一种告警检测方法与流程

1.本发明涉及航空低空管制区域检测技术领域，尤其涉及应用于检测通用航空低空管制区域内侵入航空器的告警检测方法。


背景技术：

2.随着通用航空领域的发展，对飞行的有人机、无人机等航空器监视管理，尤其是航空器与禁区或限制区之间冲突检测的诉求越来越大。
3.通用航空飞行，不同于民航航路航线固定航班运行，存在以下明显特点：
4.第一，通用航空器种类多样，航空器尺寸及飞行特性、机载设备配备、高度/速度/航向保持能力等各不相同；
5.第二，飞行航线、空域多样，航空器的飞行态势不限于按照固定的计划航线进行飞行，通航中的低空禁区或限制区可能会出现不规则的多边形形状以及不同的高度限制；
6.第三，由于通航航空器较为灵活的飞行机动能力，以及通航中可能出现的多种低空禁区或限制区，将导致：不宜直接采用民航采取的固定航线与禁区侵入检测；侵入告警算法应适应通航中灵活的有人机与无人机，在可能侵入低空禁区或限制区时，提前做出预警及告警通知；通航飞行禁区侵入检测应采用相同信息源(经纬度、速度矢量)，采用统一的禁区侵入检测算法来实现。
7.因此，由于航空器种类多样、机载设备配备不同；不同航空器飞行态势多样、复杂；通航中低空禁区或限制区的形状多样，导致现有的合作式监视信息的通用航空禁区侵入检测技术存在诸多技术困难。


技术实现要素：

8.(一)要解决的技术问题
9.针对于现有的技术问题，本发明提供一种应用于检测通用航空低空管制区域内侵入航空器的告警检测方法，用于至少部分解决以上技术问题。
10.(二)技术方案
11.本发明实施例提供一种告警检测方法，应用于检测通用航空低空管制区域内侵入航空器，上述方法包括：获取航空器的信息源和低空管制区域的地理模型参数；其中，上述航空器的信息源包括航空器初始位置的第一经纬度和飞行参数；其中，上述低空管制区域的地理模型参数包括：上述低空管制区域的多边形的各顶点的经纬度，其中，上述多边形用于表征上述低空管制区域的水平剖面的形状；根据上述航空器的飞行参数和第一预设飞行时长计算上述航空器即将到达的目标位置，并计算上述目标位置的第二经纬度；基于上述航空器的第二经纬度初步确定上述航空器和上述低空管制区域的位置关系；在上述位置关系满足预设条件的情况下，以上述目标位置为端点沿东西向分别制出射线，计算上述射线和上述多边形的各线段的交点个数及交点经度；根据所述交点个数、所述交点经度、所述第二经纬度中的经度和所述航空器的飞行参数确定所述航空器侵入所述低空管制区域，并预
测所述航空器侵入所述低空管制区域的飞行时间；根据所述飞行时间和预设条件向所述航空器发送告警信息或预警信息。
12.根据本公开的实施例，其中，上述飞行参数包括：上述航空器的飞行速度和上述航空器的航向角；其中，上述计算上述目标位置的第二经纬度包括：按照如下公式计算：
13.l＝|v|
·
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0014][0015]
α＝arccos(cos(90
°‑
x
lat
)cosδ sin(90
°‑
x
lat
)sinδcosθ)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0016][0017][0018]
其中，t为第一预设飞行时长；|v|为上述航空器的飞行速度；l为上述航空器在第一预设飞行时长内的飞行距离；r为地球半径；x
lon
为上述航空器的第一经度；x
lat
为航空器的第一纬度；y
lon
为航空器的第二经度；y
lat
为航空器的第二纬度；θ为航空器的航向角；δ为第一中间角度；α为第二中间角度；为第三中间角度。
[0019]
根据本公开的实施例，其中，上述飞行参数还包括：上述航空器的飞行高度；其中，上述地理模型参数还包括：上述低空管制区域的高度上限、高度下限；根据上述航空器的飞行高度，上述低空管制区域的高度上限和高度下限，以下式作为上述位置关系需要满足的预设条件：
[0020]
h
min
≤h≤h
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0021]
lon
min
≤y
lon
≤lon
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0022]
lat
min
≤y
lat
≤lat
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0023]
其中，h为上述航空器的飞行高度，y
lon
为上述航空器的第二经度，y
lat
为上述航空器的第二纬度；h
max
为上述低空管制区域的高度上限，h
min
为上述低空管制区域的高度下限；lon
max
为上述多边形各顶点经度最大值；lon
min
为上述多边形各顶点经度最小值；lat
max
为上述多边形各顶点纬度最大值；lat
