飛行沖突探測與調(diào)配輔助決策過程研究

傅辰濤1，王宏偉2

（1.中國電子科技集團公司第二十八研究所空中交通管理系統(tǒng)與技術(shù)國家重點實驗室，南京　210007；2.海軍空中交通管制工程辦公室，北京　100841）

摘　要：飛行沖突探測與調(diào)配是調(diào)解軍航計劃與民航航路、航線潛在沖突的重要手段，調(diào)配方案的制作到實施是一套精細復雜的流程，管制員需要根據(jù)各個飛行計劃以及整體任務(wù)性質(zhì)，依賴一定的調(diào)配規(guī)則以及調(diào)配經(jīng)驗，判斷與民航飛行潛在的沖突，劃設(shè)合理的調(diào)配區(qū)域，保障飛行任務(wù)的正常運行；本文闡述了飛行調(diào)配系統(tǒng)在輔助管制員制定調(diào)配決策過程中所起的關(guān)鍵作用，分析研究了自動生成調(diào)配建議的方法，使得能夠更準確、快速地制作調(diào)配方案。

關(guān)鍵詞：沖突探測；輔助決策；調(diào)配方案

中圖分類號：V355.1　文獻標識碼：A

Research on Auxiliary Decision Process of Flight Conflict Detect and Dispatch Control

Fu Chentao，Wang Hongwei

（China Electronic Technology Group Corporation twenty-eighth Researchinstitute State Key Laboratory of Air Traffic Management System and Technology，NanJing 210007，China）

Abstract：Flight conflict detect and regulation is important means to mediate the navigation plan and of civil aviation routes with potential conflict，make to the implementation of regulation scheme is a set of sophisticated process，controllers need according to the flight plans and the overall nature of the task，relying on certain mixing rule and regulation of experience，judgment the civil aviation flight with potential conflicts，delimited on reasonable allocate area and ensure the normal operation of the flight mission；this paper expounds the flight regulation system in auxiliary controller plays the key role in the process of allocation decisions，analyzed the automatic generation of regulation of the proposed methods，makes more accurate and fast production of regulation.

Key words：Conflict detect；Auxiliary decision；Regulation scheme

0　引言

飛行調(diào)配的重要職責之一是解決軍航飛行計劃在運行過程中減少對民航飛行所造成的影響，在不影響軍航飛行條件的情況下盡量滿足民航的飛行需求。即，在預先調(diào)配階段，根據(jù)飛行計劃提供的航線數(shù)據(jù)，探測其與民航航路航線的沖突，包括位置沖突、高度層沖突等，并根據(jù)需要進行必要的調(diào)配手段，劃設(shè)調(diào)配區(qū)域。具體過程包括飛行計劃數(shù)據(jù)的采集、沖突探測、沖突調(diào)配、調(diào)配方案驗證審查，最后生成可供實施的飛行調(diào)配方案。

1　調(diào)配自動生成

1.1　地圖數(shù)據(jù)柵格處理

在調(diào)配方案制作到生成的過程中，劃設(shè)調(diào)配區(qū)域是最為煩瑣的階段，需要根據(jù)各個飛行計劃數(shù)據(jù)，判斷可能與之產(chǎn)生沖突的民航航路航線，根據(jù)實際飛行航線，查看是否有穿越民航航路航線或者實際飛行過程中與民航航路航線不滿足安全間隔要求的情況，從而劃設(shè)飛行調(diào)配區(qū)域。然而，調(diào)配區(qū)域的劃設(shè)需要滿足一定的要求，既要保證軍航飛行任務(wù)的正常進行，又要減少對民航飛行造成的影響，如何精細化的劃設(shè)調(diào)配區(qū)域，需要依賴系統(tǒng)的輔助計算。在獲取軍航飛行計劃后，系統(tǒng)需要對各個飛行計劃數(shù)據(jù)進行分析，檢測出可能影響或穿越的民航航路航線，即沖突探測過程。為了確保檢測的精確程度，系統(tǒng)將地圖數(shù)據(jù)進行柵格處理，如圖1所示。

為在保證精度要求的同時不過度增大計算量，選取10km為精度范圍進行地圖的柵格處理，并進行存儲。實際的系統(tǒng)運行過程中，在初始化時對地圖進行柵格處理存儲在緩存中（ROM），將民航各航路航線數(shù)據(jù)分段存儲在柵格數(shù)據(jù)中；在沖突檢測過程中，由于需要對當前軍航飛機所在位置進行沖突判斷，為保證系統(tǒng)運行效率，在沖突檢測階段對單個檢測目標只加載其周圍3×3的柵格數(shù)據(jù)，這是一個動態(tài)加載的過程，系統(tǒng)檢測目標所在柵格的變化，如果目標離開當前柵格范圍，系統(tǒng)將加載以目標所在柵格為中心、周圍3×3的地圖柵格數(shù)據(jù)，如圖2所示。

在每個柵格數(shù)據(jù)中都包含了該區(qū)域的經(jīng)度和緯度信息，在定義了經(jīng)緯度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，可以通過對經(jīng)緯度進行簡單的運算，獲得所需要的位置信息，并判斷軍航計劃與民航航路航線之間可能存在的沖突或安全間隔不滿足要求的情況。

地形的柵格數(shù)據(jù)存儲在ROM中，為了按照飛機的當前位置加載和更新所需要計算的柵格數(shù)據(jù)，ROM中的數(shù)據(jù)被解壓后，傳送到隨機讀取的內(nèi)存中（RAM）。除了已經(jīng)加載的9個柵格數(shù)據(jù)外，不需要額外加載柵格數(shù)據(jù)，除非在極限情況下，如飛機轉(zhuǎn)彎或盤旋時，則需要實時加載以飛機當前位置為中心的柵格數(shù)據(jù)。如圖2（c）中所示為極限情況，可以直觀地看出，在這種情況下，需要同時保留16個柵格數(shù)據(jù)供系統(tǒng)計算使用。

