一种航班偏离正常航迹行为在线检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种航班偏离正常航迹行为在线检测方法及装置，属于航空航天技术领域。本装置包括信息获取模块、航路航迹预处理模块、时空匹配模块、航迹匹配模块和异常航迹行为检测模块。本方法包括：当航班的计划航路与实时航迹的偏差较大时，将航班作为目标航班进行检测，按照设置的时空维度来截取目标航班的航路段，从其他航班的计划航路中搜寻在时空维度匹配的航班，再进一步计算匹配航班与目标航班的实际航迹距离，当目标航班与一条及以上的匹配航班在航迹上匹配成功，则认为是采用了相似并且合理的绕飞策略，不进行异常告警；否则判定目标航班存在飞行异常并告警。本发明专利技术实现了航班偏离正常航迹行为在线检测，提高了空域运行安全性与飞行效率。

An on-line detection method and device for flight deviation from normal track

【技术实现步骤摘要】
一种航班偏离正常航迹行为在线检测方法及装置
本专利技术属于航空航天
，涉及一种异常航迹行为检测方法，具体涉及一种航班偏离正常航迹行为在线检测方法及装置。
技术介绍
在空域结构复杂及飞行情况未知的场景下，实现异常航迹行为及时检测并告警是空中交通管理中的研究重点。一方面，由于航班常常由于多种影响因素，如恶劣天气、空中管制以及驾驶员个人行为等，容易发生与计划航路偏离的情况，而一旦由于飞行行为异常导致飞机出现事故，极易造成灾难性的后果；另一方面，由于航班实际运行过程中常常有绕飞策略，所以如果一味比较实际航迹与计划航路的差异则会将很多采用了绕飞策略的航班定义为异常，大大增加了虚警的情况；此外，由于航班运行具有实时性强的特点，偏离正常航迹的情况往往都在极短的时间内出现，对检测实时性提出了很高的要求。因此一套行之有效的航班偏离正常航迹行为在线检测方法对于空域安全性和运行效率都至关重要。现有对航班偏离正常航迹行为的检测方法中，一般较难兼顾检测准确性与时效性。文献[1]中针对航迹多维特征对异常飞行行为进行检测，但该方法为离线检测方法，无法满足航空交通实时性要求。文献[2]提出了一种基于机载飞行记录数据，利用DBSCAN聚类分析识别异常飞行的方法，该方法可以根据时间序列数据识别不属于特定聚类的异常飞行，但是聚类算法容易将一部分数据规模较小，但具有相同绕飞策略的航班判断为具有异常飞行行为，一定程度上增大了检测“虚警”率。参考文献：[1]潘新龙,王海鹏,何友,etal.基于多维航迹特征的异常行为检测方法[J].航空学报,2017(04):254-263.[2]LiL,GarielM,HansmanRJ,etal.Anomalydetectioninonboard-recordedflightdatausingclusteranalysis[C]//2011IEEE/AIAA30thDigitalAvionicsSystemsConference.IEEE,2011:4A4-1-4A4-11.
技术实现思路
针对目前航班偏离正常航迹行为出现时间极短，急需一套行之有效的航班偏离正常航迹行为在线检测方法的需求，本专利技术提供了一种航班偏离正常航迹行为在线检测方法和装置。本专利技术的在线检测方法和装置通过选取可能出现异常航迹行为的目标航班，通过时空匹配获取匹配航班，再通过航迹匹配获取匹配度指标，进而判断异常航迹行为并实现及时告警。本专利技术提供的一种航班偏离正常航迹行为在线检测装置，包括：信息获取模块、航路航迹预处理模块、时空匹配模块、航迹匹配模块和异常航迹行为检测模块。所述的信息获取模块采集空域中每架航班的飞行计划和实时飞行状态，从飞行计划中获取计划航路，从实时飞行状态中获取实际航迹。所述的航路航迹预处理模块对每架航班的计划航路和实际航迹计算航迹距离，当航迹距离大于阈值时，将该航班设置为目标航班，需要进行异常航迹行为检测，否则，不对该航班进行异常航迹行为检测；所述的阈值设置为一条航路的最大宽度。所述的时空匹配模块对目标航班的实际航迹，根据设置的时空维度来截取航路段，设截取时间段为t′i的目标航班的航路段S′i；i为正整数；然后从空域中的所有航班的计划航路中，搜索包含航路段S′i中的空间位置，且航路段的路过时间在时间区间t′i内的航班，将搜索到的航班作为匹配航班；当搜索不到匹配航班时，发送目标航班在检测时刻为异常的信号给异常航迹行为检测模块。