，羊钊南京航空航天大学民航学院，南京211106摘要：航空器轨迹预测是流量管理、冲突检测和解脱、航空器进场排序以及异常行为监测等空中交通管理技术的基础。
关于航空器轨迹预测的研究产生了许多经典的方法和应用领域。
对研究航迹预测问题的背景和意义进行概述，并从数据库、基础流程和预测关键技术三个方面介绍了有关航迹预测的基础知识。
其中数据库包括航空器性能数据库、航空器监视数据库和气象数据库，基础流程包括准备、预测、更新和输出四个模块，预测关键技术总结并列举了状态估计模型、动力学模型和机器学习模型三类方法的典型模型。
对航迹预测系统模型进行具体分析时，进一步列举三类方法的主要研究成果并归纳各类方法的特点。
对航迹预测在空中交通管理中的具体应用进行分析，包括冲突检测、到达管理和流量管理等。
总结并指出了目前航迹预测问题所面临的挑战和未来的发展方向。
管制冲突探测算法研究
的相 对 穿 越 冲突 ，扇 区内 共 １架 航 空器 ，分别 为４ 落地 广 州 ，２ ０ 架 架落 地深 圳 ，４ 飞越 扇 区 的航空 器 ，根据 冲 突探 测算 法 ，对 两 两 架 航空 器之 间进行 比较 ，冲突 结果 如 图１ 所示 。
２１ 冲突定 义 ．
区 域 的 移 交 高 度 为 则 两 架 需穿 越 高 度 的两 架 航 空 器 可 表 示 为
＞ ＾ （ 或者 以 以上两个 表达 式是 等 价 的 ）。
３ 冲突探测算法
４１ 算 例 ， ． 为 了检 验算 法 的 实用 性 及 有效 性 ，用 一 个 简单 的例 子模 拟 该 算 法 的运 行 流程 。下 图为 广 卅４ 扇 区 ，扇 区特 点 为进 港扇 区 ，其 Ｉ 号 冲突 特 点 主要 为 以汇 聚 形 式 的高 度 穿越 及 与 由东 向西 飞 越航 空 器
凳 翥霸
应 用 方 法 论
１ ６ ５
管制冲 突探 测算法研究
李 华春
（ 中南空管局广 州区管 中心 ，广东广 州 ５０ ０ １ ４ ５） 摘 要 目前的空 中交通 管制 中的冲 突调配依赖 于管制员的经验判断 ，随 着近年 来空中交通 流量的不断增长 ，在持续 高强度 的工作状 态下，管制 员容 易产生 “ 、忘、漏”的冲 突意识 ，这就严重影响 空中交通安全 。所以 ，本文根据 管制扇 区的冲突 错 特点及冲 突类型 ，通过 建立冲突模型 、介绍 了一种基 于实际管制 工作 中的冲突探测 算法，描 述 了实际管制工作 中冲突探 测的
』一～ｊ Ｈ： 沮 ｓＨ：八 Ｈ： ２ ＼ ＿ ｓ ， ｉ Ｈ Ｊ ＨＡＡＨ０ ， ｉ ｇ Ａ Ｇ ， Ａ ’ Ｈ ｊ
（ 公式 中加 等号 是考 虑 到 同高度 飞行 的情况 ） 步骤３ ：根 据判 断结 果 ，若 符合 冲突条件 ，则此 两架 航空 器 之 间存 在 飞行 冲 突 ，否 则 ，此 两架 航空 器之 间不存 在 飞行 冲突 。 步骤 ４ ：返 回到 步骤 ２ ，对航 空器 进行 判 断 ，依次 循环 ，直 到完成 对所 有 的航空 器与 其 它航 空器之 间 的冲突 判 断。 ４算法模拟仿真
一种基于滚动时域控制的航空器冲突管理方法[发明专利]
![一种基于滚动时域控制的航空器冲突管理方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/1b6614e67cd184254a35355c.png)
专利名称：一种基于滚动时域控制的航空器冲突管理方法专利类型：发明专利
发明人：马龙彪,严勇杰,陈平,张阳,刘岩,肖雪飞,毛亿
申请号：CN202010697043.5
申请日：20200720
公开号：CN111932951A
公开日：
20201113
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于滚动时域控制的航空器冲突管理方法，包括：获取多个航空器当前的实时运行状态，设定滚动时域周期，基于航空器动力学模型预测滚动时域周期内的航空器4D预测航迹；建立飞行器冲突探测模型，对滚动时域周期内的每一对航空器进行冲突探测；确定航空器滚动时域最优解脱模型，在给定的滚动时域周期内，滚动计算各航空器的最优调控策略并生成航空器操纵输入量，并反馈矫正航空器的4D预测航迹，实现最优冲突解脱。
