基于栅格5D数据模型的机场场面路由规划处理方法与流程

基于栅格5d数据模型的机场场面路由规划处理方法
技术领域
1.本发明属于机场场面管制技术领域，具体指代一种基于栅格5d数据模型的机场场面路由规划处理方法。


背景技术：

2.在大中型机场为保障机场场面航空器、车辆运行安全、高效、有序，塔台管制员需要高级场面引导与控制系统(a-smgcs)、塔台管制自动化系统等机场场面管制系统提供精确、可用的航空器滑行路由规划等信息帮助其进行安全、高效的指挥调度。机场场面路由规划处理的精确性、可用性，很大程度依靠机场场面基础数据的完善性、精确性、精细化、结构化。
3.但是目前机场场面基础数据采用基于机场cad地图人工提取数据导入机场场面管制系统，存在机场基础数据不够精细、准确，数据缺乏结构化、统一性，数据不够完善，纯人工制作设置，耗时长，易出错等问题，严重影响后续机场场面路由规划处理等业务功能处理的精确性、可用性。目前在用的基于dijkstra算法的路由规划方法由于缺少精确、完善、动态调整的数据，造成对航空器滑行路由规划效果不佳或错误，有的规划路径不符合管制指挥规则和习惯，可用性不高，给管制员指挥航空器滑行带来不便和运行冲突风险，严重影响机场场面运行安全和效率。


