專利名稱：用于管理空中交通的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及用于管理空中交通的方法和系統(tǒng)。更具體來說，本發(fā)明的方面包括用于協(xié)商和處理從多個飛行器所接收的空中交通軌跡修改請求的方法和系統(tǒng)，以及用于調(diào)度到達機場的空中交通的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基于軌跡的操作(TBO)是美國下一代空中運輸系統(tǒng)(NextGen)和歐洲的單ー歐洲天空ATM研究(SESAR)的關(guān)鍵組成部分。在兩種計劃中存在進行中的大量工作量以使這個概念發(fā)展。飛行器軌跡同步和軌跡協(xié)商是現(xiàn)有TBO概念中的關(guān)鍵能力，并且提供提高空域操作的效率的框架。在TBO中實現(xiàn)的軌跡同步和協(xié)商還使空域用戶(包括班機經(jīng)營者(航空公司)、班機調(diào)度員、班機工作人員、無人航空系統(tǒng)和軍事用戶)能夠經(jīng)常以接近它們優(yōu)選(用戶優(yōu)選)軌跡的軌跡來飛行，從而使包括燃料和時間節(jié)省、風カ最佳路線選擇和天氣単元附近移動的方向的商業(yè)目標能夠結(jié)合到TBO概念中。因此，期望生成支持軌跡同步和協(xié)商、又能夠促進和加速TBO的采用的技木。本文所使用的“飛行器的軌跡”是飛行器從起飛到著陸所沿用的三維位置的時序序列，并且能夠通過軌跡向量的時序集合以數(shù)學方式來描述。相比之下，飛行器的飛行計劃指的是由飛行員或班機調(diào)度員在出發(fā)之前向當?shù)孛窈綑C構(gòu)提交的文檔，并且包括諸如出發(fā)點和到達點、所估計的途中時間之類的信息和能夠由空中交通控制(ATC)用于提供跟蹤和路線選擇服務(wù)的其它一般信息。飛行軌跡的概念中包含存在具有中心線以及圍繞這個中心線的位置不確定性和時間不確定性的軌跡路徑。軌跡同步可定義為解決飛行器的軌跡的不同表示之間的偏差以使得任何剰余差異在操作上是不重要的過程。構(gòu)成操作上不重要的差異的方面取決于軌跡的預計使用。相對較大的差異對于策略需求估計可以是可接受的，而差異對于戰(zhàn)術(shù)間隔管理中的使用必須小得多。TBO的全部目標是通過使用空間(緯度、經(jīng)度、高度)和時間中的準確四維軌跡(4DT)來降低與飛行器的未來位置預測關(guān)聯(lián)的不確定性。精準4DT的使用具有以下能力根據(jù)預測飛行器相對于時間的未來空間位置(緯度、經(jīng)度和高度)的能力、包括預測接近它們的到達機場的一組飛行器在地理位置(稱作計量方位(metering fix)、到達方位或角柱(cornerpost))的到達時間的能力，來極大地降低飛行器的未來飛行路徑的不確定性。這種能力表示從當前“基于凈空的控制”方式(這取決于飛行器的當前狀態(tài)的觀察)到基于軌跡的控制方式的重大改變，目標是允許飛行器沿用戶優(yōu)選軌跡飛行。因此，實現(xiàn)TBO的關(guān)鍵是準確的計劃軌跡(或者可能的多個軌跡)的可用性，從而為ATC提供有價值信息以允許空域的更有效使用。一般來說，軌跡協(xié)商是這樣的過程通過該過程交換信息，以便平衡對安全性、容量和商業(yè)目標的用戶偏好以及對經(jīng)營者或空中導航服務(wù)提供商(ANSP)的限制。雖然軌跡協(xié)商是現(xiàn)有TBO概念的關(guān)鍵組成部分，但是對于軌跡協(xié)商是什么并且包含什么存在許多不同觀點。取決于協(xié)商的預期結(jié)果和時幀，不同施動者將包含在協(xié)商中，并且將交換不同的信息。一般來說，軌跡協(xié)商的概念已描述為飛行器經(jīng)營者對協(xié)商最佳或優(yōu)選軌跡的期望，與該期望進行平衡以便確保在出發(fā)和到達期間飛行器的安全間隔和那些飛行器的最佳定序，同時提供公平的框架。軌跡協(xié)商概念還允許空域用戶提交軌跡偏好以解決沖突，包括對飛行器的4D軌跡(橫向路線選擇、高度和速度)的建議的修改。鑒于以上所述，TBO概念要求生成、協(xié)商、通信和管理來自單獨飛行器的4DT，并且聚合表示給定空域中的多個飛行器的軌跡的流量。多個飛行器的軌跡管理能夠通過自動化輔助來最可靠地實現(xiàn)，以便與適當裝備的飛行器經(jīng)營者協(xié)商飛行員軌跡變更請求，從而允許ANSP與飛行器的飛行員/經(jīng)營者之間的四維軌跡的協(xié)商。軌跡協(xié)商已描述為具有四個階段預協(xié)商、協(xié)商、協(xié)議和執(zhí)行。例如參見Joint Planning andDevelopment Office,2008年10月，NextGen Avionics Roadmap,版本I。在預協(xié)商中，空中交通管理(ATM)系統(tǒng)知道或推斷所有相關(guān)飛行器的用戶優(yōu)選軌跡。這些用戶優(yōu)選軌跡之間或者與空域限制的任何沖突引起協(xié)商階段。在這個階段中，對ー個或多個用戶優(yōu)選軌跡的修改可在班機經(jīng)營者與ANSP之間協(xié)商，以便從ANSP觀點來最好地利用空域，同時最小化與那架班機的經(jīng)營者的目標的偏離。協(xié)議階段產(chǎn)生飛行器的協(xié)商4DT，其中至少一部分由ANSP準許。在執(zhí)行階段， 飛行器飛行協(xié)議的和準許的4DT，并且ANSP監(jiān)測對這個4DT的遵守情況。飛行器未能遵守協(xié)商的軌跡或者環(huán)境的變化(例如，緊急情況或者突發(fā)飛行)能夠引起協(xié)商階段的重新發(fā)起。供協(xié)商階段和協(xié)議階段中使用的若干空地通信協(xié)議和航空電子設(shè)備性能標準存在或者正在制訂中，例如控制器飛行員數(shù)據(jù)鏈路通信(CPDLC)和自動相關(guān)監(jiān)視合同(ADSC)技術(shù)。與空中交通管理的概念相關(guān)聯(lián)的是本領(lǐng)域已知的多種類型的到達管理器(AMAN)，其非限制性示例包括作為當前正在制訂的美國國家航空航天局(NASA)中心TRACON自動化系統(tǒng)(CTAS)的一部分的、稱作交通管理咨詢器(TMA)和途中下降咨詢器(EDA)的系統(tǒng)。在H. N. Swenson等人的“Design ana Operational Evaluation of the TrafficManagementAdvisor at the Fort Worth Air Route Traffic ControlCenter”(第一屆 USA/EuropeAir Traffic Management Research&Development Seminar, Saclay,法國(1997 年 6 月17-19 日))論述了 TMA,并且在 R. A. Coppenbarger 等人的“ Design and Development ofthe EnRoute Descent Advisor (EDA)for Conflict-Free ArrivalMetering”(Proceedingsof the AIAA Guidance, Navigation, and ControlConference (2004))中論述了 EDA。