本发明为面向四维航迹运动的航空器间隔管理提供了一种快速实现方法，为战术阶段冲突探测与最优解脱方法等方面提供了技术支持，为下一代空管系统实现缩小飞行间隔和提升空域利用率提供技术支撑。
申请人：中国电子科技集团公司第二十八研究所
地址：210007 江苏省南京市苜蓿园东街1号
国籍：CN
代理机构：江苏圣典律师事务所
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智能航空管理系统中的冲突检测与解决研究
智能航空管理系统中的冲突检测与解决研究随着航空业的快速发展，飞机数量不断增加，航班密度也随之增大。
在这样的背景下，确保航班的安全和高效运行显得尤为重要。
智能航空管理系统（Intelligent Aviation Management System）作为一个重要的工具，扮演着冲突检测与解决的重要角色。
冲突检测是智能航空管理系统中的核心功能之一。
它通过综合分析航班计划、空域限制、飞机性能等因素，以及实时监测飞机的位置、速度、高度等参数，来判断是否存在航班冲突的可能性。
冲突可能包括航班交叉、竞争相同资源（如航线、机场等）、相撞等情况。
系统会根据预设的冲突检测算法和规则库，对飞行中的航班进行即时监测和分析。
一旦发现潜在冲突，系统会发出警报并提示操作员采取相应的解决措施。
冲突解决是智能航空管理系统的重要任务之一。
在检测到潜在冲突后，系统需要及时采取措施避免冲突的发生。
冲突解决的关键在于通过合理的航班路径调整、速度变化或高度改变等手段，避免航班之间的交叉和相撞，保障航班的安全和准时性。
智能航空管理系统会根据一系列的优化算法和约束条件，计算出最佳的航班调整方案，并将其反馈给飞行员或航空管制员。
飞行员或航管员根据系统提供的建议，进行相应的控制操作，以实现冲突的解决。
在研究智能航空管理系统中的冲突检测与解决过程中，有几个关键的挑战需要克服。
首先，需要建立有效的冲突检测算法和规则库。
这要求深入研究航空交通流量、空域限制、飞机性能等因素，并结合实际运行情况，设计出具有适应性和准确性的冲突检测算法和规则库。
其次，需要研究高效的冲突解决算法和调度策略。
这要求在有限的时间内对大量复杂的飞行数据进行处理和分析，从而得到最佳的航班调整方案。
此外，智能航空管理系统需要具备实时性和可靠性，并能够适应紧急情况的处理。
为了提高智能航空管理系统中的冲突检测与解决效果，研究者们积极探索各种先进的技术和方法。
其中包括数据挖掘、机器学习、优化算法等。
空域运行仿真中冲突的自动检测和调解系统及方法
空域运行仿真中冲突的自动检测和调解系统及方法空域运行仿真中，冲突的自动检测和调解系统及方法可以采用以下的流程和策略：系统流程：1. 数据采集和处理：系统通过空域监测设备或者传感器获取空域运行仿真相关的数据，包括飞行器的位置、速度、姿态等信息，并进行处理和分析。
2. 冲突检测算法：系统采用先进的冲突检测算法，通过分析飞行器之间的相对位置和动态信息，检测出可能发生冲突的情况。
3. 冲突评估和判定：系统需要根据检测到的冲突情况，进行评估和判定，确定是否存在实质性的冲突，如飞行器之间的距离过近或者轨迹交叉等情况。
4. 调解策略生成：根据冲突的评估和判定结果，系统需要生成相应的调解策略。
调解策略可以包括变更飞行器的航向、高度或者速度等，以避免冲突的发生。
5. 冲突调解实施：系统将生成的调解策略实施到相应的飞行器上，通过通信或者自主控制的方式，告知飞行器进行相应变更操作。
6. 冲突监控和反馈：系统需要定期监控飞行器的运行情况，以确保冲突调解策略的有效性。
同时，系统也需要向飞行器发送调解结果的反馈信息，以保证飞行器可以正确执行调解策略。
调解策略：1. 避让策略：当发现两个或多个飞行器轨迹相交或者距离过近时，系统可以调整其中一个或多个飞行器的航向或者高度，使它们互相避让。
2. 紧急停机策略：当发现一架飞行器迅速接近其他飞行器且无法进行避让时，系统可以向该飞行器发送紧急停机指令，强制其停机或者改变航向。
3. 优先级调整策略：当发现多个飞行器同时请求相同空域时，根据飞行器的优先级，调整飞行器的顺序进入空域，以确保高优先级任务的顺利完成。