技术实现要素：

4.针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于栅格5d数据模型的机场场面路由规划处理方法，以解决现有技术中机场场面基础数据采用基于机场cad地图人工提取数据导入机场场面管制系统，存在机场基础数据不够精细、准确，数据缺乏结构化、统一性，数据不够完善，纯人工制作设置，耗时长，易出错的问题，以及造成对机场场面航空器滑行路由规划效果不佳或错误的问题，提升路由规划的准确性、合理性、可用性。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.本发明的一种基于栅格5d数据模型的机场场面路由规划处理方法，步骤如下：
7.1)采用3维全球经纬度剖分网格方法将机场场面进行栅格建模及栅格数字化编码；
8.2)将机场元素进行栅格建模和数字化编号，并进行分层次存储，构建以机场元素编号为主键的数据库表，各机场元素由若干栅格组成，与步骤1)中栅格编码建立映射对应关系；
9.3)以机场元素为单位对机场元素数据库表进行时间、业务属性标记赋值，进而将机场元素栅格属性由3维延伸至5维；
10.4)基于机场栅格5维数据对航空器滑行路由规划优化处理。
11.进一步地，所述步骤1)具体包括：将机场场面划分为不同尺度层级包容的无隙栅格模型，构建机场场面栅格模型，在对每个层级的网格进行编码，构成编码与网格一一映射
的栅格网络体系框架，形成一种新的机场场面组织描述方式；每个栅格单元属性仅包含基础的3维数据；
12.机场场面编码采取geosot四进制一维编码，采用z曲线顺序编码，机场场面编码具体实现规则为对编码区域进行4等分，4个子区域跨过的经纬度均相同，4个子区域的编码按照对应象限z序继续增长编码；对全球纬度范围-60
°
～60
°
，经度范围0
°
～360
°
的机场场面进行栅格化建模在区域大小为1
°×1°
子范围空间扩展为64
′×
64
′
，在区域大小为1
′×1′
子范围空间扩展为64
″×
64
″
；机场场面编码按以上规律不断细分，对应的区域也相应减小；机场场面剖分成32层水平网格，4层高度网格；第32层次编码对应的区域为赤道附近边长为1.5cm的正方形。
13.进一步地，对单个机场只截取机场场面范围5km
×
5km，高度0-100m。
14.进一步地，所述步骤2)中采用卫星影像数据进行实际勘查测量坐标校准，实现机场地图数字化，将机场元素包含：机场的跑道、滑行道、机坪、停机位、标记标线、路径段、关键点，进行栅格建模和数字化编号，并进行分层次存储，构建以机场元素编号为主键的数据库表，各机场元素由若干栅格组成，与步骤1)中栅格编码建立映射对应关系。
15.进一步地，所述步骤2)中的分层次组织存储细分到系统所需处理最小单元。
16.进一步地，所述步骤3)中5维包括：经度x、纬度y、高度h、时间t、业务属性f。
17.进一步地，所述步骤3)具体包括：
18.31)机场元素时间赋值：根据接收处理的数据自动对机场元素进行时间动态调整赋值，或人工设置赋值；对可知的有效时间的元素设置开始、终止时间；对不可知的有效时间的元素设置开始，当触发时，进行启用、关闭变更；
19.32)机场元素业务属性赋值：根据路由规划处理业务需要，各机场元素具备不同的业务属性，可人工或自动设置。
20.进一步地，所述步骤31)具体包括：跑道、滑行道的开启、关闭时间，通过接收航行通告(notam)报文进行处理解析，自动进行时间动态调整赋值设置，或由人工赋值或修改设置。
21.进一步地，所述步骤32)具体包括：
22.分别对参与航空器滑行路由规划滑行道、停机位、机坪、跑道属性赋值；
23.对滑行道属性赋值，包括对滑行道通行方向、是否关闭、允许通行最大机型、相邻关键点、使用优先系数的属性赋值，其中相邻关键点是滑行道最小单元(即路径段)连接其他路径段允许通行的关键点；使用优先级参数根据机场管制滑行路径规则、是否靠近停机位进行设置，通过历史滑行路径统计使用频度，自动设置使用优先级参数，使用频度越大，参数值越大；
24.对停机位属性赋值，包括停机位编号、停机位类型、停机位推出方向、停机位与相邻机位使用互斥关系、开关状态、停机位分配航班号；其中停机位编号、停机位类型、停机位推出方向、停机位与相邻机位使用互斥关系根据机场停机位设计图、数据或机场运行规则人工设置；开关状态、停机位分配航班号引接机场停机位分配系统数据进行解析自动赋值或修改，或由人工赋值或修改；
25.对机坪属性赋值，包括因不停航施工原因的划定区域的范围、开关状态，进行人工赋值或修改；
26.对跑道属性赋值，包括跑道编号、跑道开关状态、跑道运行方向；其中跑道编号根据机场跑道设计图或数据人工设置；跑道开关状态、跑道运行方向接收空管自动化系统的数据自动设置，或在系统人机界面进行人工设置。
27.进一步地，所述步骤4)具体包括：基于步骤32)中的参与航空器滑行路由规划的滑行道、停机位、机坪、跑道的栅格5维数据，对航空器滑行路径规划方法改进：基于滑行道、停机位、机坪、跑道的栅格5维数据的约束限制条件进行遍历，筛选出最短滑行路径；在机场栅格5维数据缺失时，采用基于dijkstra算法规划路径。
28.进一步地，所述步骤4)具体还包括：
29.41)接收航班计划、航迹数据；当判断离港航班计划状态为推出开车、进港航班降落跑道时，触发航班自动路由规划；
30.42)判断是否接收到包含基于滑行道、停机位、机坪、跑道的栅格5d数据的约束限制条件，若是，则进入步骤43)；若否，则基于dijkstra算法进行航空器滑行路径规划，直至结束；
31.43)进行历遍，根据属性值中的限制条件、参数，寻找筛选出最短滑行路径；
32.44)判断是否完成整条航空器滑行路径规划，若是，则结束历遍完成路由规划；若否，则从不能继续进行完成路径规划的关键点开始，进入步骤45)；
33.45)基于dijkstra算法进行航空器滑行路径规划；
34.46)判断是否重新能够进行基于栅格5维数据历遍寻路径，若是，则返回步骤43)；若否，则结束。
35.本发明的有益效果：
36.本发明基于栅格5维数据模型实现机场场面精细5维(经度、纬度、高度、时间、业务属性)栅格化，实现机场场面数据精细化、结构化、准确性、完善性、部分数据设置自动化，并且基于栅格5维数据对航空器路由规划优化处理，提高处理效果的精确性、可用性，为管制员提供更优的、更合理的航空器滑行路径参考信息，提高机场场面运行安全、效率。
