本發(fā)明涉及航空管制領域?qū)ｍ?br>技術領域：
，具體涉及一種基于氣象雷達數(shù)據(jù)的危險氣象條件下的航空器改航方法。
背景技術：
：隨著我國民航運輸業(yè)的快速發(fā)展，大量航班延誤隨之而來，其中危險天氣已經(jīng)成為影響我國航班延誤的一個重要因素，因此如何減少危險天氣下的航班延誤現(xiàn)象、提高空域資源的利用率、確保航空器安全飛行，已經(jīng)成為急需我們解決的問題。在民用航空系統(tǒng)中，危險天氣是指對航空器飛行安全有影響的天氣現(xiàn)象，主要為：雷暴、湍流、風切變、視程障礙和大風等，根據(jù)歷史民航氣象飛行事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，有47％的飛行事故由雷暴導致，因此本發(fā)明建立在對雷暴分析的基礎上進行改航研究，后續(xù)提到的危險天氣均指代雷暴。危險天氣下的航空器改航是指在危險天氣影響航空器計劃航線的情況下，為航空器安排一條安全、經(jīng)濟的臨時航線來避讓危險天氣。目前，危險天氣下的改航研究多采用假設的天氣數(shù)據(jù)，沒有很好的與我國氣象系統(tǒng)相結(jié)合。本發(fā)明聚焦于危險天氣下的航空器改航技術，結(jié)合氣象雷達提供的數(shù)據(jù)，為航空器在雷暴氣象條件下規(guī)劃一條安全的飛行路徑。技術實現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于氣象雷達數(shù)據(jù)的危險氣象條件下的航空器改航方法，在雷暴氣象條件下，結(jié)合氣象系統(tǒng)為航空器規(guī)劃一條安全的飛行路徑，減少危險天氣下的航班延誤現(xiàn)象、提高空域資源的利用率、確保航空器安全飛行。所采用的技術方案是：一種基于氣象雷達數(shù)據(jù)的危險氣象條件下的航空器改航方法，包括以下步驟：步驟1，化設雷暴區(qū)域根據(jù)氣象雷達提供的雷達回波圖片，采用圖像處理技術分離出不同等級的雷暴區(qū)域，同時結(jié)合氣象雷達提供的回波頂高以及回波底高圖片，獲取每個雷暴區(qū)域的高度變化范圍，并將不同等級的雷暴區(qū)域顯示在空圖上；步驟2，改航策略建模根據(jù)步驟1劃設的雷暴區(qū)域，結(jié)合對應的雷暴危險等級，充分考慮飛行員工作負荷、航空器性能等限制因素，以單個航空器作為研究對象，建立改航路徑規(guī)劃的數(shù)學模型；步驟3，動態(tài)規(guī)劃改航路徑針對雷暴不斷運動、變化的特點，結(jié)合改航策略模型、雷暴區(qū)域水平影響范圍以及高度影響范圍，實時為航空器規(guī)劃改航路徑。本發(fā)明提供的方法的有益效果在于：首先通過氣象雷達獲取相關氣象數(shù)據(jù)，劃設出不同危險等級的雷暴區(qū)域，確定每個等級雷暴區(qū)域的位置以及影響范圍，該方法不同于傳統(tǒng)的劃設單一危險天氣區(qū)域的方法，本發(fā)明對不同等級的雷暴區(qū)域進行劃設，同時確定雷暴的高度變化范圍；其次根據(jù)雷暴區(qū)域危險等級，以改航路徑最短，平均改航路徑危險等級最小為優(yōu)化目標建立航空器改航路徑規(guī)劃模型；最后結(jié)合動態(tài)改航路徑規(guī)劃方法，實時為航空器規(guī)劃一條避讓雷暴危險區(qū)域的安全飛行路徑，該方法與傳統(tǒng)動態(tài)改航路徑規(guī)劃方法的不同之處在于，考慮雷暴水平影響范圍的同時，還考慮了雷暴高度變化范圍對改航路徑規(guī)劃的影響。