此外，系统还需要考虑以下几个方面：1. 数据精确性和时效性：系统需要确保采集的数据准确且具有足够的时效性，以便能够及时发现冲突并做出调解。
2. 通信和协作能力：系统需要具备良好的通信和协作能力，以便与飞行器进行信息交互和调解指令的发送。
3. 安全性和可靠性：系统需要具备较高的安全性和可靠性，以确保在复杂的空域环境中能够正确地检测冲突并实施调解策略，避免人为错误或者故障导致的事故发生。
航空管制系统中的飞行器冲突避免策略研究
航空管制系统中的飞行器冲突避免策略研究引言随着航空交通的快速发展，航空管制系统的重要性日益凸显。
在飞行器的运行过程中，飞行器冲突的风险是一个需要加以关注和解决的重要问题。
本文旨在探讨航空管制系统中的飞行器冲突避免策略，并提出一些相关的研究成果。
一、背景航空管制系统是将地面的航空交通控制与飞行器的运行有机结合起来的关键环节。
它通过准确的位置信息、通信和控制指令，确保飞行器在空中的运行安全和效率。
然而，在复杂多变的航空交通环境中，飞行器的冲突成为了一个严峻的挑战。
二、飞行器冲突的类型飞行器冲突包括水平冲突和垂直冲突两种主要类型。
1. 水平冲突：当两个或多个飞行器在水平方向上存在过近的情况时，会导致水平冲突。
这种冲突常发生在进近和离场过程中，需要通过择机搬离、改航或改高度等策略进行避免。
2. 垂直冲突：垂直冲突是指飞行器在垂直方向上存在过近的情况。
这种类型的冲突常见于巡航阶段，通常通过改高度或改速度等方式解决。
三、航空管制系统的飞行器冲突避免策略为了最大程度地减少飞行器冲突的发生，航空管制系统采用了一系列的冲突避免策略。
1. 空中交通管制系统(ATC)：ATC系统是航空管制系统中最核心的组成部分之一。
它通过监控飞行器的位置、飞行高度、速度等信息，以及与飞行员的实时通信，实现对航班的监控和管理。
ATC系统通过合理的航线规划和飞行高度分配，实现飞行器之间的安全分隔，从而减少飞行器冲突的风险。
2. 碰撞预警系统(TCAS)：TCAS系统是一种被动式的冲突避免系统，主要用于判断飞行器之间的冲突，并发出相应的警报。
TCAS系统通过飞行器之间的互联通信，判断飞行器的相对位置和速度，若存在潜在的冲突风险，系统将发出警报，提示飞行员采取避免措施。
3. 全球定位系统(GPS)：GPS系统在航空管制系统中具有重要作用。
通过在飞行器上安装GPS设备，可以实时获取飞行器的准确位置信息，并将其传输给地面航空管制中心。
地面管制中心可以通过GPS信息实时监控飞机的位置，从而更好地掌握航班的运行情况，及时预防可能的冲突。
基于BP神经网络的短期飞行冲突探测方法
基于BP神经网络的短期飞行冲突探测方法
崔海洋;卢婷婷;孟庆玉;张秀明;曹博;蓝可芸;朱天基;谭佳
【期刊名称】《中国科技信息》
【年(卷),期】2022()21
【摘要】建立圆柱形飞行保护区飞机在各阶段飞行中需要与其他航空器保持一定间隔,因此对飞机应建立飞行间隔保护区。
依据中国的《空中交通管理规则》(R5版本)的规定,民航客机的水平、垂直距离间隔规定与圆柱形保护区匹配度最高。
与传统的单一圆柱形保护区相比本文提出了一种可以提前探测飞行冲突的双圆柱体保护区结构。
如图1所示,当飞机B进入区域Ⅱ内则表示有两飞机距离过小,即有危险接近的可能。
而当飞机B进入区域Ⅰ则表示已经发生了危险接近,需要立刻给出可以有效增加飞机距离的指令。
【总页数】3页(P55-57)
【作者】崔海洋;卢婷婷;孟庆玉;张秀明;曹博;蓝可芸;朱天基;谭佳
【作者单位】广州民航职业技术学院;中国民航大学;北京邮电大学电子工程学院【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.基于静电场模型的自由飞行空域冲突探测方法
2.基于交互式方法的飞行器短期冲突检测模型
3.基于航路段相关的飞行冲突探测方法研究
4.基于深度高斯过程的飞行冲突探测方法研究
5.基于调速的飞行冲突探测与解脱方法
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无人机空域运行冲突消解方法
无人机空域运行冲突消解方法无人机的应用范围越来越广泛，从军事领域到民用领域都有着广阔的前景。