所述的航迹匹配模块对目标航班及其每一架匹配航班，计算目标航班的实际航迹与匹配航班的实际航迹的轨迹距离；若轨迹距离大于阈值，则认为航迹不匹配，继续对下一架匹配航班计算，否则，认为航迹匹配，目标航班采用了绕飞策略，不进行异常报警；当所有的匹配航班均与目标航班的航迹不匹配时，发送目标航班在检测时刻为异常的信号给异常航迹行为检测模块。所述的异常航迹行为检测模块接收到目标航班在检测时刻为异常的信号时，发送告警信号给空管部门。本专利技术提供的一种航班偏离正常航迹行为在线检测方法，包括如下步骤：步骤1：对空域中每架民航航班，从飞行计划中获取计划航路，从实际飞行状态中获取实际航迹；计划航路和实际航迹均表示为时空坐标序列；步骤2：对一架航班，计算其计划航路与实际航迹的轨迹距离；若距离大于一条航路的最大宽度，则说明该航班的实际航迹与飞行计划偏差较大，将该航班设置为目标航班，将进行异常航迹行为检测，否则不对该航班进行异常航迹行为检测；步骤3：对目标航班，根据检测时刻目标航班的实时位置和时间，将航班在实时位置的路过时间为参考点，向前向后各截取一小时的时间作为时间维度标准；并以航班出发点和实时位置点为直径，在空间中做球体作为空间维度标准；截取目标航班在时间维度标准内的所有包含在空间维度标准内的时空航路段，表示为时空坐标序列；步骤4：在空域中搜寻在时间和空间维度上均与步骤3中所截取的航路段匹配的航班，将搜寻到的航班划分为匹配航班，若存在匹配航班转至步骤5；若不存在匹配航班则转至步骤6；步骤5：针对每一架匹配航班，计算目标航班的实际航迹与匹配航班的实际航迹的轨迹距离；若轨迹距离大于一条航路的最大宽度，则认为航迹不匹配，继续对下一架匹配航班计算，否则，认为航迹匹配，目标航班采用了绕飞策略，不进行异常报警，继续转步骤2执行；当所有的匹配航班均与目标航班的航迹不匹配时，执行步骤6；步骤6：目标航班在检测时刻判定为异常，并及时向空管部门进行告警，在完成告警后，继续转步骤2执行。本专利技术在线检测装置及方法，与现有技术相比，具有以下优势和积极效果：(1)本专利技术针对空中交通密度高、复杂度高、飞行异常行为时有发生的状况，实现了在多航班运行环境下的异常航迹行为在线检测，计算复杂度低，计算精度高，这为航班异常航迹行为在线检测问题的解决提出了一个全新的技术方案。(2)本专利技术通过航路段的时空匹配，只选取复杂空域中的一小部分数据进行异常航迹行为的计算，这样一来能够极大提高在线检测的速度，提升方法的可用性。(3)本专利技术围绕着密集飞行条件下的航班偏离正常航迹行为在线检测，从提高空中交通系统安全性和高效性两方面出发，开展了异常航迹行为在线检测方法的研究，通过将偏离正常航迹的航班进行实时定位，通过航路与航迹的匹配操作，在保持低漏警情况的基础上，有效降低了虚警情况的发生。本专利技术的在线检测装置及方法，对于确保航班安全运行，降低飞行成本，提高空中交通系统的运行效率具有重要的意义。附图说明图1为本专利技术的航班偏离正常航迹行为在线检测装置的一个示意图；图2为本专利技术的航班偏离正常航迹行为在线检测方法的一个实现流程图；图3为本专利技术实施例中航班计划航路与实际航迹的示意图；图4为本专利技术实施例中航路航迹距离计算结果示意图；图5为本专利技术实施例中截取目标航班航路段的示意图；图6为本专利技术采取相同绕飞策略的航班示意图；图7为本专利技术检测偏离正常航迹行为的异常航班航迹效果图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航班偏离正常航迹行为在线检测装置，其特征在于，包括：信息获取模块、航路航迹预处理模块、时空匹配模块、航迹匹配模块和异常航迹行为检测模块；/n所述的信息获取模块采集空域中每架航班的飞行计划和实时飞行状态，从飞行计划中获取计划航路，从实时飞行状态中获取实际航迹；/n所述的航路航迹预处理模块对每架航班的计划航路和实际航迹计算航迹距离，当航迹距离大于阈值时，将该航班设置为目标航班，需要进行异常航迹行为检测，否则，不对该航班进行异常航迹行为检测；所述的阈值设置为一条航路的最大宽度；/n所述的时空匹配模块对目标航班的实际航迹，根据设置的时空维度来截取航路段，设截取时间段为t′