因此，本發(fā)明能實現(xiàn)在危險氣象條件下為航空器自動規(guī)劃一條安全的飛行路徑，有效地降低航空管制人員的工作負荷，保證航空器在危險天氣下的安全飛行，提高空域資源利用率，有效地減少危險天氣下的航班延誤。附圖說明圖1是本發(fā)明提供的一種基于氣象雷達數(shù)據(jù)的危險氣象條件下的航空器改航方法整體流程圖圖2是本發(fā)明提供的一種基于氣象雷達數(shù)據(jù)的危險氣象條件下的航空器改航方法的雷暴區(qū)域劃設流程圖圖3是本發(fā)明提供的一種基于氣象雷達數(shù)據(jù)的危險氣象條件下的航空器改航方法的動態(tài)改航路徑規(guī)劃流程圖圖4是本發(fā)明提供的一種基于氣象雷達數(shù)據(jù)的危險氣象條件下的航空器改航方法中所述的雷暴等級圈示意圖具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。結(jié)合圖1、圖2、圖3，本發(fā)明提出的一種基于氣象雷達數(shù)據(jù)的危險氣象條件下的航空器改航方法，具體包括以下步驟：步驟1，化設雷暴區(qū)域根據(jù)氣象雷達提供的雷達回波圖片，采用圖像處理技術分離出不同等級的雷暴區(qū)域，同時結(jié)合氣象雷達提供的回波頂高以及回波底高圖片，獲取每個雷暴區(qū)域的高度變化范圍，并將不同等級的雷暴區(qū)域顯示在空圖上；具體為：步驟101，對雷達回波圖進行處理，獲得每個回波等級的RGB顏色值，并根據(jù)雷暴等級，獲取每個等級雷暴像素點的位置；步驟102，對回波頂高、回波底高圖進行處理，獲得每個高度的RGB顏色值，并根據(jù)步驟101中得到的雷暴像素點位置，在回波頂高圖和回波底高圖中獲取相應的回波頂高、回波底高數(shù)據(jù)；步驟103，保存回波反射率大于等于指定雷暴等級的像素點以及該像素點對應的坐標，形成一張該等級雷暴區(qū)域的圖片；步驟104，對步驟103得到的某一等級的雷暴區(qū)域圖片，采用圖像處理技術，獲取該雷暴區(qū)域的多邊形輪廓；步驟105，根據(jù)氣象雷達所在位置的經(jīng)緯度坐標、圖片的分辨率以及雷暴區(qū)域在圖片上的位置坐標，計算不同等級雷暴區(qū)域像素點對應的經(jīng)緯度坐標；步驟106，根據(jù)雷暴區(qū)域的經(jīng)緯度坐標，將不同等級雷暴區(qū)域輪廓用不同顏色繪制到空圖上，形成雷暴等級圈。雷暴區(qū)域根據(jù)氣象雷達的回波等級信息劃分為0-6個等級，如下表所示：表1雷暴區(qū)域等級劃分步驟2，改航策略建模根據(jù)步驟1劃設的雷暴區(qū)域，結(jié)合對應的雷暴危險等級，充分考慮飛行員工作負荷、航空器性能等限制因素，以單個航空器作為研究對象，以改航路徑最短，平均改航路徑危險等級最小為優(yōu)化目標建立改航路徑規(guī)劃的數(shù)學模型；目標函數(shù)：minDis=Σi=0NTld(pi,pi+1)minSafe=Σi=0NTΣecho=06echo6×decho(pi,pi+1)]]>Dis表示改航路徑長度，其中p0、pNT+1為改航起始點與結(jié)束點，pi為改航過程中的轉(zhuǎn)彎點，NT為轉(zhuǎn)彎點個數(shù)，ld(pi,pi+1)表示航段pi-pi+1的航程；Safe表示改航路徑的平均危險等級，等于每段改航路徑所經(jīng)雷暴區(qū)域的危險等級之和。