然而，随着无人机数量的增加，无人机之间的空域运行冲突问题也愈发凸显。
解决无人机空域运行冲突问题是确保无人机安全运行的关键，本文将介绍一些常见的冲突消解方法。
最常见的冲突消解方法是基于自动化系统的无人机空中交通管理（UAS Traffic Management，UTM）系统。
UTM系统利用先进的航空电子设备和通信技术，对无人机进行实时监测和控制，确保无人机之间的安全分隔距离，避免发生碰撞。
UTM系统可以通过无人机之间的通信，实时共享飞行计划和位置信息，并根据飞行计划和空域状况进行动态冲突检测和消解。
这种基于自动化系统的方法能够提高无人机的整体运行效率和安全性。
一种常见的冲突消解方法是基于无人机飞行路线规划的冲突避免。
无人机飞行路线规划是指根据无人机的任务需求和空域状况，制定无人机的飞行路线和高度。
在飞行路线规划中，需要考虑到无人机之间的安全分隔距离，避免发生碰撞。
通过合理规划无人机的飞行路线，可以最大程度地减少无人机之间的冲突，提高无人机的整体运行效率。
还可以采用无人机之间的协同飞行来消解冲突。
协同飞行是指多架无人机之间通过通信和协调，共同完成任务的飞行方式。
在协同飞行中，无人机之间可以共享飞行计划和位置信息，通过协商和调整飞行路线，避免发生冲突。
协同飞行可以提高无人机的整体运行效率，并减少冲突的发生。
还可以考虑采用无人机之间的自主避障技术来解决冲突问题。
自主避障技术是指无人机通过搭载避障传感器和智能算法，实现对空中障碍物的检测和避让。
通过自主避障技术，无人机可以在遇到障碍物时自动调整飞行路线，避免发生碰撞。
这种技术可以提高无人机的飞行安全性，减少无人机之间的冲突。
还可以考虑采用无人机之间的合作控制来解决冲突问题。
合作控制是指多架无人机之间通过通信和协作，共同完成任务的控制方式。
在合作控制中，无人机之间可以通过共享信息和协调动作，实现对飞行行为的控制。
基于塔台仿真系统的飞行短期冲突检测
基于塔台仿真系统的飞行短期冲突检测龚宏伟;周欣【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2013(23)4【摘要】Considering error of radar data as well as the influence of airflow and other factors,introduce Kalman filter into the flight short-term collision detection,to get more accurate forecast. The known research shows that flight track error obeys to zero mean Gaussian model. Kalman filter can effectively deal with the error distribution model. Filtering results are closer to the actual conditions,and make a valid prediction of the unknown state. According to the civil aviation flight safety requirements,in thispaper,forecast the flight conflict in horizontal and vertical direction. Through theoretical analysis and simulation experiments show that the method can not only forecast the real collision,but also provide the reference information as probability for potential collision.% 考虑到雷达数据的误差以及气流等随机因素影响，将卡尔曼滤波引入飞行器短期冲突检测中，以实现更精确的预报。
民用运输类飞机AMS TAR功能及其验证方法
