飞行冲突探测与调配辅助决策过程研究

傅辰涛1，王宏伟2

（1.中国电子科技集团公司第二十八研究所空中交通管理系统与技术国家重点实验室，南京　210007；2.海军空中交通管制工程办公室，北京　100841）

摘　要：飞行冲突探测与调配是调解军航计划与民航航路、航线潜在冲突的重要手段，调配方案的制作到实施是一套精细复杂的流程，管制员需要根据各个飞行计划以及整体任务性质，依赖一定的调配规则以及调配经验，判断与民航飞行潜在的冲突，划设合理的调配区域，保障飞行任务的正常运行；本文阐述了飞行调配系统在辅助管制员制定调配决策过程中所起的关键作用，分析研究了自动生成调配建议的方法，使得能够更准确、快速地制作调配方案。

关键词：冲突探测；辅助决策；调配方案

中图分类号：V355.1　文献标识码：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

飞行调配的重要职责之一是解决军航飞行计划在运行过程中减少对民航飞行所造成的影响，在不影响军航飞行条件的情况下尽量满足民航的飞行需求。即，在预先调配阶段，根据飞行计划提供的航线数据，探测其与民航航路航线的冲突，包括位置冲突、高度层冲突等，并根据需要进行必要的调配手段，划设调配区域。具体过程包括飞行计划数据的采集、冲突探测、冲突调配、调配方案验证审查，最后生成可供实施的飞行调配方案。

1　调配自动生成

1.1　地图数据栅格处理

在调配方案制作到生成的过程中，划设调配区域是最为烦琐的阶段，需要根据各个飞行计划数据，判断可能与之产生冲突的民航航路航线，根据实际飞行航线，查看是否有穿越民航航路航线或者实际飞行过程中与民航航路航线不满足安全间隔要求的情况，从而划设飞行调配区域。然而，调配区域的划设需要满足一定的要求，既要保证军航飞行任务的正常进行，又要减少对民航飞行造成的影响，如何精细化的划设调配区域，需要依赖系统的辅助计算。在获取军航飞行计划后，系统需要对各个飞行计划数据进行分析，检测出可能影响或穿越的民航航路航线，即冲突探测过程。为了确保检测的精确程度，系统将地图数据进行栅格处理，如图1所示。

为在保证精度要求的同时不过度增大计算量，选取10km为精度范围进行地图的栅格处理，并进行存储。实际的系统运行过程中，在初始化时对地图进行栅格处理存储在缓存中（ROM），将民航各航路航线数据分段存储在栅格数据中；在冲突检测过程中，由于需要对当前军航飞机所在位置进行冲突判断，为保证系统运行效率，在冲突检测阶段对单个检测目标只加载其周围3×3的栅格数据，这是一个动态加载的过程，系统检测目标所在栅格的变化，如果目标离开当前栅格范围，系统将加载以目标所在栅格为中心、周围3×3的地图栅格数据，如图2所示。

在每个栅格数据中都包含了该区域的经度和纬度信息，在定义了经纬度数据结构之后，可以通过对经纬度进行简单的运算，获得所需要的位置信息，并判断军航计划与民航航路航线之间可能存在的冲突或安全间隔不满足要求的情况。

地形的栅格数据存储在ROM中，为了按照飞机的当前位置加载和更新所需要计算的栅格数据，ROM中的数据被解压后，传送到随机读取的内存中（RAM）。除了已经加载的9个栅格数据外，不需要额外加载栅格数据，除非在极限情况下，如飞机转弯或盘旋时，则需要实时加载以飞机当前位置为中心的栅格数据。如图2（c）中所示为极限情况，可以直观地看出，在这种情况下，需要同时保留16个栅格数据供系统计算使用。

1.2　调配区域生成

根据栅格数据中分段存储的民航航路、航线等数据，可以方便地计算出调配区域的大致范围。当以军航计划目标为中心至少3×3的栅格范围内覆盖了民航航路、航线数据时，说明该计划对民航航路航线产生了影响，即穿越或者不满足安全间隔要求。范围确定后，需要对调配区域的高度进行限制，系统提供两种生成调配区域建议高度的方法。

1）直接法

在获取军航飞行计划数据后，可以同时获取飞行高度信息，当影响某一段民航航路、航线的军航飞行计划不超过一条，或者有多条飞行计划处于同一高度层时，系统直接采用飞行计划在冲突位置的高度信息，上下调整单个高层范围，作为调配区域的限制高度。

