一种基于网格码的航线静态检测及自动重规划方法与流程

本发明涉及航空管控，尤其涉及一种基于网格码的航线静态检测及自动重规划方法。

背景技术：

1、现有的空域航线管控技术中，航线之间冲突与否、航线和禁飞区之间冲突与否等更多通过两两之间的距离来判断。如果空域内的航线数据量较大的话(比如大于1000条航线)，每条新航线在加入空域管理器之前都需要和空域内的其他航线做空间判断，以确定新航线是否安全，这个过程相对会比较耗时，在某些时间要求较高的场景，可能会难以满足要求。

2、即使检测到冲突，一般也只是做航迹快速恢复，没有做充分考虑安全因素的航线重规划，存在一定的风险。

3、因此，亟需一套高效、快速、运算量小、充分考虑安全因素的航线冲突检测与自动重规划技术解决现有问题。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于网格码的航线静态检测及自动重规划方法，用以解决现有航线冲突检测和自动重规划效率低、运算量大、速度慢、且重规划航线未充分考虑安全因素的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种基于网格码的航线静态检测及自动重规划方法，空域管理器启动后，载入管理空域内现有禁飞区、航线数据并分别自动转换为网格码和栅格，当有新航空需求被添加到空域管理器，所述空域管理器通过以下步骤检测并规避冲突风险，所述步骤包括：

3、将所述新航空需求转换为网格码；

4、将所述新航空需求网格码与所述现有禁飞区、航线网格码合并后按大小排序，依次遍历并确定是否有重复或包含关系的相邻网格码；若是则识别冲突类型，当冲突类型为航线间冲突时，判断冲突双方最短距离是否小于安全阈值，如果是，则自动重规划所述冲突的航线，并存储；当冲突类型为航线与禁飞区间的冲突时，自动重规划所述冲突的航线，并存储；

5、否则，所述新航空需求添加成功。

6、上述技术方案的有益效果如下：网格码在航线冲突检测中的应用，大大降低了运算复杂度，提升了冲突检测的速度；在网格码快速计算找到冲突风险基础上，进一步计算冲突双方安全距离，能有效规避网格码粗粒度计算的可能遗漏；网格码转换栅格用于自动重规划航线，优势也在于充分利用网格码、栅格各自优点进行快速转换，进一步减少运算量损耗，提升航线自动重规划的效率和响应速度。

7、基于上述方法的进一步改进，所述网格码，是基于地理区域基于2n树一维积分地理坐标细分网格编码方法将所述航空数据转换为网格码。

8、上述进一步改进方案的有益效果是：本发明采用的网格码技术是基于2n树一维积分地理坐标细分网格编码方法(即：geosot)剖分方案开发的，geosot网格具有边界不重叠、网格正交、经纬一致等特点，且能够进行点面一体化表征。

9、基于上述方法的进一步改进，所述新航空需求包括新增航线和新增禁飞区；所述冲突类型，包括新增禁飞区与现有航线冲突，新增航线与现有禁飞区、或现有航线的冲突。

10、上述进一步改进方案的有益效果是：本发明技术方案将对现有冲突检测对象类型进行了合并与扩充，使本发明技术方案具有更加完善的实用性。

11、基于上述方法的进一步改进，当新增禁飞区和现有航线冲突、或新增航线和现有禁飞区冲突，基于所述有重复或包含关系的相邻网格码找到冲突航线的最短航段，其中，所述最短航段的两端航点均不在所述有重复或包含关系的相邻网格码区域内；自动重规划所述最短航段的两端航点间航线，并转换为网格码，替换所述冲突航线网格码中有重复或包含关系的网格码。

12、上述进一步改进方案的有益效果是：基于网格码计算减小了冲突计算的运算量；计算最短航段网格码，有助于更准确定位冲突范围，使后续自动重规划航线运算量和复杂度进一步减小；在所述冲突航线网格码中去除端点网格码是为了去除有效区域，确保冲突最短航段网格码计算结果更精确。

13、基于上述方法的进一步改进，当冲突类型为航线间冲突，则找到处于所述有重复或包含关系的相邻网格码区域的两条冲突航线的最短航段，其中，所述最短航段的两端航点均不在所述有重复或包含关系的相邻网格码区域内，