【技术特征摘要】
1.一种航班偏离正常航迹行为在线检测装置，其特征在于，包括：信息获取模块、航路航迹预处理模块、时空匹配模块、航迹匹配模块和异常航迹行为检测模块；
所述的信息获取模块采集空域中每架航班的飞行计划和实时飞行状态，从飞行计划中获取计划航路，从实时飞行状态中获取实际航迹；
所述的航路航迹预处理模块对每架航班的计划航路和实际航迹计算航迹距离，当航迹距离大于阈值时，将该航班设置为目标航班，需要进行异常航迹行为检测，否则，不对该航班进行异常航迹行为检测；所述的阈值设置为一条航路的最大宽度；
所述的时空匹配模块对目标航班的实际航迹，根据设置的时空维度来截取航路段，设截取时间段为t′i的目标航班的航路段S′i；然后从空域中的所有航班的计划航路中，搜索包含航路段S′i中的空间位置，且航路段的路过时间在时间区间t′i内的航班，将搜索到的航班作为匹配航班；当搜索不到匹配航班时，发送目标航班在检测时刻为异常的信号给异常航迹行为检测模块；
所述的航迹匹配模块对目标航班及其每一架匹配航班，计算目标航班的实际航迹与匹配航班的实际航迹的轨迹距离；若轨迹距离大于阈值，则认为航迹不匹配，继续对下一架匹配航班计算，否则，认为航迹匹配，目标航班采用了绕飞策略，不进行异常报警；当所有的匹配航班均与目标航班的航迹不匹配时，发送目标航班在检测时刻为异常的信号给异常航迹行为检测模块；
所述的异常航迹行为检测模块接收到目标航班在检测时刻为异常的信号时，发送告警信号给空管部门。


2.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述的时空匹配模块中，设置的时空维度为：根据检测时刻目标航班的实时位置和时间，将航班在实时位置的路过时间为参考点，向前向后各截取一小时的时间作为时间维度；以目标航班的出发点和实时位置点为直径，在空间中做球体作为空间维度。


3.一种航班偏离正常航迹行为在线检测方法，其特征在于，包括如下方法：
步骤1：对空域中每架民航航班，从飞行计划中获取计划航路，从实际飞行状态中获取实际航迹；计划航路和实际航迹均表示为时空坐标序列；
步骤2：对一架航班，计算其计划航路与实际航迹的轨迹距离；若距离大于一条航路的最大宽度，则说明该航班的实际航迹与飞行计划偏差较大，将该航班设置为目标航班，将进行异常航迹行为检测，否则不对该航班进...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱熙，陈薏充，张明远，佟路，杜文博，曹先彬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11