TMA的主要目標是通過向各飛行器指配計量方位處經(jīng)調(diào)度的到達時間(STA)來調(diào)度到達。TMA計算作為STA與估計的到達時間(ETA)之間的差的所需延遲。EDA的主要目標是計算空中交通控制器(ATCo)的咨詢，以便幫助將飛行器輸送到符合STA的到達計量方位，同時防止與沿到達軌跡的其它飛行器的間隔沖突。EDA主要利用速度調(diào)整，并且然后在需要時添加橫向距離，以便經(jīng)由路徑伸展來吸收更大延遲。EDA還通過對巡航速度和下降速度的同時調(diào)整來結(jié)合沖突檢測和沖突解決。但是，沒有將用戶偏好結(jié)合到EDA概念中。部分由于缺乏驗證活動和有益效果評估，在實現(xiàn)TBO中還保留了多個不小的空白。作為響應(yīng)，General Electric Company 和 LockheedMartin Corporation 創(chuàng)建了聯(lián)合策略研究行動(JSRI)，目的在于生成加速空中交通管理(ATM)領(lǐng)域中的TBO的采用的技術(shù)。JSRI的工作包括使用GE的飛行管理系統(tǒng)(FMS)和飛行器專門技術(shù)、Lockheed Martin的ATC域?qū)ｉT技木-包括途中自動現(xiàn)代化(ERAM)和公共自動化雷達終端系統(tǒng)(公共ARTS)-來調(diào)查和評估軌跡協(xié)商和同步概念。地面自動化系統(tǒng)通常提供能夠預測時間和空間中的飛行器的路徑的四維軌跡模型，提供計劃和執(zhí)行諸如調(diào)度、沖突預測、間隔管理和一致性監(jiān)測之類的關(guān)鍵空中交通控制和交通流量管理功能所需的信息。在飛行器上，F(xiàn)MS能夠通過飛行器的自動飛行控制系統(tǒng)(AFCS)來使用閉環(huán)導向的軌跡。許多現(xiàn)代FMS還能夠滿足可由地面系統(tǒng)指配給飛行器的、需要的到達時間(RTA)。盡管具有上述技術(shù)能力，但與軌跡協(xié)商過程相關(guān)聯(lián)的問題仍然存在，包括交換影響給定空域中的一組飛行器的4D軌跡的參數(shù)和限制的方式，以及如何在全面重視所有ATC目標(安全間隔、交通流量等)的同時達成盡可能接近用戶優(yōu)選軌跡(根據(jù)商業(yè)目標)的協(xié)商軌跡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供適合處理從空域中的多個飛行器所接收的多個軌跡修改請求的方法和系統(tǒng)。按照本發(fā)明的第一方面，該方法包括接收從多個飛行器所傳送的多個軌跡修改請求，并且請求其高度、速度和/或橫向路線選擇的變更；對多個軌跡修改請求依次執(zhí)行沖突評估，以便確定多個軌跡修改請求的任一個是否引起與多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突；在計算機存儲器數(shù)據(jù)隊列中放置多個軌跡修改請求中由沖突評估識別為引起沖突的η個軌跡修改請求；以及周期地處理該隊列以便對η個軌跡修改請求執(zhí)行后續(xù)沖突評估，從而確定η個軌跡修改請求的任一個是否仍然引起與多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突。按照本發(fā)明的一具體方面，后續(xù)沖突評估的第一個包括確定全部η個軌跡修改請求是否仍然引起與多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突；如果全部η個軌跡修改請求不再引起沖突，則準予全部η個軌跡修改請求；通知傳送了 η個軌跡修改請求的多個飛行器；以及然后從隊列中移除η個軌跡修改請求。可選地，如果基于第一后續(xù)沖突評估，η個軌跡修改請求的一個或多個仍然引起沖突，則另ー個后續(xù)沖突評估可通過組合捜索來確定。組合搜索優(yōu)選地包括確定η個軌跡修改請求中的至少n-k個(其中k是大于或等于I但小于η的整數(shù))是否仍然引起與多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突；如果全部n-k個軌跡修改請求不再引起沖突，則準予全部n-k個軌跡修改請求；通知傳送了 n-k個軌跡修改請求的多個飛行器；以及然后從隊列中移除n-k個軌跡修改請求。本發(fā)明的其它方面包括適合執(zhí)行上述方法的系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于，排隊過程極大地促進ATC系統(tǒng)接納來自給定空域中的多個飛行器的軌跡修改請求的能力。這個益處對應(yīng)干與保持跟蹤請求并且周期地執(zhí)行沖突探測關(guān)聯(lián)的ATCo的工作負荷的顯著降低。偏好管理方法中的排隊過程的利用還使飛行器能夠在飛行期間實現(xiàn)優(yōu)選巡航高度和/或軌跡，使得能夠使與飛行器關(guān)聯(lián)的商業(yè)成本降低并且可能為最小，同時確保空域中的所有班機之間的安全間隔。通過以下詳細描述，將會更好地理解本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點。


圖I是按照本發(fā)明的第一方面、用于管理空域中的飛行器的四維軌跡的偏好管理方法和系統(tǒng)的框圖。
圖2表示適合于實現(xiàn)圖I的偏好管理方法的軟件信息流程圖。圖3表示適合于實現(xiàn)圖I的偏好管理方法的軟件模塊和接ロ圖。圖4表示用于圖I的隊列處理器以及圖2的隊列處理器和隊列優(yōu)化塊的過程流程。圖5至圖10示出實現(xiàn)圖I的偏好管理方法和系統(tǒng)的ー個示例。圖11是按照本發(fā)明的另一方面、用于修改飛行器的路徑和/或速度以使得它們可滿足機場處的調(diào)度的到達時間(STA)的調(diào)度管理方法和系統(tǒng)的框圖。圖12和圖13是示出由圖11的調(diào)度管理方法和系統(tǒng)的咨詢工具所執(zhí)行的過程的框圖。
圖14是表示由圖11的調(diào)度管理方法和系統(tǒng)的咨詢工具所執(zhí)行的操作的流程圖。圖15示出用于實現(xiàn)本發(fā)明的調(diào)度管理方法的情況的ー個示例。