其中echo為雷暴區(qū)域的危險等級，decho(pi,pi+1)為該等級的雷暴區(qū)域影響(pi,pi+1)段改航路徑的航段長度。約束條件：echo＜3(1)ld(pi,pi+1)≥ldmin,∀i=0,...,NT---(2)]]>θpi≤θmax,∀i=1,...,NT---(3)]]>式(1)表示出于安全考慮，改航路徑不允許經(jīng)過危險等級大于3的雷暴區(qū)域；式(2)表示為了保障航空器順利完成轉(zhuǎn)彎，其航段長度應大于等于最短航段長度，其中l(wèi)dmin表示最短航段長度；式(3)表示結(jié)合航空器性能以及飛行員操縱水平，航空器的轉(zhuǎn)彎角度應小于等于允許的最大轉(zhuǎn)彎角度，其中θpi表示改航路徑的轉(zhuǎn)彎角度，θmax表示允許的最大轉(zhuǎn)彎角度。步驟3，動態(tài)規(guī)劃改航路徑針對雷暴不斷運動、變化的特點，結(jié)合改航策略模型、雷暴區(qū)域水平影響范圍以及高度影響范圍，實時為航空器規(guī)劃改航路徑。具體為：步驟301，根據(jù)航空器巡航速度、氣象雷達更新時間，判斷航空器在該時間片飛行時是否受到雷暴影響，若有影響，則轉(zhuǎn)至步驟302，否則結(jié)束；步驟302，設置當前時間片i＝1；步驟303，根據(jù)第i個時間片對應的危險天氣區(qū)域(雷暴危險等級大于3的區(qū)域)位置、水平影響范圍，結(jié)合航空器計劃飛行路徑的經(jīng)緯度信息，判斷航空器在二維空間是否受到該雷暴區(qū)域遮擋，若遮擋，則轉(zhuǎn)至步驟304，否則轉(zhuǎn)至步驟307；步驟304，根據(jù)航空器飛行高度與該時間片對應的危險天氣區(qū)域的高度變化范圍，判斷航空器是否在該高度范圍內(nèi)飛行，是則轉(zhuǎn)至步驟305，否則轉(zhuǎn)至步驟307；步驟305，對于需要改航的航空器，確定改航起始點與結(jié)束點，利用改航策略模型規(guī)劃一條改航路徑；步驟306，根據(jù)改航路徑航程、航空器巡航速度以及氣象雷達更新時間，計算改航路徑需要飛行的時間片個數(shù)n；步驟307，i＝i+1；步驟308，預測航空器沿改航路徑飛行一個時間片后的位置，設置該位置為P，根據(jù)第i個時間片對應的危險天氣區(qū)域的位置、水平范圍，結(jié)合航空器計劃飛行路徑的經(jīng)緯度信息，判斷航空器從P點到改航結(jié)束點的改航路徑是否受到雷暴遮擋，若遮擋，則轉(zhuǎn)至步驟309，否則轉(zhuǎn)至步驟307；步驟309，根據(jù)航空器飛行高度，該時間片對應的危險天氣區(qū)域的高度變化范圍，判斷航空器是否在該高度范圍內(nèi)飛行，是則轉(zhuǎn)至步驟310，否則轉(zhuǎn)至步驟307；步驟310，以P為改航起始點，改航結(jié)束點不變，重新進行改航路徑規(guī)劃；步驟311，若i＝n，動態(tài)改航路徑規(guī)劃結(jié)束，否則轉(zhuǎn)至步驟307。說明書中未闡述的部分均為現(xiàn)有技術或公知常識。本實施例僅用于說明該發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領域技術人員對于本發(fā)明所做的等價置換等修改均認為是落入該發(fā)明權(quán)利要求書所保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3