民用运输类飞机AMS TAR功能及其验证方法简介AMS (Aircraft Monitoring System) TAR (Traffic Alert and Collision Avoidance System) 是一种在飞机上用于监测周围航空器并提供对避免冲突的警告和建议的设备。
TAR 是航空电子设备中的重要部分，非常适用于民用运输类飞机。
功能TAR 的主要功能是在适当的情况下向机组人员提供有关避免与其他航空器相撞的信息。
TAR 可以帮助机组人员避免其他航空器的冲突，利用雷达提供信息，支持紧急情况中的决策。
一些民用运输类飞机的 TAR 也提供无声操作功能，这意味着机组人员可以通过红色和绿色的小灯来了解 TAR 的工作状态，而不是听到声音提示。
验证方法为了保证 TAR 的正常工作，需要对其进行一定的验证。
以下是一些常用的AMS TAR 验证方法。
功能测试功能测试是验证 TAR 是否正确地执行其功能的最通用方法。
机组人员可以使用地面测试系统（ATS）或便携式测试设备（PTE）对 AMS TAR 进行功能测试。
ATS 通常由航空公司保有，并由飞机维护工程师操作。
它是一种座地式设备，用于对电子设备进行自动化测试，这样就可以确保所有功能都得到有效测试。
PTE 是一种轻便的便携设备，可以通过 USB 或 Ethernet 端口与 AMS TAR 连接。
这种测试设备通常由维护计划中的支持人员或机组人员进行操作，可以用于快速检查设备是否正常工作。
线束连通性测试线束连通性测试是检查当机组警告出现时与 AMS TAR 相关的线束是否连接良好的测试方法。
这种测试通过检测线束中的特定电阻，可以检测出是否存在连通性问题。
支持软件版本验证支持软件版本验证是检查 AMS TAR 使用的软件版本是否与其支持的航电设备软件版本兼容的测试方法。
这种测试通常由维修计划中的支持人员或自动化工具执行。
结论在民用运输类飞机上，TAR 是非常重要的设备，可以帮助机组人员避免与其他航空器发生冲突，并确保飞行的安全。
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(1)
雷 (1976-) ，男， 工 程 师， 硕 士，主 要 从 事 航 空 器 通 信 与 导 航 设 备 研 究 ．
第6期
张 雷， 等： 一种航空器跟踪预测飞行冲突检测算法
433
é1 0 0 0 0 0ù 式中， 量 测 矩 阵 H = ê0 0 1 0 0 0ú ； 量测误差矩阵 ê ú ë0 0 0 0 1 0û v ADSB k = [w x w y w z]T， 量测误差噪声的方差 R ADSB k =
收稿 日 期 ： 2017-07-04 作者 简 介 ： 张
2
跟踪预测飞行冲突检测算法
1) 观测 模 型 和 量 测 方程 通常， 航空器的飞行状态可以简化为对匀
速直线运动的扰动， 广播式自动相关监视 (ADS-B) 系 统 下 传 递 的 目 标 空 间 状 态 信 息 来 自 全 球卫星定位系统数据， 目 标 高 度 数 据 来 自气压高 度表．设 k 时刻航空器的飞行状态为 x k = [ x y z]T ， 则 ADS-B 系统 的 观 测 模 型 为
航空飞行中， 任何微小失误都有可能引发 灾难性事故．飞行冲突检测的任务就是实时分 析空 中 航 空 器 的 飞 行 状 态 ， 及 时 计 算 出 危险接近 的航 空 器 ， 给 空 中 交 通 管 制 人 员 或 飞 行 员发出警 告信号， 及时做出规避工作， 避免造成严重的飞 行安 全 事 故 ． 采用航空器轨迹预测的确定性方法解决航 空器 飞 行 冲 突 检 测 问 题 ， 没 有 考 虑 航 空 器之间垂 直间距的变化影响
[9]
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飞行冲突检测模型
目前， 所使用飞行冲突检测模型如图 1 所