具體實施例方式下文論述本發(fā)明的范圍之內(nèi)的空中交通管理的多種方面。這些方面的第一方面稱作偏好管理，它涉及基于地面的空中交通控制(ATC)系統(tǒng)與飛行器之間的、允許飛行器四維軌跡(4DT)的修改以滿足商業(yè)目標和安全目標的軌跡協(xié)商。本文所使用的“ATC系統(tǒng)”將表示負責監(jiān)測和管理給定空域中的空中交通的任何人或任何設(shè)備，包括空中交通控制器(ATCo)和它們使用的自動化，并且“飛行器”將用于不僅包含飛行器本身，而且還包含負責飛行器的4D軌跡的計劃和變更的任何人或任何物，包括但不限于班機調(diào)度員、班機經(jīng)營者(航空公司)和班機工作人員。ATC系統(tǒng)所采用的硬件和其它設(shè)備是基于地面的，以便區(qū)分ATC系統(tǒng)與飛行器上的硬件。本發(fā)明的第二方面稱作調(diào)度管理，其中涉及ATC系統(tǒng)與飛行器之間的通信，以便確定滿足機場周圍的空域中的飛行器的到達調(diào)度所需的軌跡修改。調(diào)度管理還結(jié)合ATC系統(tǒng)與飛行器之間的軌跡協(xié)商，使得可滿足系統(tǒng)優(yōu)選時間調(diào)度，而沒有違反飛行安全限制，同時優(yōu)選地使空域用戶的成本為最小。本文所使用的“軌跡協(xié)商”將表示ATC系統(tǒng)與飛行器之間可能迭代的過程，以便獲得飛行器可接受的、但沒有引起與給定空域中的其它飛行器的沖突的ー組軌跡變化，包括在保持ANSP安全性和調(diào)度需求的同時滿足經(jīng)營者商業(yè)目標的能力。按照本發(fā)明的第一方面，提供偏好管理方法和系統(tǒng)，以便促進在給定空域中飛行的一個或多個飛行器在飛行期間實現(xiàn)用戶優(yōu)選四維(高度、緯度、經(jīng)度、時間)軌跡(4DT)，使得能夠滿足安全目標并且能夠使飛行器經(jīng)營者相關(guān)的商業(yè)成本為最小。偏好管理需要軌跡協(xié)商，這可由來自飛行器的軌跡修改請求來發(fā)起，包括對高度、橫向路線選擇(緯度和經(jīng)度)以及速度中的變化的請求。非限制性示例是在飛行器傳送將使飛行器能夠超過前方較慢的飛行器的軌跡修改請求時。偏好管理提供通過分析和準予軌跡修改請求的能力來處理符合國際民航組織(ICAO)的修正的能力。還應(yīng)當注意，例如，如果給定一組飛行器的路徑有沖突并且必須經(jīng)過修改以獲得無沖突飛行，則地面的觀察能夠發(fā)起軌跡協(xié)商。圖I是用戶偏好情況的框圖，并且表示感興趣空域中的飛行器。隨著飛行器傳送軌跡修改請求來發(fā)起偏好管理方法，軌跡修改請求可包括飛行期間的巡航高度變化(由于降低的質(zhì)量或變化的風カ)、橫向(緯度/經(jīng)度)路線選擇變化(例如，“直飛”或者繞過惡劣天氣區(qū)改線)和/或降低燃料使用或者變更飛行器的到達時間、例如補償延遲的速度變化。飛行器可向“地面”提供(例如，經(jīng)由來自飛行器的數(shù)字下行鏈路、語音請求或者來自班機調(diào)度員的數(shù)字交換)軌跡修改請求，“地面”包括ATC系統(tǒng)及其ATCo、其圖形/用戶接ロ(“接ロ”)和自動化(“沖突探測”和“隊列過程”)。修改請求可以是例如使用控制器-飛行員數(shù)據(jù)鏈路通信(CPDLC)機制的特定軌跡修正，ATC系統(tǒng)的自動化使用補充飛行計劃和狀態(tài)數(shù)據(jù)將特定軌跡修正轉(zhuǎn)換為預測4DT。備選地，軌跡修正可包含在所提出的備選軌跡中，可能使用現(xiàn)有技術(shù)，例如使用自動相關(guān)監(jiān)視合同(ADS-C)。因此，本發(fā)明能夠使用現(xiàn)有技術(shù)，例如由航空無線電技術(shù)委員會(RTCA)特別委員會-214(SC-214)所定義的ADS-C和CPDLC消息，但是本發(fā)明的空-地協(xié)商過程并不局限于這類通信格式或者受控的到達時間(CTA)。
ATC系統(tǒng)可選擇人工考慮軌跡修改請求(ATCo和接ロ)，盡管本發(fā)明的優(yōu)選方面是將請求處理委托給自動化，如圖I所示。在其接收順序中，ATC系統(tǒng)的沖突探測將產(chǎn)生于軌跡修改請求的4DT與ATC系統(tǒng)所負責的給定空域中的所有已知交通的子集或全體的其它軌跡的合計進行比較。各比較識別所產(chǎn)生4DT與ATC系統(tǒng)中保存的所有相關(guān)背景空中交通之間的任何沖突(例如，與軌跡相關(guān)的預測飛行器狀態(tài)之間的最小間隔的違反或者與空域擁塞或流量相關(guān)聯(lián)的沖突)。如果沒有識別沖突，則ATC系統(tǒng)可發(fā)起到準許了(準予了)其軌跡修改請求的飛行器的自動上行鏈路，或者可將協(xié)商請求和其它相關(guān)凈空信息提供給ATC0(ATCc)和接ロ)供進ー步動作，包括準予或保持協(xié)商請求。一旦由飛行器記錄(“飛行員檢查”)和實現(xiàn)(“4DT”)修改請求，ATC系統(tǒng)監(jiān)測飛行器的軌跡與協(xié)商修改請求的一致性。軌跡協(xié)商過程的結(jié)果優(yōu)選地是接近用戶優(yōu)選軌跡(根據(jù)商業(yè)成本)的同步軌跡，同時重視與安全間隔、交通流量等相關(guān)的所有ATC系統(tǒng)目標。另ー方面，如果軌跡修改請求引起沖突，則ATC系統(tǒng)可將軌跡修改請求放置在計算機存儲器數(shù)據(jù)隊列中供將來考慮(“隊列過程”)，并且然后處理由不同飛行器提交的下一個軌跡修改請求。排隊過程涉及周期地處理隊列以識別由于先前引起沖突的情況不再存在而能夠被準予的那些排隊請求。然后能夠通知傳送了被準予請求的飛行器關(guān)于已經(jīng)準予其請求，并且能夠從隊列中清除被準予請求。如下面將參考圖4進行論述的，排隊過程利用優(yōu)化算法來識別和準予排隊請求，優(yōu)選地按照最大地清除未決排隊請求并且保證對所有空域用戶的公平性的方式進行。例如，排隊過程可利用組合優(yōu)化方法，例如組合試探法。為了避免通過過量請求導致隊列過負荷，排隊過程優(yōu)選地允許軌跡修改請求通過飛行器請求來浄化(purge)，并且軌跡修改請求優(yōu)選地在隊列中具有有限持續(xù)時間，該持續(xù)時間后能夠從隊列中將其浄化。除了利用隊列之外，ATC系統(tǒng)還可對備選軌跡修改請求來識別和執(zhí)行沖突探測，并且在適當時如果無沖突則對飛行器提出備選軌跡修改。備選軌跡修改可基于從飛行器所提供的關(guān)于多種軌跡變化對班機經(jīng)營者的商業(yè)目標的影響(正面或負面)的信息，多種軌跡變化例如橫向距離變化、巡航高度増加或降低或者速度變化。這允許可以是比將要指配的當前準許的軌跡更優(yōu)選的備選軌跡，即使不能準予原始(最佳)請求。飛行器可接受或拒絕備選軌跡修改。如果備選軌跡修改由飛行器拒絕，則將其原始軌跡修改請求返回到隊列供后續(xù)處理。如果備選軌跡修改由飛行器接受，則能夠從隊列中浄化其原始軌跡修改請求。高級系統(tǒng)軟件架構(gòu)及其通信能夠在計算機處理設(shè)備上執(zhí)行，以用于實現(xiàn)上述偏好管理方法。在圖2和圖3中描述優(yōu)選管理模塊的流程圖。圖2表示偏好管理軟件信息流程，以及圖3表示偏好管理軟件模塊和接ロ。圖2和圖3中，偏好管理模塊讀取來自中央控制器的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的班機和事件數(shù)據(jù)，中央控制器以動態(tài)方式來同步空中與地面之間的信息。包括飛行器的軌跡參數(shù)的這個信息被更新并且存儲在數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)上。包括備選優(yōu)化算法的表示的偏好管理模塊的隊列處理器的過程流程如圖4所示。隊列處理器利用例如通過地面自動化軌跡預測器所得到的預測軌跡來檢測空域中的飛行器的現(xiàn)有4D軌跡與產(chǎn)生于每個軌跡修改請求的4D軌跡之間的沖突。在多個飛行器占據(jù)由ATC系統(tǒng)所監(jiān)測的空域并且飛行器的兩個或更多個期望對其軌跡進行修改以便實現(xiàn)某些目標的典型情況下，隊列過程特別重要。在現(xiàn)有實踐中，由于空中交通控制器通常遇到的信息過負荷而最小地考慮或者沒有進ー步考慮而拒絕這些偏好請求。