2）插值法

若存在多条军航计划，同时处于与某一段民航航路、航线冲突范围内，并且飞行高度不在同一高度层时，自动生成调配区域的建议限制高度，系统提供改进的线性差值方法，近似计算可能造成影响的高度范围，辅助生成建议高度。

对处于同一冲突范围内的多条飞行计划数据进行地理信息采样，获取目标在冲突范围内的位置信息，包括经纬度和飞行高度，记录并存储采样数据；对于非采样点，即需要计算的民航航路航线上的调配区域的高度范围，可以通过构造一个或一组可以精确描述位置信息的函数，使用这些函数来估计不在采样点的高度数据。插值、最小二乘和样条分析是可供选择的方法，相比较而言，插值是一种简单可行的处理方法。设某段民航航路航线所处栅格的中心为R点，用xR，yR分别表示R点的位置信息，利用该点周围4个最邻近的采样点来计算该点的近似高度，分别设为A、B、C、D，如图3所示，A、B、C、D四点为所处最邻近栅格内的采样点数据的近似值，A（xA，yA）、B（xB，yB）、C（xC，yC）、D（xD，yD）。这4点的高度分别设为d（A）、d（B）、d（C）、d（D），利用这4个点的高度数值进行双线性插值计算；由于显示精度的限制，需要在范围为10km×10km的范围内用同一高度数值代表。因此，对插值计算所需要的参数稍作修改，根据A、B、C、D点的坐标，近似计算其所在10km为精度的栅格的中心坐标，分别设为A′（xa，ya）、B′（xb，yb）、C′（xc，yc）、D′（xd，yd），如图3（b）所示，利用A、B、C、D点的坐标对栅格精度进行取模运算，计算过程如下：

计算出A′（xa，ya）、B′（xb，yb）、C′（xc，yc）、D′（xd，yd）点的坐标后，结合d（A）、d（B）、d（C）、d（D）进行双线性插值，计算R（xR，yR）点处的高度近似数值。首先计算E和F这两个点的高度近似数值d（E）和d（F）：

则R（xR，yR）点的高度近似数值d（R）为

从而完成了建议限制高度的计算。这里的计算结果为建议高度层，起到辅助划设调配区域的作用，最终调配方案的生成，还需要方案制作人员根据实际需要等因素进行确认。

2　辅助决策过程

预先调配的辅助决策功能，就是系统自动完成飞行冲突探测，自动绘制调配建议区域，为管制员进行调配方案的制作提供辅助决策支撑。当调配方案制作完成后，系统还提供方案验证、方案发布以及运行监视等功能，具体的辅助决策流程如图4所示。

3　结束语

本文从预先飞行调配系统的主要功能出发，采用了地图数据栅格处理并动态加载的方式，一是根据冲突检测精度需要可以自定义划分栅格范围，二是根据系统性能需要，在冲突检测计算过程中保证系统的高效运行，并且能够准确识别出对民航航路、航线可能造成的影响；在栅格化地图数据的基础上，系统采用直接法和插值法计算出调配区域划设的建议高度层范围，最终形成初步的调配方案供管制员参考。

飞行预先调配的辅助决策研究的重要目的之一，就是解决管制员繁重的调配方案制作过程，并且精细化地调配军航计划与民航航路、航线之间存在的各种冲突。然而，在实际运行过程中，调配方案的制定过程包含了很多经验决策，系统要达到既准确又人性化的判断还需要更深入的研究。

参考文献

[1]张婧婷，杨康.管制负荷阈值确定性分析[J].指挥信息系统与技术.2016，38（2）：47-50

[2]孟维峰.电子卡片系统在空中交通管制中的应用[J].指挥信息系统，2010

[3]陈伟荣，陈平，席玉华.全国空中交通流量管理系统设想[J].现代电子工程，2007

[4]张军.现代空中交通管理.北京：北京航空航天大学出版社，2005

[5]刘慧英.空中交通管理系统导论.北京：国防工业出版社，2002

[6]马国忠，牟奇锋.飞行冲突智能调配系统开发[J].西南交通大学学报，第41卷第5期，589-593

[7]魏光兴，杨昌其.飞行冲突检测与调配的方法研究[J].中国民航学院学报，第23卷第6期，1-4

[8]邱磊.雷雨季节管制员如何协助机组绕飞雷雨[J].北京：科技论坛，2015

[9]胡明华，李丹阳，韩松臣.被动空中交通流量管理中的动态排序算法[J].南京航空航天大学学报，第32卷第1期，85-90

[10]孟维峰，黄吉波，李印凤.一种雷暴气象下程序策略的初步应用[C].北京：第八届中国航空学会航空通信导航监视及空管学术会议暨航电与空管分会2017年学术年会，2017