1.2　調(diào)配區(qū)域生成

根據(jù)柵格數(shù)據(jù)中分段存儲的民航航路、航線等數(shù)據(jù)，可以方便地計算出調(diào)配區(qū)域的大致范圍。當以軍航計劃目標為中心至少3×3的柵格范圍內(nèi)覆蓋了民航航路、航線數(shù)據(jù)時，說明該計劃對民航航路航線產(chǎn)生了影響，即穿越或者不滿足安全間隔要求。范圍確定后，需要對調(diào)配區(qū)域的高度進行限制，系統(tǒng)提供兩種生成調(diào)配區(qū)域建議高度的方法。

1）直接法

在獲取軍航飛行計劃數(shù)據(jù)后，可以同時獲取飛行高度信息，當影響某一段民航航路、航線的軍航飛行計劃不超過一條，或者有多條飛行計劃處于同一高度層時，系統(tǒng)直接采用飛行計劃在沖突位置的高度信息，上下調(diào)整單個高層范圍，作為調(diào)配區(qū)域的限制高度。

2）插值法

若存在多條軍航計劃，同時處于與某一段民航航路、航線沖突范圍內(nèi)，并且飛行高度不在同一高度層時，自動生成調(diào)配區(qū)域的建議限制高度，系統(tǒng)提供改進的線性差值方法，近似計算可能造成影響的高度范圍，輔助生成建議高度。

對處于同一沖突范圍內(nèi)的多條飛行計劃數(shù)據(jù)進行地理信息采樣，獲取目標在沖突范圍內(nèi)的位置信息，包括經(jīng)緯度和飛行高度，記錄并存儲采樣數(shù)據(jù)；對于非采樣點，即需要計算的民航航路航線上的調(diào)配區(qū)域的高度范圍，可以通過構(gòu)造一個或一組可以精確描述位置信息的函數(shù)，使用這些函數(shù)來估計不在采樣點的高度數(shù)據(jù)。插值、最小二乘和樣條分析是可供選擇的方法，相比較而言，插值是一種簡單可行的處理方法。設(shè)某段民航航路航線所處柵格的中心為R點，用xR，yR分別表示R點的位置信息，利用該點周圍4個最鄰近的采樣點來計算該點的近似高度，分別設(shè)為A、B、C、D，如圖3所示，A、B、C、D四點為所處最鄰近柵格內(nèi)的采樣點數(shù)據(jù)的近似值，A（xA，yA）、B（xB，yB）、C（xC，yC）、D（xD，yD）。這4點的高度分別設(shè)為d（A）、d（B）、d（C）、d（D），利用這4個點的高度數(shù)值進行雙線性插值計算；由于顯示精度的限制，需要在范圍為10km×10km的范圍內(nèi)用同一高度數(shù)值代表。因此，對插值計算所需要的參數(shù)稍作修改，根據(jù)A、B、C、D點的坐標，近似計算其所在10km為精度的柵格的中心坐標，分別設(shè)為A′（xa，ya）、B′（xb，yb）、C′（xc，yc）、D′（xd，yd），如圖3（b）所示，利用A、B、C、D點的坐標對柵格精度進行取模運算，計算過程如下：

計算出A′（xa，ya）、B′（xb，yb）、C′（xc，yc）、D′（xd，yd）點的坐標后，結(jié)合d（A）、d（B）、d（C）、d（D）進行雙線性插值，計算R（xR，yR）點處的高度近似數(shù)值。首先計算E和F這兩個點的高度近似數(shù)值d（E）和d（F）：

則R（xR，yR）點的高度近似數(shù)值d（R）為

從而完成了建議限制高度的計算。這里的計算結(jié)果為建議高度層，起到輔助劃設(shè)調(diào)配區(qū)域的作用，最終調(diào)配方案的生成，還需要方案制作人員根據(jù)實際需要等因素進行確認。

2　輔助決策過程

預先調(diào)配的輔助決策功能，就是系統(tǒng)自動完成飛行沖突探測，自動繪制調(diào)配建議區(qū)域，為管制員進行調(diào)配方案的制作提供輔助決策支撐。當調(diào)配方案制作完成后，系統(tǒng)還提供方案驗證、方案發(fā)布以及運行監(jiān)視等功能，具體的輔助決策流程如圖4所示。

3　結(jié)束語

本文從預先飛行調(diào)配系統(tǒng)的主要功能出發(fā)，采用了地圖數(shù)據(jù)柵格處理并動態(tài)加載的方式，一是根據(jù)沖突檢測精度需要可以自定義劃分柵格范圍，二是根據(jù)系統(tǒng)性能需要，在沖突檢測計算過程中保證系統(tǒng)的高效運行，并且能夠準確識別出對民航航路、航線可能造成的影響；在柵格化地圖數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)采用直接法和插值法計算出調(diào)配區(qū)域劃設(shè)的建議高度層范圍，最終形成初步的調(diào)配方案供管制員參考。

飛行預先調(diào)配的輔助決策研究的重要目的之一，就是解決管制員繁重的調(diào)配方案制作過程，并且精細化地調(diào)配軍航計劃與民航航路、航線之間存在的各種沖突。然而，在實際運行過程中，調(diào)配方案的制定過程包含了很多經(jīng)驗決策，系統(tǒng)要達到既準確又人性化的判斷還需要更深入的研究。

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