設(shè)凡和Pi分別是作為由ATC系統(tǒng)所監(jiān)測的空域中的η個飛行器其中之一的給定飛行器Ai的當前軌跡和優(yōu)選軌跡。理想目標是潛在地實現(xiàn)無沖突軌跡組合包{P1;P2，...,PJ,其中請求軌跡修改的飛行器的所有Pi在沒有檢測到任何沖突的沖突探測之后已經(jīng)替換那些飛行器的1\。但是，這實際上由于潛在沖突而可能不可行，在這種情況下，目標是識別準予最大數(shù)量的無沖突偏好的組合包，并且例如爭取滿足某些商業(yè)目標或者使飛行器(An)之 中的操作成本(例如，燃料使用)為最小。這種過程可需要考慮軌跡組合包，其中集合中的ー個或多個Ti有選擇地用Pi來替換，并且測試沖突。這種選擇性替換和測試過程是組合問題，并且對于η個軌跡修改請求，存在2η個選項。甚至對于五個班機的很適中的隊列大小，也存在32種可能性，這無法通過ATCo容易地人工評估。鑒于以上所述，目標是采用ー種方式來動態(tài)處理多個軌跡修改請求，使得在操作限制下以最佳方式來周期地處理隊列，其中每個周期過程對排隊軌跡修改請求執(zhí)行沖突評估以確定請求中的一些是否仍然引起與空域中的其它飛行器的4D軌跡的沖突。在這種周期處理期間，能夠?qū)ψ罱恼埱蠼o予較高優(yōu)先級，以便使飛行器按照其偏好飛行的總時間為最大。通過這些能力，圖I至圖3所示的偏好管理模塊更易于能夠通過軌跡修改請求經(jīng)由途中協(xié)商來接納用戶偏好。從前面所述應(yīng)當意識到，偏好管理模塊的隊列過程模塊(圖4)必須配置成接受因情況沖突而無法由ATC系統(tǒng)立即準許的軌跡修改請求，并且能夠及時地有效處理排隊(未決)請求。如先前參照圖I所述，雖然空域中的飛行器的協(xié)議的和同步的軌跡對于某個時間范圍是無沖突的，但是飛行器的一個或多個可期望高度、橫向和/或速度變化，使得它們能夠獲得可包括通過規(guī)避偏好的更理想的飛行剖面，正如由其板載飛行管理系統(tǒng)(FMS)可推薦的那樣。在這種情況下，表示為軌跡修改請求的偏好經(jīng)下行鏈路傳遞到地面上的ATC系統(tǒng)。ATC系統(tǒng)則必須識別將是無沖突的軌跡修改請求的組合。從以下論述中顯而易見，用于此用途的多種算法是可能的，包括試探算法，以便有效地處理排隊請求的集合，但是應(yīng)當理解，將來可開發(fā)其它算法。第一試探解決方案將上述選擇性替換和測試過程看作是ニ元組合指配問題。指配(P1, P2, ...PJ首先經(jīng)過沖突探測，以及如果結(jié)果是無沖突軌跡組合包，則整個組合包經(jīng)由與飛行器的通信來準許。但是，如果檢測到?jīng)_突，則能夠構(gòu)成η位真值表，以便以n-k位為活動來調(diào)查選項，其中k是大于或等于I但小于η的整數(shù)。作為ー個示例，真值表中的每個選項對應(yīng)于軌跡組合包{P1; P2, ... Tffl, ...Ρη}，其中假定準予除了ー個(飛行器Am的請求Tffl)以外的所有飛行器軌跡修改請求(Pn)。在備選軌跡組合包中，沒有假定準予的軌跡修改請求對于每個組合包是不同的。這些備選軌跡組合包的每個經(jīng)過沖突探測，并且消除引起沖突的那些組合包。如果存在無沖突的單個組合包，則與那個組合包關(guān)聯(lián)的軌跡修改請求經(jīng)由與傳送了被準予請求的飛行器的通信來準予和準許。在多個組合包被確定為無沖突的情況下，能夠執(zhí)行成本計算，其中比較與準予無沖突組合包的每個關(guān)聯(lián)的相對操作成本，包括與準予最近的請求關(guān)聯(lián)的附加效益，使得能夠選擇具有最低成本的組合包。相對操作成本能夠考慮燃料關(guān)聯(lián)和/或時間關(guān)聯(lián)的成本。與所選組合包關(guān)聯(lián)的軌跡修改請求然后經(jīng)由與傳送了被準予請求的飛行器的通信來準予和準許，并且能夠從隊列中浄化準予的修改請求。另ー方面，如果沒有以η-i偏好為活動來識別無沖突軌跡組合包，則能夠以n-2偏好為活動來重復進行該過程。這個過程能夠以n-3、n-4等等來重復進行，直到已經(jīng)調(diào)查所有可能軌跡組合包。最壞情況情形是全部 2n個軌跡組合包引起沖突。這種試探的最壞情況計算復雜度也是指數(shù)的。另ー種試探解決方案是按照某種考慮序列來考慮ー個或多個飛行器的備選偏好。當考慮班機偏好(軌跡修改請求Pi)時，所有其它飛行軌跡保持在其當前或假定接受狀態(tài)。假定接受狀態(tài)對應(yīng)于這樣的修改軌跡其被暫時準許但尚未作為已準許的修改傳遞給飛行器。對于各班機，考慮其修改偏好，并且檢查接受那個偏好是否會確保無沖突飛行。如果檢測到?jīng)_突，則丟棄那個偏好而不予考慮，而考慮下ー班機的修改偏好，并且執(zhí)行相似的沖突探測。這個過程能夠繼續(xù)進行到已經(jīng)考慮可試驗計劃的組合包中的各班機的修改偏好。隨后，依次考慮其修改偏好先前被丟棄的各班機，直到?jīng)]有其它無沖突接受是可能的。這種迭代過程能夠重復進行到不能接受其它修改偏好。此處，執(zhí)行最終沖突探測，并且經(jīng)由與飛行器的通信來準予和準許假定修改集合。在給定飛行器能夠提供ー個以上修改請求并且其第ー優(yōu)選修改請求引起沖突的情況下，可依次考慮它的其它偏好。隊列處理的又ー種組合方式使用對沖突圖的節(jié)點裝箱問題，在本文中將定義為最佳導向組合捜索。形式上，沖突圖是圖表G= (V，E)，使得邊緣存在于形成沖突的兩個節(jié)點(即，無法共同發(fā)生的兩個事件)之間。設(shè)T表示由ATCo來決定的某個時間窗ロ。沖突圖形成如下。設(shè)A表示在T之內(nèi)出現(xiàn)于給定空域中的所有飛行器。還設(shè)ΑΝΦΑ表示在隊列中具有先前被拒絕請求的飛行器。設(shè)V = V1 XV2按如下所述分割所有節(jié)點。每ー飛行器a OA將在V1中具有表示原始軌跡的節(jié)點。每ー飛行器aN O AN將在V2中具有表示那架飛行器的請求的軌跡的節(jié)點。僅V1中的所有節(jié)點是無沖突的，因為它們表示原始軌跡。因此，V2中表示的所有班機必須以(B)V1中的所有節(jié)點和(b) V2中的所有其它節(jié)點來經(jīng)過沖突探測。對于存在于vN O V2與v0 O V1 X V2之間的每ー沖突，繪制vN與vO之間的邊緣。結(jié)果是沖突圖。由于邊緣表示T中的沖突,所以對于姆一邊緣則能夠“選擇”不超過ー個節(jié)點。這正好是定義節(jié)點裝箱問題的限制集合。圖表將由節(jié)點的兩個集合組成與原始軌跡對應(yīng)的飛行器以及與所請求軌跡對應(yīng)的飛行器。設(shè)kN表示圖表中表示飛行器k0{l，2，...，5}的軌跡請求的節(jié)點。邊緣在每ー個成對沖突之間構(gòu)成。對于給定權(quán)向量w，解決最大權(quán)節(jié)點裝箱問題。已經(jīng)實現(xiàn)用于解決最大權(quán)節(jié)點裝箱問題的兩個算法。使用者能夠定義在調(diào)用隊列處理算法時要使用哪ー個算法。算法之ー是LP試探解決MWNPP，設(shè)O表示最佳解決方案。顯然，如果O為整數(shù)，則O對于原始問題是最佳的。否則，通過將具有最高權(quán)的分數(shù)分量上舍入為I而將其相鄰分量下舍入到O，來返回可行解決方案。