min
为上述多边形各顶点纬度最小值；若式6，式7和式8均成立，则认定上述位置关系满足上述预设条件，初步确定上述航空器和上述低空管制区域的位置关系。
[0024]
根据本公开的实施例，以上述目标位置为端点沿东西向分别制出射线，计算上述射线和上述多边形的各线段的交点个数，包括：采用下式比较上述航空器的第二经纬度和上述多边形的各线段端点经纬度的关系：
[0025]
a
lat
≤y
lat
≤b
lat
ꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0026]
在a
lon
≤b
lon
时，a
lon
≤y
lon
≤b
lon
ꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0027]
在b
lon
＜a
lon
时，b
lon
≤y
lon
≤a
lon
ꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0028]
其中，a为线段的第一端点，b为线段的第二端点，第一端点的纬度小于第二端点的纬度，a
lat
为线段第一端点的纬度，a
lon
为线段第一端点的经度；b
lat
为线段第二端点的纬度，b
lon
为线段第二端点的经度；y
lat
为航空器第二经度，y
lon
为航空器的第二纬度；
[0029]
若式9，式10和式11均成立，则认定以目标位置为端点的射线和线段存在交点；在上述存在交点的状态下，
[0030]
d
lat
＝y
lat
ꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0031]
其中，d
lat
为以目标位置为端点的射线和线段交点的纬度；继续确定以目标位置为端点的射线和其他线段是否存在交点。
[0032]
根据本公开的实施例，计算上述射线和上述多边形的各线段的交点经度，包括：计算上述第二端点相对于上述第一端点的方位角；基于上述方位角计算上述交点的经度，采用下式：
[0033]
cos(c)＝cos(90
°‑
b
lat
)
×
cos(90
°‑
a
lat
) sin(90
°‑
b
lat
)
×
sin(90
°‑
b
lat
)
×
cos(b
lon
‑
a
lon
)
ꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0034][0035]
在b
lat
‑
a
lat
＞0时，
[0036][0037][0038]
d
lon
＝a
lon
n；
ꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0039]
在b
lat
‑
a
lat
＝0，b
lon
‑
a
lon
＞0时，
[0040]
ψ＝90
°
[0041]
此时目标位置为端点的东西向射线与线段ab重合；
[0042]
在b
lat
‑
a
lat
＝0，b
lon
‑
a
lon
＜0时，
[0043]
ψ＝270
°
[0044]
此时目标位置为端点的东西向射线与线段ab重合；
[0045]
其中，a
lat
为线段第一端点的纬度，a
lon
为线段第一端点的经度；b
lat
为线段第二端点的纬度，b为线段第二端点的经度；d
lon
为以目标位置为端点的射线和线段交点的经度，d
lat
为以目标位置为端点的射线和线段交点的纬度；ψ为点第二端点相对于第一端点的方位角，c为第一中间角，n为第二中间角。
[0046]
根据本公开的实施例，根据上述交点个数、上述交点经度、上述第二经纬度中的经度和上述航空器的飞行参数确定上述航空器侵入上述低空管制区域，包括：在存在1个交点或以目标位置为端点的东西向射线与线段ab重合的状态下，采用下式进行比较：
[0047]
b
lon
≤y
lon
≤a
lon
ꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0048]
若式18成立，则目标位置位于多边形以a和b为端点的边上；
[0049]
存在2个交点的状态下，采用下式进行比较：
[0050]
d
1lon
≤y
lon
≤d
2lon
ꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0051]
若式19成立，则目标位置位于多边形的边内或边上。
[0052]
根据本公开的实施例，根据上述交点个数、上述交点经度、上述第二经纬度中的经
度和上述航空器的飞行参数确定上述航空器侵入上述低空管制区域，还包括：将上述航空器的目标位置位于上述多边形内的状态视为侵入低空管制区域。
[0053]
根据本公开的实施例，预测所述航空器侵入所述低空管制区域的飞行时间；包括：设置清零时间，并计算上述航空器由初始位置按照上述的飞行速度和上述航向角飞行第一预设飞行时长后的目标位置是否侵入低空管制区域；