附图说明
37.图1为本发明方法的流程图。
38.图2为基于机场栅格5d数据航空器滑行路由规划处理流程图。
39.图3为机场元素示意图。
具体实施方式
40.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
41.参照图1所示，本发明的一种基于栅格5d数据模型的机场场面路由规划处理方法，步骤如下：
42.1)采用3维全球经纬度剖分网格(geosot-3d)方法将机场场面进行栅格建模及栅格数字化编码；
43.其中，所述步骤1)具体包括：将机场场面划分为不同尺度层级包容的无隙栅格模型，构建机场场面栅格模型，在对每个层级的网格进行编码，构成编码与网格一一映射的栅
格网络体系框架，形成一种新的机场场面组织描述方式；此时每个栅格单元属性仅包含基础的3维数据(经度x、纬度y、高度h)；
44.示例中，机场场面编码采取geosot四进制一维编码，采用z曲线顺序编码，机场场面编码具体实现规则为对编码区域进行4等分，4个子区域跨过的经纬度均相同，4个子区域的编码按照对应象限z序继续增长编码；对全球纬度范围-60
°
～60
°
，经度范围0
°
～360
°
的机场场面进行栅格化建模在区域大小为1
°×1°
子范围空间扩展为64
′×
64
′
，在区域大小为1
′×1′
子范围空间扩展为64
″×
64
″
；机场场面编码按以上规律不断细分，对应的区域也相应减小；机场场面剖分成32层水平网格，4层高度网格；第32层次编码对应的区域为赤道附近边长为1.5cm的正方形。
45.示例中，对单个机场只截取机场场面范围5km
×
5km，高度0-100m，以节省数据库存储空间。
46.2)采用卫星影像数据进行实际勘查测量坐标校准，实现机场地图数字化，将机场的跑道、滑行道、机坪、停机位、标记标线(滑行中线、停止线)等机场元素，进行栅格建模和数字化编号，并进行分层次组织存储，构建以机场元素编号为主键的数据库表，各机场元素由若干栅格组成，与步骤1)中栅格编码建立映射对应关系；
47.具体地，所述步骤2)中采用卫星影像数据进行实际勘查测量坐标校准，实现机场地图数字化，将机场元素包含：机场的跑道、滑行道、机坪、停机位、标记标线(滑行中线、停止线)、路径段、关键点，如图3所示，进行栅格建模和数字化编号。
48.其中，所述步骤2)中的分层次组织存储细分到系统所需处理最小单元，例如：滑行道中线细分至滑行道的最小单元路径段。
49.3)以机场元素为单位对机场元素数据库表进行时间、业务属性标记赋值，进而将机场元素栅格属性由3维延伸至5维；
50.其中，5维包括：经度x、纬度y、高度h、时间t、业务属性f。
51.具体地，所述步骤3)具体包括：
52.31)机场元素时间赋值：根据接收处理的数据自动对机场元素进行时间动态调整赋值，或人工设置赋值；对可知的有效时间的元素设置开始、终止时间；对不可知的有效时间的元素设置开始，当触发时，进行启用、关闭变更。示例中，系统能够接收航行通告(notam)报文进行处理解析，数字化提取机场场面环境变化后，自动对机场元素进行时间变更设置，例如通过解析航行通告中对跑道、某条滑行道的关闭、开启状态和时间，实现自动对跑道、滑行道关闭、开启时间赋值设置；人工设置可采用数据管理人机界面设置和机场数字化地图图层选择、鼠标选择元素、画设范围等方式设置。
53.32)机场元素业务属性赋值：根据机场路由规划处理业务需要，各机场元素具备不同的业务属性，可人工或自动设置。
54.具体地，所述步骤32)具体包括：
55.分别对参与航空器滑行路由规划滑行道、停机位、机坪、跑道属性赋值；
56.对滑行道属性赋值，包括对滑行道通行方向(双向、顺向、逆向)、是否关闭、允许通行最大机型、相邻关键点、使用优先系数的属性赋值，其中相邻关键点是滑行道最小单元(即路径段)连接其他路径段允许通行的关键点；使用优先级参数根据机场管制滑行路径规则、是否靠近停机位进行设置，通过历史滑行路径统计使用频度，自动设置使用优先级参
数，使用频度越大，参数值越大；
57.对停机位属性赋值，包括停机位编号、停机位类型(最大停放飞机类型)、停机位推出方向、停机位与相邻机位使用互斥关系、开关状态、停机位分配航班号；其中停机位编号、停机位类型、停机位推出方向、停机位与相邻机位使用互斥关系根据机场停机位设计图、数据或机场运行规则人工设置；开关状态、停机位分配航班号引接机场停机位分配系统数据进行解析自动赋值或修改，或由人工赋值或修改；
58.对机坪属性赋值，包括因不停航施工原因的划定区域的范围、开关状态，进行人工赋值或修改；
59.对跑道属性赋值，包括跑道编号、跑道开关状态、跑道运行方向；其中跑道编号根据机场跑道设计图或数据人工设置；跑道开关状态、跑道运行方向接收空管自动化系统的数据自动设置，或在系统人机界面进行人工设置。
60.4)基于机场栅格5维数据对航空器滑行路由规划优化处理；
61.具体参照图2所示：
62.41)接收航班计划、航迹数据；当判断离港航班计划状态为推出开车、进港航班降落跑道时，触发航班自动路由规划；
63.42)判断是否接收到包含基于滑行道、停机位、机坪、跑道的栅格5d数据的约束限制条件，若是，则进入步骤43)；若否，则基于dijkstra算法进行航空器滑行路径规划，直至结束；
64.43)进行历遍，根据属性值中的限制条件、参数，寻找筛选出最短滑行路径；
65.44)判断是否完成整条航空器滑行路径规划，若是，则结束历遍完成路由规划；若否，则从不能继续进行完成路径规划的关键点开始，进入步骤45)；
66.45)基于dijkstra算法进行航空器滑行路径规划；
67.46)判断是否重新能够进行基于栅格5维数据历遍寻路径，若是，则返回步骤43)；若否，则结束。
68.其中，所述步骤43)中的属性值中的限制条件、参数，具体包括：
69.滑行道通行方向(双向、顺向、逆向)、是否关闭、允许通行最大机型、相邻关键点、使用优先系数；
70.进、离港航班停机位分配数据、停机位类型、停机位推出方向、停机位与相邻机位使用互斥关系、开关状态；
71.机坪不可用范围数据；
72.跑道开关状态、跑道运行方向、跑道入口和脱离道口位置、航班分配的跑道号；
73.路径转弯折算成的路程消耗值。
74.本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。