這對于所有分數(shù)分量進行，直到舍入向量為整數(shù)。另ー個算法是“貪婪”方式權(quán)向量按照非遞增順序來排序。對具有最高權(quán)的節(jié)點指配值1，而將其所有相鄰節(jié)點指配為O。然后選擇尚未指配值的下ー個最高權(quán)節(jié)點，并且該過程重復進行，直到對每ー節(jié)點已指配值O或I。從以上所述應(yīng)當顯而易見，排隊過程極大地促進ATC系統(tǒng)接納來自給定空域中的多個飛行器的軌跡修改請求的能力。這樣做時，偏好管理方法中的排隊過程的利用使飛行器能夠在飛行期間實現(xiàn)優(yōu)選巡航高度和/或軌跡，使得能夠使與飛行器關(guān)聯(lián)的商業(yè)成本降低并且可能為最小，同時確?？沼蛑械乃邪鄼C之間的安全間隔。圖5至圖10幫助示出本發(fā)明的偏好管理方法的實現(xiàn)。圖5表示ー組五個飛行器，指定為1、2、3、4和5，識別為離開指定為KSJC、KOAK或KSFO的機場，并且全部飛往指定為KSEA的機場。在這種基線情況下，所有班機遵循其指定為FL320、FL340、FL360和FL380的飛行計劃巡航高度。除了兩個KSFO班機(2和5)之外的所有班機是高度分離的，兩個KSFO班機在相同高度(FL360)處是時間分離的。為了可視表示的簡潔起見，在這種情況下假定所有班機以相同真空速飛行。 圖6中，來自KSFO的班機2進行從高度FL360攀升到FL380的請求，但是那個請求被拒絕，因為準予該請求會引起與在FL380巡航的來自KSJC的班機I的間隔沖突。將這個請求排隊，如通過其請求輸入圖6的隊列框所表示的。圖7中，來自KOAK的班機3進行從FL340攀升到FL360的請求，但是那個請求也被拒絕，因為準予該請求會引起與在FL360巡航的來自KSFO的班機2的間隔沖突。因此，也將這個第二請求排隊，并且示于圖7的隊列框中。圖8中，來自KSJC的班機4進行從FL320攀升到FL340的請求，但是那個請求被拒絕，因為準予該請求會引起與在FL340巡航的來自KOAK的班機3的間隔沖突。然后將該第三請求排隊，并且示于圖8的隊列框中。圖9中，來自KSFO的班機5進行從FL360攀升到FL380的請求，并且那個請求立即被準予，因為它是無沖突的。由于圖9的被準予請求的結(jié)果，圖10表示對隊列執(zhí)行隊列處理的結(jié)果，其中未決請求中的三個被準許供巡航攀升，因為對班機5所準予的高度變化已經(jīng)促進沖突限制解決。即使是這樣，來自班機2的請求在隊列中仍保持未決，并且不能被準予，除非發(fā)生環(huán)境中的其它變化。從以上所述應(yīng)當顯而易見，偏好管理能夠用于使ATC系統(tǒng)能夠促進在給定空域中飛行的一個或多個飛行器在飛行期間實現(xiàn)用戶優(yōu)選4D(高度、緯度、經(jīng)度和時間)軌跡(4DT)，可使得與班機關(guān)聯(lián)的操作成本(例如，燃料燃燒、飛行時間、缺失乘客連接等)降低或者為最小，同時確保空域中所有班機之間的安全間隔。偏好管理還允許ATC系統(tǒng)支持全國空域燃料節(jié)省并且降低延遲。除了來自飛行器的軌跡修改請求之外，軌跡協(xié)商還能夠由于地面上關(guān)于ー個或多個飛行器的路徑和/或速度必須修改以使得它們可滿足其調(diào)度到達時間(STA)的觀察而發(fā)起。針對這種事件類型的協(xié)商框架是本發(fā)明的上述調(diào)度管理方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)為與上述偏好管理模塊結(jié)合使用的模塊。在任何情況下，調(diào)度管理框架提供ー種方法和系統(tǒng)，在給定空域中飛行的一個或多個飛行器通過該方法和系統(tǒng)來更容易地實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)選時間目標，使得使與飛行器經(jīng)營者相關(guān)的商業(yè)成本為最小，并且使系統(tǒng)延遲成本為最小，而沒有違反飛行安全限制。如同參照圖I至圖10所述的偏好管理方法和系統(tǒng)一祥，軌跡協(xié)商在飛行器與ATC系統(tǒng)之間發(fā)生(這些術(shù)語先前在偏好管理方法和系統(tǒng)的論述下定義)。如圖11所示，調(diào)度管理模塊包括子模塊，其中兩個標識為“調(diào)度器”和“DA” (下降咨詢器)。到達管理器(AMAN)常用于擁塞空域，以便計算在具體機場的飛行器的到達調(diào)度。DA功能大體上與NASA的途中下降咨詢器(EDA)相關(guān)，但是存在對這個功能性的關(guān)鍵增カロ。調(diào)度管理模塊使用飛行器監(jiān)視數(shù)據(jù)和/或來自飛行器的預測軌跡來構(gòu)成到達某個點的飛行器的調(diào)度，通常是位于終端空載邊界的計量方位。當今，這個功能由美國的FAA的交通管理咨詢器(TMA)來執(zhí)行，而在國際上使用其它ΑΜΑΝ。一般來說，本發(fā)明利用基于飛行器數(shù)據(jù)來監(jiān)測飛行器并且連續(xù)計算到計量 方位的序列和STA的到達調(diào)度器工具。雖然大多數(shù)當前調(diào)度器使用先來先服務(wù)算法來計算STA，但是存在不同許多備選調(diào)度方法，包括最佳配備最佳服務(wù)類型的調(diào)度。另ー方面，DA是咨詢工具，用于生成對飛行器的規(guī)避咨詢，它將使飛行器能夠準確執(zhí)行將使飛行器按照調(diào)度器所計算的STA輸送到計量方位的規(guī)避(速度變化和/或路徑伸展)。進ー步參照圖11，感興趣空域中的一個或多個飛行器由ATC系統(tǒng)來監(jiān)測。例如，ATC系統(tǒng)在各飛行器進入由ATC系統(tǒng)所監(jiān)測的空域時來監(jiān)測其4D(緯度、橫向路線選擇和時間)軌跡(4DT)。對于每個感興趣飛行器，調(diào)度器生成可與飛行器的目標機場關(guān)聯(lián)的一個或多個計量方位點(fix point)處STA。多個飛行器的STA存儲在作為可由調(diào)度器和DA來訪問的基于計算機的數(shù)據(jù)存儲的一部分的隊列中。DA然后執(zhí)行計算，以便基于所推斷或者從飛行器下行鏈路傳遞的信息來確定飛行器是否將能夠滿足其STA。如果必要并且可能，則ATC系統(tǒng)向飛行器傳送指令，以便確保飛行器將在STA到達計量方位點，并且如可能需要的，將更新隊列中存儲的每個飛行器的STA。如圖11所示，DA的計算在傳遞到執(zhí)行向飛行器傳送指令的任務(wù)的ATCo接ロ(例如，圖形/用戶接ロ)之前被輸送給調(diào)度推理器(下面參照圖13論述)。為了生成能夠按照STA將飛行器準確輸送到計量方位的規(guī)避咨詢，DA要求當前預測四維軌跡(4DT)以及與飛行器的操作和狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的輔助數(shù)據(jù)。這種輔助數(shù)據(jù)可包括下列ー個或多個優(yōu)選到達時間(TOA)，最早估計到達時間(ETAMin)，最近估計到達時間(ETAmJ，當前計劃速度(其中速度可以是校準空速(CAS)和/或ー個或多個飛行階段(攀升、巡航或下降)的馬赫數(shù))，優(yōu)選速度(可以是最小燃料成本速度)，最小可能速度和最大可能速度，以及沿當前橫向路線選擇和當前巡航高度的最小燃料速度的備選建議4DT。