[0054]
如在第一预设飞行时长后上述航空器不侵入上述低空管制区域，则在达到清零时间后，以上述航空器所在的位置重新作为初始位置，并以清零时间为周期循环计算；直至在第n个周期内上述航空器飞行过程中在小于或等于第一预设飞行时长的飞行时间内会侵入上述低空管制区域，将上述飞行时间作为上述第n个周期内的第一预设飞行时长。
[0055]
根据本公开的实施例，将所述第n个周期内的第一预设飞行时长分别和第一预设时长与第二预设时长进行比较：若所述第一预设飞行时长小于等于所述第一预设时长，则发出告警信息；若第一预设飞行时长大于所述第一预设时长且小于所述第二预设时长，则发出预警信息。
[0056]
根据本公开的实施例，上述多边形包括：凸多边形或凹多边形；其中，在上述多边形为凹多边形状态下，将凹多边形分解为多个凸多边形。
[0057]
(三)有益效果
[0058]
本发明中提供了一种告警检测方法，其有益效果为：
[0059]
上述检测方法中所用的参数除已知的航空器信息源外，所使用的地理模型参数均为合作式监视信息获得的经纬度，无需进行转换，进而便于建立统一模型。
[0060]
上述统一模型在应用过程中，可适用于任意多边形的低空管制区域、任意相对速度方向、任意相对速度大小。在进一步的计算过程中，通过将凹多边形分解为多个凸多边形分别进行计算，可较为有效的降低计算复杂度和减少计算量。
[0061]
在对航空器和上述低空管制区域进行位置确定时，将一点是否位于多边形的问题转换为比较该点经度与经过该点的东西向射线与多边形交点经度的问题。进一步的，将求经过该点的东西向射线与多边形交点的问题转换为求经过该点的东西向射线与多边形各边交点的问题，因东西向射线与凸多边形最多有两个交点，则转换为求经过该点的东西向射线与多边形两条边交点的问题。更进一步的，基于上述的交点数量的情况，采用比较经度的方式来确定航空器所处点和低空管制区域的位置关系，无需区分横向或纵向位置，更大的降低了计算的复杂度及减少了计算量。
[0062]
在预测航空器侵入低空管制区域的过程中，以第一时间作为唯一判断的标准，相对速度越大时，告警距离越大，相对速度越小时，告警距离越小。在检测过程中，可以将当前状态的检测与未来时间的预测相统一，包括了当前时刻监测目标是否位于禁区内，以及未来时间段内目标是否会侵入禁区的检测，避免了目标穿过禁区而无法检测到的情况。
[0063]
基于上述内容，该检测方法在应用过程中使用常规机载卫星定位信息和禁区或限制区参数即可，可应用于机载禁区或限制区告警或地面空管系统进行禁区或限制区告警等领域，适用范围较广。
附图说明
[0064]
图1是本发明实施例检测方法的流程图；
[0065]
图2是本发明实施例对航空器发送告警和/或预警信息的流程图。
具体实施方式
[0066]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0067]
在此公开本发明结构实施例和方法的描述。应当了解，这并不意图将本发明限制在特定公开的实施例中，本发明可以通过使用其它特征，元件、方法和实施例来加以实施。不同实施例中的相似元件通常会标示相似的号码。
[0068]
针对现有技术的缺陷，发明人认为由于航空器种类多样、机载设备配备不同；不同航空器飞行态势多样、复杂；通航中低空禁区或限制区的形状多样，导致现有的合作式监视信息的通用航空禁区侵入检测技术存在诸多技术困难。为此，发明人提出一种告警检测方法，可应用于检测通用航空低空管制区域内侵入航空器的情况，用于至少部分解决以上技术问题。
[0069]
图1示意性示出了根据本公开实施例的告警检测方法的流程图。
[0070]
如图1所示，一种告警检测方法，包括步骤s1
‑
s6。
[0071]
在步骤s1，获取航空器的信息源和低空管制区域的地理模型参数。
[0072]
在步骤s2，根据航空器的飞行参数和第一预设飞行时长计算上述航空器即将到达的目标位置，并计算上述目标位置的第二经纬度。
[0073]
在步骤s3，基于上述航空器的第二经纬度初步确定航空器和低空管制区域的位置关系。
[0074]
在步骤s4，在上述位置关系满足预设条件的情况下，以目标位置为端点沿东西向分别制出射线，计算上述射线和多边形的各线段的交点个数及交点经度。
[0075]
在步骤s5，根据上述交点个数、交点经度、第二经纬度中的经度和航空器的飞行参数确定航空器侵入低空管制区域，并预测航空器侵入低空管制区域的飞行时间。
[0076]
在步骤s6，根据飞行时间和预设条件向航空器发送告警信息或预警信息。
[0077]
根据本公开的实施例，上述的低空管制区域包括禁区或限制区。
[0078]
根据本公开的实施例，航空器的信息源包括航空器初始位置的第一经纬度和飞行参数；其中，飞行参数包括航空器的飞行速度、航向角以及飞行高度。
[0079]
根据本公开的实施例，地理模型参数包括低空管制区域的高度上限、高度下限，以及多边形的各顶点的经纬度。其中，多边形用于表征低空管制区域的水平剖面的形状。