14、当所述最短航段间距离存在以下任意一种情况，则自动重规划属于新增航线的所述最短航段，所述情况包括：

15、所述冲突航线的最短航段间最短公垂线距离小于安全阈值；

16、所述冲突航线各自航点与对方航线最短垂线距离小于安全阈值；

17、所述冲突航线各自航点与对方航线各航点最短距离小于安全阈值。

18、上述进一步改进方案的有益效果是：在网格码快速算出冲突航线网格位置基础上，进一步计算航线间最短距离，进一步提高技术方案的计算精度。

19、基于上述方法的进一步改进，通过以下方法将载入所述空域管理器的航线转化为网格码，所述方法为：

20、对于一条航线，从所述航线的起点开始，以所述安全阈值为步长将所述航线分段；

21、对每条航线分段逐一计算并建立距离约束网格集合，并经过网格去重计算、聚合计算，生成所述航线网格码并存储。

22、上述进一步改进方案的有益效果是：本发明技术方案中的网格码转换模块对应空域数据中典型的航线数据，区域数据分别提供了处理子模块，且针对航线数据通过设置所述安全阈值将航线分段，从而高效计算每条航线分段在一个阈值范围内的网格集合而不必对所有相交网格进行运算，大大降低了运算量和算法复杂度；并且，前一航线分段的计算结果能够有效减少后一分段的运算量，进一步提高网格码计算效率。

23、基于上述方法的进一步改进，通过以下步骤完成所述对每条航线分段逐一计算并建立距离约束网格集合，所述步骤包括：

24、若航线分段的两端点处于同一网格，则将所在网格作为选定网格，若距离约束网格集合中不存在该选定网格，则将该选定网格加入所述距离约束网格集合；

25、若航线分段的两端点处于不同网格，将所述两个不同网格加入所述距离约束网格集合，并基于两个不同网格的经纬度得到第一选定区域，从第一选定区域中去除冗余网格，从所述第一选定区域的剩余网格中选取符合预设条件的网格加入所述距离约束网格集合；

26、基于所述安全阈值对所述选定网格或所述第一选定区域进行扩展得到第二选定区域，从第二选定区域中去除冗余网格，从所述第二选定区域的剩余网格中选取符合预设条件的网格加入所述距离约束网格集合。

27、上述进一步改进方案的有益效果是：在基于安全阈值对航线分段分别计算网格码基础上，增加的航段间网格码去冗余操作，使得前一航线分段的计算结果能够有效减少后一分段的运算量，进一步提高航线网格码计算效率。

28、基于上述方法的进一步改进，所述安全阈值为飞行器安全阈值，选择与所述飞行器安全阈值相等的网格码宽度或最为接近的两个相邻层级网格码宽度任意之一确定所述距离约束网格集合中最低层级网格。

29、上述进一步改进方案的有益效果是：本发明将安全阈值设置为与飞行器安全阈值一致，并基于所述飞行器安全阈值确定网格图最低层级，对于网格图对路线的处理是一种合适、合理的选择，既不会太大增加运算负担，又不会太小影响距离约束，还可使得对路线进行划分时，路线分段近似直线，降低运算复杂度。

30、基于上述方法的进一步改进，通过以下方法将载入所述空域管理器的管理空域、禁飞区自动转换为网格码，所述方法为：

31、对于所述管理空域、禁飞区中任意一个区域，基于网格码层级规则分解获得包含所述区域的最低层级网格码，并作为待处理网格码；

32、计算获得与所述区域边界线满足距离约束的边界线网格码集合；

33、通过以下过程获得区域网格码集合：

34、s11：将所述边界线网格码集合中的各网格码转换至所述待处理网格对应层级的网格码，并经过去重，作为更新后的边界线网格码集合中的各网格码；

35、s12：如果所述待处理网格码对应的层级高于设定最小层级，将所述待处理网格码分解为下一层级网格码，否则结束；

36、若所述下一层级网格码存在于所述区域边界线网格集合中，则将所述下一层级网格码作为下轮迭代的待处理网格码；

37、否则，若所述下一层级网格码对应的网格位于区域边界线内，则将所述下一层级网格码加入区域网格码集合；返回步骤s11；

38、将所述区域网格码集合与所述区域边界线网格码集合合并，再经过去重、聚合得到所述区域网格码并存储。

39、上述进一步改进方案的有益效果是：相比现有技术优化的算法大大降低了运算复杂度和运算量，可实现快速运算获得区域网格码集合，运算性能和速度得到很大提升。

40、基于上述方法的进一步改进，通过以下步骤实现所述自动重规划，所述步骤包括：

41、基于冲突航线中所述最短航段的两端航点网格码计算出所述两端航点对应的栅格；

42、基于栅格八方向连通性建模建立所述两端航点拓扑关系；

43、基于所述拓扑关系和代价最小原则规划出所述两端航点间重规划航线；

44、将所述所述两端航点间重规划航线转换为网格码，并去除所述两端航点网格码后，再替换所述冲突航线中所述有重复或包含关系的网格码。

45、上述进一步改进方案的有益效果是：网格码与栅格间的运算量相比传统基于经纬度、高程值三维数据转换栅格，极大提高了运算效率和航线规划速度，使航空器能够在突发情况下更快做出响应，基于新规划的航线安全飞行。

46、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。