具有適當設(shè)備(例如，F(xiàn)MS和數(shù)據(jù)通信(DataComm))的飛行器能夠直接向ATC系統(tǒng)提供這種輔助數(shù)據(jù)。具體來說，許多高級FMS能夠準確計算這個數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)能夠使用飛行器與ATC系統(tǒng)之間的CPDLC、ADS-C或者另ー種數(shù)據(jù)通信機制或者來自班機調(diào)度員的另ー個數(shù)字交換來與ATC系統(tǒng)進行交換。實際上，許多飛行器可能將無法提供這種輔助數(shù)據(jù)的部分或全部，因為飛行器沒有適當?shù)嘏鋫浠蛘哂捎谏虡I(yè)相關(guān)原因班機經(jīng)營者施加了關(guān)于哪些信息能夠與飛行器共享的限制。在這類情況下，這種信息的部分或全部將需要由ATC系統(tǒng)來計算或推斷。由于燃料最佳速度以及具體來說預測的4DT取決于ATC系統(tǒng)對其沒有訪問權(quán)的飛行器性能特性(例如，飛行器質(zhì)量、發(fā)動機額定值和發(fā)動機使用壽命)，所以預計由適當配備的飛行器所提供的輔助數(shù)據(jù)比ATC系統(tǒng)所生成的輔助數(shù)據(jù)更為準確。因此，需要采取某些步驟來使ATC系統(tǒng)能夠更準確地推斷與飛行器性能特性相關(guān)的數(shù)據(jù)，這將幫助ATC系統(tǒng)預測某些輔助數(shù)據(jù)，包括燃料最佳速度、預測4DT以及當沒有從飛行器本身提供這個數(shù)據(jù)時影響它們的因素。如下面所解釋的，感興趣的飛行器性能參數(shù)將部分從通常通過飛行器經(jīng)由通信數(shù)據(jù)鏈路所提供的輔助數(shù)據(jù)所包含的飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)和軌跡目的信息來得出。可選地或者另外，監(jiān)視信息還能夠用于改進推斷過程。推斷參數(shù)然后用于由ATC系統(tǒng)對飛行器的行為進行建摸，特別是用于軌跡預測目的、試驗計劃以及估計與不同試驗計劃或軌跡規(guī)避關(guān)聯(lián)的操作成本。為了預測飛行器的軌跡，ATC系統(tǒng)必須依靠能夠用于生成飛行器的當前計劃4DT和/或表示飛行器的飛行計劃的無意變化的多種“假設(shè)”4DT的飛行器的性能模型。這類基于地面的軌跡預測主要是基于物理的，并且利用飛行器性能的模型，其中包括多種參數(shù)和可能的關(guān)聯(lián)不確定性。被認為是對所考慮飛行器的類型通用的一些參數(shù)可從制造商規(guī)范或者從市場銷售性能數(shù)據(jù)來得到。傾向于更為可變的其它特定參數(shù)也可以是已知的，例如，它們可包含在所提交飛行計劃中或者直接由飛行器經(jīng)營者來提供。但是，其它參數(shù)不是直接提供的，而是必須從飛行器得到的信息(以及可選地從監(jiān)視信息)、通過ATC系統(tǒng)來推斷。下面論述能夠推斷這些參數(shù)的方式。
諸如發(fā)動機推力、氣動阻力、燃料流量等的飛行器性能參數(shù)常用于軌跡預測。此夕卜，這些參數(shù)是對飛行器的垂直(高度)剖面和速度的主要影響。因此，性能參數(shù)影響與飛行器的4DT的垂直部分具有最大相關(guān)性。但是，飛行器推力、阻力和燃料流量特性能夠基于ATC系統(tǒng)將可能不知道的飛行器的使用年限以及自維護以來的時間而顯著改變。在ー些情況下，由干與被認為是經(jīng)營者的策略和專有的信息相關(guān)的顧慮，諸如毛重和成本指數(shù)之類的航空公司性能信息不能與地面自動化直接共享。但是，已經(jīng)確定飛行器的攀升階段的推力被認為是已知的，其帶有高級確定性、僅根據(jù)降低額定功率設(shè)定而變化。實際上，與攀升點頂端對應(yīng)的沿著路線選擇的距離能夠表示為起飛重量(TWO)的函數(shù)。因此，在到攀升頂端的距離與直到TOW的某個值的TOW之間存在直接相關(guān)性。重量范圍從飛行器制造商規(guī)范也是已知的，這可采用源自所提交飛行計劃或者可適用規(guī)章制度的知識(機場之間的距離、到備選機場的距離、最小保留等)來進ー步增強。對預測模型的附加輸入、包括飛行器速度、假定風速和傾側(cè)角能夠從橫向剖面信息來得出，并且用于預測飛行器的垂直剖面。鑒于以上所述，起飛和攀升期間的飛行器預測軌跡的知識能夠用于推斷飛行器的起飛重量(質(zhì)量)。如果飛行器燃料流量的估計是可用的，則這能夠用于預測飛行器在其后續(xù)操作期間的重量，包括它對計量方位的接近。相對于預測軌跡的飛行器狀態(tài)的后續(xù)測量(例如速度和攀升或下降速率)能夠用于改善燃料流量和預測重量的估計。飛行器的重量然后能夠用于推斷輔助數(shù)據(jù)，例如飛行器的最小燃料成本速度和預測軌跡參數(shù)，因為它們已知為取決于飛行器的質(zhì)量。作為ー個示例，通過將飛行器的起飛重量與到起飛期間發(fā)生的攀升頂端的距離相關(guān)，來推斷飛行器的重量。多個生成步驟然后能夠用于預測飛行器在起飛期間和之后的垂直剖面。各生成步驟包括將從生成步驟之一所得到的飛行器的預測高度與飛行器所報告的飛行器的當前高度進行比較。當前高度與預測高度之間的差然后用于生成第一飛行器的后續(xù)預測高度。如圖12的框圖所示，STA和飛行器數(shù)據(jù)(包括監(jiān)視數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù))輸入到的DA自動化，DA自動化負責生成飛行器的規(guī)避咨詢器，以便在必要時滿足STA。DA使用預測的最早到達時間值和最近到達時間值(ETAMin和ETAMax)來確定滿足STA所需的規(guī)避類型。這些時間限度可進ー步加長(pad)，以便考慮ETAmn和ETAMax計算中的潛在不確定性或者在飛行到計量方位的同時將會遇到的風カ中的不確定性(這可引起真實到達時間超出預測時間限度之外)。如果STA是在飛行器的(可能加長的)ETAmn與ETAsfa限度之間，則這能夠通過簡單地將STA指配給飛行器作為時間限制并且允許飛行器的TOA控制(TOAC)功能(往往稱作需要的到達時間(RTA))來將飛行器在其STA導向并且輸送到計量方位來實現(xiàn)。與將STA指配為RTA關(guān)聯(lián)的4DT從飛行器(例如，經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路)來提供或者由ATC自動化使用前面所述的推斷飛行器參數(shù)來計算。但是，如果STA超出ETA限度或者與RTA關(guān)聯(lián)的4DT不是可接受的(例如，如果它將引起與另ー個飛行器的4DT的沖突)，則可能與備選橫向路線選擇(由橫向方位或過程(路徑伸展)所指定)和可能的垂直限制(例如，巡航高度或中途點高度限制)相結(jié)合的速度咨詢(具有飛行的各階段的潛在不同的速度)或者RTA指配能夠通過DA來計算，這將使飛行器滿足系統(tǒng)預期STA，同時重視所有相關(guān)ATC限制(例如，停留在必要的到達跑道或者通過ー組方位)。