一种基于资源运行的空中交通管理系统

文献发布时间：2023-06-19 13:45:04

技术领域

本发明涉及空管系统领域，具体涉及一种基于资源运行的空中交通管理系统。

背景技术

空中管制包括战区空域管制、空中交通管制和空中流量控制、情报报知和管制报告等，目的是通过控制空域使用，保卫国家空中安全，维护飞行秩序，提高空域使用效率。

空管是民航业的神经中枢，为了适应未来航空业的快速发展，解决空中交通安全、空域拥挤、航班延误等问题，各国致力于开展解决未来空中交通问题的新技术研究；欧盟提出“单一欧洲天空”计划，侧重碎片化空域资源一体化管理；美国提出“下一代航空运输系统”计划，侧重航迹运行管理；我国为实现民航强国的目标，提出“新一代空中交通管理系统”计划，以“天空地一体化”概念为核心。

欧美为研发主体的基于性能导航(PBN)、广播式自动相关见识(ADS-B)、基于航迹的运行(TBO)、广域信息管理(SWIM)、航班与流量协同信息环境(FF-ICE)等空管新技术不断得到应用；我国交通强国建设纲要将北斗卫星、5G、大飞机、物联网、人工智能等为核心的数字技术融合应用定为国家战略。

目前，现行空管系统特点为人力密集、信息孤岛、空域资源利用低效，不能满足空管技术的发展需求，因此，一种基于空管创新理论，融合空管各要素、数字技术和空管新技术的新一代智慧空中交通管理系统亟待研究。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于资源运行的空中交通管理系统，包括空域资源供给端、航空器空域资源需求端和空管大脑，所述空管大脑内设置战略资源管理模块，用于生成换季航班时刻表和临时计划；预战术资源管理模块，用于生成次日航班计划和流量控制；战术资源管理模块，用于生成扇区战术空域资源分配预案和剩余可用资源；实时资源管理模块，用于进行航空器空域资源调整；方案执行与反馈模块，用于输出或反馈航空器空域资源调整方案；

空域资源供给端、航空器空域资源需求端分别向战略资源管理模块、预战术资源管理模块、战术资源管理模块提供空域供给资源数据、及飞行计划空域需求资源数据，所述方案执行与反馈模块将执行方案输出，或接收外部反馈信息。

优选地，所述战略资源管理模块的实现过程，包括以下步骤：

S1-1、空域资源供给端向战略资源管理模块提供空域供给资源数据，包括由全国地理信息数据、全国空域资源数据、飞行情报数据；

S1-2、航空器空域资源需求端向战略资源管理模块提供航班空域需求资源数据，包括由航空公司换季航班计划申请数据、历史飞行数据、航空公司临时航班计划申请数据及临时航班空域需求资源数据；

S1-3、战略资源管理模块根据S1-1、S1-2提供的数据进行空域战略资源供给/需求匹配判断，判断空域资源是否供需平衡；

S1-4、当空域资源供需平衡时，根据航空公司提供的换季航班计划申请及历史飞行数据输出换季航班时刻表；

或根据空域剩余可用资源及航空公司提供的临时航班计划申请数据、临时航班空域需求资源数据生成临时航班计划；

S1-5、当空域资源供需不平衡时，进行资源需求协调请求。

优选地，所述预战术资源管理模块的实现过程，包括以下步骤：

S2-1、空域资源供给端向战略资源管理模块提供空域供给资源数据，包括地区空管局地理信息数据、地区空域资源数据、飞行情报数据、其他限制信息数据；

S2-2、航空器空域资源需求端向战略资源管理模块提供次日飞行计划空域需求资源数据，包括历史飞行数据以及次日飞行计划申请数据：包括航班时刻表数据以及临时飞行计划数据；