示．该模型由 2 个中心轴线和几何中心相互重 合的圆柱体组成， 且 2 个圆柱体的几何中心就是 航空器的质心．图 1 中， 靠近飞机的里面较小区 域 称 为 保 护 区 域 (PAZ) ， 而体积较大的圆柱体表 面和较小圆柱体表面之间的空域称为告警区域 (CAZ) ． 以 2 架 飞 机 的 冲 突 探 测 为 例 ， 设定 2 架 飞机在飞行过程中速率保持不变， 飞机 1 处在飞 行冲突检测模型的中心， 飞机 2 视为质点， 当飞 机 2 进入飞机 1 的告警区域时， 飞行员就应该意 识到 2 架飞机距离较近， 应随时做好飞行规避的
图1
飞行冲突检测模型
由 于 国 际 民 航 组 织 建 议 的 ADS-B 管 制 条 件 下 的 水 平 安 全 间 隔 为 5 n mile( 约 为 9.26 km) ， 最小 安 全 飞 行 垂 直 间 隔 在 不 同 飞 行 高 度 层 是 300~ 600 m ． 所 以 ， 本文所述方法的飞行冲突检测模 型 中 保 护 区 域 水 平 半 径 设 为 R PAZ = 5 n mile ， 保 护 区 高 度 设 为 H PAZ = 300 m ． 考 虑 到 实 际 中 民 航 飞 机 的 飞 行 速 度 通 常 为 900 km/h ， 如果两飞机 相 向 飞 行 则 留 给 飞 行 员 的 反 应 时 间 不 超 过 18 s ． 告 警 区 域 圆 柱 体 半 径 RCAZ = 20 n mile ( 约 为 37.04 km) ， 高 度 HCAZ = 1200 m ．
张 雷 1， 杨瑞娟 2， 罗少华 2， 沈序驰 2
（1.95959 部队， 北京 100076； 2.空军预警学院， 武汉 430019）
摘
要： 为了实现空中航空器运行状态的实时监控， 达到航空器空中交通的有效管理， 提出了一种跟踪预测
飞行冲突检测算法．该算法首先建立航空器飞行冲突检测模型， 然后根据当前时刻各个航空器之间的空间间隔 和航空器飞行轨迹的预测结果， 判断不同时刻预测轨迹的空间间隔并给出冲突检测结果．最后， 设置仿真场景， 进行了仿真．仿真结果验证了该算法的有效性． 关键词： 飞行冲突； 冲突检测； 航空器跟踪预测 中图分类号： V355 文献标识码： A 文章编号： 2095-5839(2017)06-0432-04
[2-7] [1]
准备．当飞机 2 进入飞机 1 的保护区域时， 飞行 员就必须做出规避动作， 防止两机相撞．
Ｒ Ｃ Ａ Ｚ
Ｒ Ｐ Ａ Ｚ 保护区
Ｈ Ｃ Ａ Ｚ Ｐ Ａ Ｚ Ｈ
告警区
．利用航空器的预测轨迹
[8]
判断 航 空 器 之 间 是 否 存 在 飞 行 冲 突 的 方法 ， 没有 考虑航空器之间的相对运动趋势 ．为了更好 解决 航 空 器 冲 突 检 测 问 题 ， 本 文 提 出 一 种跟踪预 测飞行冲突检测算法．该算法在传统实时位置 探测 的 基 础 上 进 行 飞 行 轨 迹 跟 踪 预 测 ， 本质上是 分析航空器在未来一段时间内相对位置的变化 情况， 将飞行安全风险分为四级， 给出飞行安全 检测结果．最后， 通过仿真验证了算法的有效性．
2 2 diag(σ x σy σ z2) ．
续 60 s 的 最 短 空 间 距 离 ， 而是根据当前的空间位 置信息首先计算 2 个航空器的空间相对位置， 当 其 中 一 个 航 空 器 处 在 另 一 个 航 空 器 的 告警区时 ， 才 进 行 后 续 的 飞 行 轨 迹 预 测 和 未 来 60 s 最 短 空 间 距 离 计 算 ． 这 是 因 为 按 航 空 器 900 km/h 的 时 速计算， 处在同一高度空域内的、 不在告警区内 的 航 空 器 通 常 情 况 下 在 未 来 60 s 内 是 不 能 飞 入 另一个航空器的保护区内的． 设 Cij (i j = 1 2 N ) 表 示 航 空 器 i 和 航 空 器 j 的飞行冲突检测结果， 其值分别表示 4 个不 同等级威胁， 即 Cij = 1 2 3 4 ， 且 Cij = C ji ． Cij 数 值越小， 表示威胁等级越高．
第 31 卷 第 6 期 2017 年 12 月
空 军 预 警 学 院 学 报 Journal of Air Early Warning Academy
Vol.31 No.6 Dec. 2017
DOI: 10.3969/j.issn.2095-5839.2017.06.010
一种航空器跟踪预测飞行冲突检测算法