[0080]
根据本公开的实施例，上述多边形包括：凸多边形或凹多边形；其中，在上述多边形为凹多边形状态下，将凹多边形分解为多个凸多边形。
[0081]
根据本公开的实施例，在初步确定航空器和低空管制区域的位置关系中所依据的预设条件，包括：确认航空器的高度是否位于低空管制区域的高度上限和高度下限之间；确认目标位置的第二经度是否位于多边形各顶点经度的最大值和最小值之间；确认目标位置的第二纬度是否位于多边形各顶点纬度的最大值和最小值之间。
[0082]
根据本公开的实施例，在向航空器发送告警信息或预警信息时，所设置的预设条件为，将航空的飞行时间和第一预设时长和第二预设时长分别进行比较。
[0083]
根据本公开的实施例，其中第一预设飞行时长，第一预设时长和第二预设时长可
以为人为设置的时长，可依据历史数据，优选的经验值或其他通过计算获取的数值进行选取。
[0084]
根据上述航空器的飞行参数和第一预设飞行时长计算上述航空器即将到达的目标位置，并计算上述目标位置的第二经纬度。
[0085]
其中，计算上述目标位置的第二经纬度包括：
[0086]
按照如下公式计算：
[0087]
l＝|v|
·
t
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0088][0089]
α＝arccos(cos(90
°‑
x
lat
)cosδ sin(90
°‑
x
lat
)sinδcosθ)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0090][0091][0092]
其中，t为第一预设飞行时长；|v|为上述航空器的飞行速度；l为上述航空器在第一预设飞行时长内的飞行距离；r为地球半径；x
lon
为上述航空器的第一经度；x
lat
为航空器的第一纬度；y
lon
为航空器的第二经度；y
lat
为航空器的第二纬度；θ为航空器的航向角；δ为第一中间角度；α为第二中间角度；为第三中间角度。
[0093]
图2示意性示出了确定航空器与低空管制区域的位置关系，并基于上述位置关系对航空器发送告警和/或预警信息的流程图。
[0094]
基于上述航空器的第二经纬度初步确定航空器和低空管制区域的位置关系；
[0095]
其中，预设条件具体包括下式(6)、(7)、(8)：
[0096]
h
min
≤h≤h
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0097]
lon
min
≤y
lon
≤lon
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0098]
lat
min
≤y
lat
≤lat
max
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0099]
其中，h为上述航空器的飞行高度，y
lon
为上述航空器的第二经度，y
lat
为上述航空器的第二纬度；h
max
为上述低空管制区域的高度上限，h
min
为上述低空管制区域的高度下限；lon
max
为上述多边形各顶点经度最大值；lon
min
为上述多边形各顶点经度最小值；lat
max
为上述多边形各顶点纬度最大值；lat
min
为上述多边形各顶点纬度最小值。
[0100]
以上步骤中，还可以放宽经纬度的最值限制，方便粗判，在经纬度最值限制区域内包含完整的低空禁区或限制区即可。
[0101]
如图2所示的对航空器发送告警和/或预警信息的流程中，若式6，式7和式8均成立，则认定上述位置关系满足上述预设条件，则航空器有侵入低空管制区域的可能性，需对其进行进一步的检测和判断。若式6，式7和式8中的任一不等式不成立，则航空器没有侵入上述低空管制区域的可能性，则无需进行发送告警和/或预警信息。
[0102]
在上述位置关系满足预设条件的情况下，以上述目标位置为端点沿东西向分别制出射线，计算上述射线和上述多边形的各线段的交点个数及交点经度。
[0103]
以上述目标位置为端点沿东西向分别制出射线，计算上述射线和上述多边形的各线段的交点个数，包括：
[0104]
采用下式比较上述航空器的第二经纬度和上述多边形的各线段端点经纬度的关系：
[0105]
a
lat
≤y
lat
≤b
lat
ꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0106]
在a
lon
≤b
lon
时，a
lon
≤y
lon
≤b
lon
ꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0107]
在b
lon
＜a
lon
时，b
lon
≤y
lon
≤a
lon
ꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0108]
其中，a为线段的第一端点，b为线段的第二端点，第一端点的纬度小于第二端点的纬度，a
lat
为线段第一端点的纬度，a
lon
为线段第一端点的经度；b
lat
为线段第二端点的纬度，b
lon
为线段第二端点的经度；y
lat
为航空器第二经度，y
lon
为航空器的第二纬度；
[0109]
若式9，式10和式11均成立，则认定以目标位置为端点的射线和线段存在交点；
[0110]
在上述存在交点的状态下，
[0111]
d
lat
＝y
lat
ꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0112]
其中，d
lat
为以目标位置为端点的射线和线段交点的纬度；
[0113]
继续确定以目标位置为端点的射线和其他线段是否存在交点。
[0114]
计算上述射线和上述多边形的各线段的交点经度，包括：
[0115]
计算上述第二端点相对于上述第一端点的方位角；基于上述方位角计算上述交点的经度，采用下式：
[0116]
cos(c)＝cos(90
°‑
b
lat
)
×
cos(90
°‑
a
lat
) sin(90
°‑
b
lat
)
×
sin(90
°‑
b
lat
)
×
cos(b
lon
‑
a
lon
)
ꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0117][0118]
在b
lat
‑
a
lat
＞0时，
[0119][0120][0121]
d
lon
＝a
lon
n；
ꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0122]
在b
lat
‑
a
lat
＝0，b
lon
‑
a
lon
＞0时，
[0123]
ψ＝90
°
[0124]
此时目标位置为端点的东西向射线与线段ab重合；
[0125]
在b
lat
‑
a
lat
＝0，b
lon
‑
a
lon
＜0时，
[0126]
ψ＝270
°
[0127]
此时目标位置为端点的东西向射线与线段ab重合；
[0128]
其中，a
lat
为线段第一端点的纬度，a
lon
为线段第一端点的经度；b
lat
为线段第二端点的纬度，b为线段第二端点的经度；d
lon
为以目标位置为端点的射线和线段交点的经度，d
lat
为以目标位置为端点的射线和线段交点的纬度；ψ为点第二端点相对于第一端点的方位角，c为第一中间角，n为第二中间角。
[0129]
根据上述交点个数、上述交点经度、上述第二经纬度中的经度和上述航空器的飞
行参数确定上述航空器侵入上述低空管制区域，
[0130]
包括：
[0131]
在存在1个交点或以目标位置为端点的东西向射线与线段ab重合的状态下，采用下式进行比较：
[0132]
b
lon
≤y
lon
≤a
lon
ꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0133]
若式18成立，则目标位置位于多边形以a和b为端点的边上；
[0134]
存在2个交点的状态下，采用下式进行比较：
[0135]
d
1lon
≤y
lon
≤d
2lon
ꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0136]
若式19成立，则目标位置位于多边形的边内或边上。
[0137]
进一步的，将上述航空器的目标位置位于上述多边形内的状态视为侵入低空管制区域。
[0138]
设置清零时间，并计算上述航空器由初始位置按照上述的飞行速度和上述航向角飞行第一预设飞行时长后的目标位置是否侵入低空管制区域；
[0139]
如在第一预设飞行时长后上述航空器不侵入上述低空管制区域，则在达到清零时间后，以上述航空器所在的位置重新作为初始位置，并以清零时间为周期循环计算；直至在第n个周期内上述航空器飞行过程中在小于或等于第一预设飞行时长的飞行时间内会侵入上述低空管制区域，将上述飞行时间作为上述第n个周期内的第一预设飞行时长。
[0140]
根据上述飞行时间和预设条件向上述航空器发送告警信息或预警信息，包括：将上述第n个周期内的第一预设飞行时长分别和第一预设时长与第二预设时长进行比较；若上述第一预设飞行时长小于等于上述第一预设时长，则发出告警信息；若第一预设飞行时长大于上述第一预设时长且小于上述第二预设时长，则发出预警信息。
[0141]
下面进行示意性的具体说明：该步骤中，清零时间为1秒，第一预设时长为20秒，第二预设时长为30。上述第n个周期内的第一预设飞行时长为t。
[0142]
当0≤t≤20时，则发出告警信息；当20＜t≤30时，则发出预警信息。
[0143]
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。