例如，如果計算指示飛行器的STA遲于其ETAfflax,則DA能夠生成路徑伸展規(guī)避，其中涉及充分延長ETAmax以使得飛行器將在計量方位點實現(xiàn)其STA的修改橫向路線選擇。備選地，可使用可能與橫向路徑伸展相結(jié)合、要求飛行 器下降到能夠以較低速度飛行(由于較高空氣密度)的較低中間高度的垂直規(guī)避。但是，如果計算指示飛行器的STA早于其ETAmin,則最易得到的解決方案通常將涉及將ETAmin指配為飛行器在計量方位點的RTA，并且然后允許飛行器的FMS修改其速度，以便在計量方位點實現(xiàn)RTA。DA將其計算結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給調(diào)度推理器，調(diào)度推理器然后根據(jù)存在上述情況的哪一種來向ATCo接ロ發(fā)出適當信息。接ロ可對飛行器發(fā)起凈空的自動上行鏈路或者向ATCo提供凈空信息供進ー步動作。圖13是表示對橫向路線選擇或垂直路徑的修改是必要的情況的框圖，如圖12中的節(jié)點I所示，并且轉(zhuǎn)至作為圖13中的輸入。DA能夠生成一個或多個備選4DT，其特征在于對高度、速度和/或橫向路線選擇的不同變化，例如備選路徑伸展軌跡或者以備選速度下降到較低高度以便延遲飛行器到達其計量方位。生成備選軌跡的過程可通過用戶偏好來導向，如以上對于本發(fā)明的偏好管理方法和系統(tǒng)所述。如果提出多個備選4DT，則DA比較每個備選4DT與給定空域中的所有已知交通的子集或全體的其它軌跡的合計。比較識別來自初始集合的每個潛在4DT與所有相關(guān)背景交通之間的任何沖突(與軌跡相關(guān)的預測飛行器狀態(tài)之間的最小間隔的違反)。背景交通的4DT保持在ATC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲中。如果沒有識別沖突，或者如果潛在沖突的概率低于某個閾值，則對于初始集合中的兩個或更多4DT，能夠?qū)溥x4DT轉(zhuǎn)發(fā)給執(zhí)行規(guī)避成本評估的模塊，由其對每個備選4DT來計算速度和/或軌跡修改規(guī)避的歸ー化成本。這個成本計算還可利用從飛行器直接提供或者從輔助數(shù)據(jù)所推斷的飛行器性能模型和/或成本信息來計算燃料使用剖面。ATC系統(tǒng)優(yōu)選地按照其歸ー化成本來對備選4DT分級，并且分級列表輸入到調(diào)度推理器，調(diào)度推理器選擇沒有引起與其它飛行器的4DT的沖突或者違反任何空域限制的最低成本(最高分級)軌跡修改。這些軌跡修改可包括橫向路徑變化、高度變化和速度指配或者RTA時間限制。這個信息則可輸入到ATCo接ロ，ATCo接ロ可對飛行器發(fā)起凈空的自動上行鏈路或者向ATCo提供凈空信息供進ー步動作。
調(diào)度管理模塊具有初始調(diào)度水平線和最終調(diào)度水平線。初始調(diào)度水平線是空間水平線，它是各飛行器進入給定空域、例如到達機場的大約200海里(370. 4公里)之內(nèi)的空域的位置。ATM管理器監(jiān)測飛行器的位置，并且在飛行器進入初始調(diào)度水平線時被觸發(fā)ー次。稱作STA固定水平線的最終調(diào)度水平線由特定到達時間計量方位來定義。STA固定水平線可定義為飛行器的小于或等于未來20分鐘的計量方位ETA。一旦飛行器穿過STA固定水平線，則其STA保持不變，DA被觸發(fā)，并且任何滿足時間規(guī)避經(jīng)上行鏈路傳遞給飛行器，以便執(zhí)行由調(diào)度管理器所提出的計劃。圖14是表示由DA模塊所執(zhí)行的操作的流程圖。如圖14所示，DA模塊監(jiān)測由調(diào)度器在ATC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲中所保持的調(diào)度隊列。備選地，DA模塊可能是事件驅(qū)動的，并且由調(diào)度器根據(jù)需要來調(diào)用，例如當飛行器穿過最終調(diào)度水平線時。DA然后收集來自飛行器的速度信息、飛行器的預測軌跡(從飛行器直接提供或者在地面預測)以及來自調(diào)度器的調(diào)度計劃。DA然后生成飛行器的一個或多個滿足時間規(guī)避(速度調(diào)整或時間限制、高度調(diào)整和/或路徑伸展)，執(zhí)行每個所生成滿足時間規(guī)避與現(xiàn)有活動預測軌跡的沖突探測，并且消除具有沖突的任何滿足時間規(guī)避。在無沖突滿足時間規(guī)避池中，(例如由規(guī)避成本評估模塊)執(zhí)行成本評估過程，由此DA選擇優(yōu)選滿足時間規(guī)避。所選規(guī)避則輸出到接ロ，其中它經(jīng)上行鏈路傳遞給飛行器或者提供給另ー個用戶供進ー步處理。在沒有滿足時間規(guī)避是無沖突的情況下，調(diào)度管理模塊可利用傳統(tǒng)語音/人工操作(圖13)。調(diào)度器從地面以及能夠提供軌跡信息的可能配備的飛行器來得到信息。這創(chuàng)建預測飛行器軌跡，并且包含動態(tài)演進飛行器狀態(tài)信息(例如4D位置、地面速度、航路和高度率)。調(diào)度器生成DA的調(diào)度計劃，DA從空中(飛行器)和地面收集信息，并且將信息提供給空中和地面。如果數(shù)據(jù)不能直接從飛行器本身提供，則這個過程還可使用前面所述的推斷數(shù)據(jù)。如前面所述，在調(diào)度器中實現(xiàn)的調(diào)度算法可以是例如基于在所調(diào)度計量方位的估計的到達時間的順序的動態(tài)先到先服務(wù)算法，或者它可將偏好給予能夠提供更準確軌跡信息并且使用空中TOAC算法來滿足STA的更好配備的飛行器。當發(fā)起調(diào)度器時，算法構(gòu)成每個管理計量方位的空隊列。當飛行器進入初始調(diào)度水平線時，將這個飛行器推進對應(yīng)調(diào)度隊列，并且算法在需要時更新隊列中的各飛行器的STA。當飛行器處于調(diào)度隊列中并且其ETA被改變時，將對整個調(diào)度隊列執(zhí)行相同過程。當飛行器處于調(diào)度隊列中并且穿過固定水平線時，其STA將在隊列中保持不變，直到它離開隊列。調(diào)度算法接收調(diào)度隊列中的各飛行器的數(shù)據(jù)，例如ETA(最小和最大)、飛行器重量級、飛行器標識等。對于每個調(diào)度隊列，STA更新過程能夠描述如下。如果不存在其STA被保持的飛行器，則飛行器基于它在計量方位的ETA的順序來處理。向經(jīng)處理的飛行器指配等于其ETA的時間或者確保較早前在隊列中被調(diào)度的飛行器的類型所需的最小時間間隔的最早時間，指配較大的ー個。如果存在具有被保持STA的某個飛行器，則飛行器基于其STA采用被保持STA來排序，并且這些飛行器被看作是預先調(diào)度飛行器。如果具有未保持STA的飛行器則基于它們在計量方位的ETA的順序來處理。調(diào)度器算法在每ー循環(huán)周期檢查每個調(diào)度隊列的狀態(tài)，從而將恒定更新的STA保持到它們被保持為止。圖15幫助示出其中能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的調(diào)度管理方法的情況。