S2-3、预战术资源管理模块根据S2-1、S2-2提供的数据进行预战术空域资源供给/需求匹配判断，判断空域资源是否供需平衡；

S2-4、当空域资源供需平衡时，输出次日飞行计划及流量控制管理计划；

S2-5、当空域资源供需不平衡时，进行地区空管局间资源需求协调请求。

优选地，所述战术资源管理模块的实现过程，包括以下步骤：

S3-1、空域资源供给端向战略资源管理模块提供空域供给资源数据，包括扇区及相邻扇区地理信息数据、扇区及相邻扇区空域数据、飞行情报数据以及其他限制信息；

S3-2、航空器空域资源需求端向战略资源管理模块提供扇区航班空域需求资源，包括次日飞行计划数据、流量控制管理数据、当日飞行计划数据以及飞行领航计划数据；

S3-3、战术资源管理模块根据S3-1、S3-2提供的数据进行扇区战术空域资源供给/需求匹配判断，判断空域资源是否供需平衡；

S3-4、当空域资源供需平衡时，输出扇区战术空域资源分配预案及扇区战术空域剩余可用资源；

S3-5、当空域资源供需不平衡时，进行扇区间资源协调。

优选地，所述实时资源管理模块的实现过程，包括以下步骤：

S4-1、空域资源供给端向战略资源管理模块提供空域供给资源数据，包括扇区战术空域剩余可用资源数据；

S4-2、航空器空域资源需求端向战略资源管理模块提供航空器实时空域需求资源数据，包括航空器监视系统数据、扇区实时航班动态数据以及扇区战术空域资源分配预案数据；

S4-3、实时资源管理模块根据S4-1、S4-2提供的数据进行航空器实时空域资源供给/需求匹配分析，判断空域资源是否供需平衡；

S4-4、当空域资源供需平衡时，将扇区战术空域资源分配预案输出至执行结果存档与反馈模块；

S4-5，当空域资源供需不平衡时，进行航空器空域资源调整。

采用以上方案后，本发明具有如下优点：本发明基于资源运行概念，利用资源的本质联系，将空管工作中管制员、空域和航空器等“人、环境、物”三个基本元素联结为彼此相互联系又相互影响的有机整体，使得空管各要素数字化、各孤立系统数据底层融合和综合数字信息的人工智能化处理成为可能，实现民航安全运行的现实情景到空管系统虚拟情景的仿真。

通过本发明系统，能够实现空管和相关机载设备的标准、规范、设计、制造、应用等产业链科技创新；能够实现完全意义上的空管自动化，即空管全数字信息处理、智能决策辅助和智慧管制服务等，提升空管运行安全、效率和服务品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是现有空管系统的构架示意图。

图2是本申请一种基于资源运行的空中交通管理系统的构架示意图。

图3是本申请一种基于资源运行的空中交通管理系统中战略资源管理模块流程示意图。

图4是本申请一种基于资源运行的空中交通管理系统中预战术资源管理模块流程示意图。

图5是本申请一种基于资源运行的空中交通管理系统中战术资源管理模块流程示意图。

图6是本申请一种基于资源运行的空中交通管理系统中实时资源管理模块流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例

附图1为现空管子系统架构图，有附图1可以看出，现有空管系统大多仅有管制员进行调控，信息孤岛、空域资源利用低；与此对比，结合附图2，本实施例提供一种基于资源运行的空中交通管理系统，包括空域资源供给端、航空器空域资源需求端和空管大脑，所述空管大脑内设置战略资源管理模块，用于生成换季航班时刻表和临时计划；预战术资源管理模块，用于生成次日航班计划和流量控制；战术资源管理模块，用于生成扇区战术空域资源分配预案和剩余可用资源；实时资源管理模块，用于进行航空器空域资源调整；方案执行与反馈模块，用于输出或反馈航空器空域资源调整方案；

空域资源供给端、航空器空域资源需求端分别向战略资源管理模块、预战术资源管理模块、战术资源管理模块提供空域供给资源数据、及飞行计划空域需求资源数据，所述方案执行与反馈模块将执行方案输出，或接收外部反馈信息，在与其他模块交互。

其中，航空器空域资源需求端所提供的空域资源，是航空器以实时和规划的航迹点为质点、三维间隔为大小构成的最小安全飞行“体”空间范围，是航空器运行不可分割的物理属性，也是空域资源分配的最小单位，是航空器安全飞行的基本保障；目前航空器可包括民用、军用、通用、无人机和探空气球，未来还可以包括飞行汽车等飞行器；

空域资源供给端所提供的空域的资源，原则上是从空管管制辖区的地表、向上垂直延伸的整个空间体，根据空域管理和使用法规，空域资源按用户类型大致分为：民航空域、军方使用空域、低空/通航飞行空域、无人机飞行空域和情报咨询空域等，因均为空间“体”概念，所以空域资源满足数量、大小的加减运算，而地理信息、航路结构、飞行情报、气象、其他空域限制等信息的本质是空域资源体大小增减的因素，如灾害性雷暴体，加安全绕飞间隔和时间参数，构成类似航空器安全需求的空域资源体，由此可进行空域体概念的加减运算；

空管大脑是人的思维、信息处理、存储和决策等智能的模拟、延伸和扩展，负责对过去、现在和未来航空器安全需求的空域资源信息、和空域可用资源信息的动态规划、监视实施、存储和反馈等信息处理；

本实施例中战略资源管理模块、预战术资源管理模块、战术资源管理模块、实时资源管理模块依次作用，并将最终结果通过方案执行与反馈模块发送，与飞行员、管制员进行信息交互。

结合附图3，战略资源管理模块的实现过程，包括以下步骤：