圖15表示五個飛行 器的集合，指定為FLT#1至#5，識別為離開指定為KSF0、KDEN、DKFW和KDCA的機場，并且全部飛往指定為KSEA的機場。在這種基線情況下，全部五個到達班機在其指定為OLM的計量方位點合并時將發(fā)生沖突。調(diào)度器生成全部五個班機的計量方位處的STA，與計量方位關(guān)聯(lián)的DA生成從固定水平線(計量點之前的20飛行分鐘)到計量方位的速度變化或滿足時間咨詢。全部五個班機由這個過程調(diào)度成在2分鐘相對時間窗ロ之內(nèi)按照班機編號FLT#5至#5所示的順序到達0LM。從以上所述應(yīng)當顯而易見，調(diào)度管理方法和系統(tǒng)能夠用于使ATC系統(tǒng)能夠促進在給定空域中飛行的一個或多個飛行器實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)選時間目標和調(diào)度，這顯著降低操作成本，例如燃料燃燒、飛行時間、缺失乘客連接等。因此，調(diào)度管理方法和系統(tǒng)能夠促進在具有不同類型的飛行器性能能力(混合裝備)的環(huán)境中的ATC操作的改進。通過對具有更好能力的飛行器提供更理想的解決方案，這種調(diào)度管理方法和系統(tǒng)鼓勵飛行器經(jīng)營者考慮支持空中-地面協(xié)商的高級飛行管理系統(tǒng)(AFMS )的安裝。雖然根據(jù)特定實施例描述了本發(fā)明，但是顯而易見，可由本領(lǐng)域技術(shù)人員采用其它形式。例如，性能和調(diào)度系統(tǒng)的組件的功能可由能夠進行相似(但不一定等效)功能的不同組件來執(zhí)行。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.ー種處理從空域中的多個飛行器接收的多個軌跡修改請求的方法，所述多個飛行器的每個具有包含其高度、速度和橫向路線選擇的軌跡參數(shù)，所述方法包括 接收從所述多個飛行器傳送的所述多個軌跡修改請求，并且請求其高度、速度和/或橫向路線選擇的變更； 對所述多個軌跡修改請求依次執(zhí)行沖突評估，以便確定所述多個軌跡修改請求的任一個是否引起與所述多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突；將所述多個軌跡修改請求中由所述沖突評估識別為引起沖突的n個軌跡修改請求放置于計算機存儲器數(shù)據(jù)隊列中；以及 周期地處理所述隊列，以便對所述n個軌跡修改請求執(zhí)行后續(xù)沖突評估，從而確定所述n個軌跡修改請求的任一個是否仍然引起與所述多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在每個所述后續(xù)沖突評估之后，所述方法還包括 基于所述后續(xù)沖突評估來準予所述n個軌跡修改請求中不再引起沖突的那些請求； 通知所述多個飛行器中傳送了所準予的軌跡修改請求的那些飛行器；以及然后 從所述隊列中移除所述準予的軌跡修改請求。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述后續(xù)沖突評估的第一個包括 確定全部所述n個軌跡修改請求是否仍然引起與所述多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突； 如果全部所述n個軌跡修改請求不再引起沖突，則準予全部所述n個軌跡修改請求； 通知傳送了所述n個軌跡修改請求的所述多個飛行器；以及然后 從所述隊列中移除所述n個軌跡修改請求。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在干，如果基于所述第一后續(xù)沖突評估，所述n個軌跡修改請求的一個或多個仍然引起沖突，則所述后續(xù)沖突評估的隨后第二個通過包括下列步驟的組合搜索來確定 確定所述n個軌跡修改請求的至少n-k個是否仍然引起與所述多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突，其中k是大于或等于I但小于n的整數(shù)； 如果全部所述n-k個軌跡修改請求不再引起沖突，則準予全部所述n-k個軌跡修改請求； 通知傳送了所述n-k個軌跡修改請求的所述多個飛行器；以及然后 從所述隊列中移除所述n-k個軌跡修改請求。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在對于沒有引起沖突的所述n-k個軌跡修改請求識別了 n-k的最大值時，所述組合搜索終止。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，確定、準予、通知和移除所述n-k個軌跡修改請求的所述步驟的每個遵循最佳導向組合捜索。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在對于沒有引起沖突的所述n-k個軌跡修改請求識別了 n-k的最大值時，所述最佳導向組合搜索終止。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述組合捜索的所述確定步驟識別解決方案的至少兩個集合，其中所述n-k個軌跡修改請求沒有引起沖突，所述方法還包括執(zhí)行成本計算，以便比較與準予所述解決方案集合的每個的所述n-k個軌跡修改請求關(guān)聯(lián)的相對操作成本； 將所述解決方案集合的其中之一識別為與比所述解決方案集合的其它解決方案更低的組合操作成本關(guān)聯(lián)； 準予所識別的解決方案的ー個集合的所述n-k個軌跡修改請求，并且通知所述多個飛行器中傳送了所述n-k個軌跡修改請求的那些飛行器；以及然后 從所述隊列中移除所述識別的解決方案的ー個集合的所述n-k個軌跡修改請求。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在干，由所述成本計算比較的所述相對操作成本是燃料相關(guān)成本或者時間相關(guān)成本。
10.ー種用于執(zhí)行如權(quán)利要求I至9中的任一項所述的方法的系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明名稱為用于管理空中交通的方法和系統(tǒng)。適合處理從空域中的多個飛行器接收的多個軌跡修改請求的方法和系統(tǒng)。方法包括接收從多個飛行器傳送的多個軌跡修改請求，并且請求其高度、速度和/或橫向路線選擇的變更；對多個軌跡修改請求依次執(zhí)行沖突評估，以便確定多個軌跡修改請求的任一個是否引起與多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突；在計算機存儲器數(shù)據(jù)隊列中放置多個軌跡修改請求中由沖突評估識別為引起沖突的n個軌跡修改請求；以及周期地處理該隊列，以便對n個軌跡修改請求執(zhí)行后續(xù)沖突評估，從而確定n個軌跡修改請求的任一個是否仍然引起與多個飛行器的任何其它飛行器的高度、速度和橫向路線選擇的沖突。
文檔編號G08G5/00GK102651175SQ20121005032
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者J·D·彼得森, R·V·蘇布, 陳煒煒 申請人:通用電氣公司