CN104615849B - 一种适用于通用航空的飞行计划评估***及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于通用航空飞行的飞行计划评估***及实现方法。***包括微型计算机、至少一个数据库服务器，其中数据库服务器通过数字网络与微型计算机相连。本发明优点：主要分析地形、机型、飞行员资质、配载、燃油、起飞越障、禁飞区、机场以及航线周边气象条件等影响通用航空飞行的因素，简化对通用航空飞行影响较小的因素，具有鲜明的通航特色；利用地形数据存储库，构建三维地理模型，根据飞行计划中各航迹点经、纬度坐标及巡航高度信息计算航迹三维空间位置，结合航迹所在三维空间的地形、管制区、监视区、报告区、禁飞区以及异常天气区等信息，实现通航飞行计划航迹的三维评估。

Description

一种适用于通用航空的飞行计划评估***及实现方法

技术领域

本发明属于空管自动化技术领域，特别是涉及一种适用于通用航空的飞行计划评估***及实现方法。

背景技术

通用航空是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，作业项目覆盖了农、林、牧、渔、工业、建筑、科研、交通、娱乐等多个行业。通用航空的具体内容包罗万象，具有机动灵活、快速高效等特点，因此其在民用航空运输中的地位也越发突出。

据民航局统计公报显示，截至2013年底，国内通用飞机的数量已达到1519架。同时，我国通用航空的飞行总量在2013年达到59.1万小时，较上年增长14.3％左右，国务院发布的《关于促进民航业发展的若干意见》提出，2020年通用航空发展目标是实现规范化发展，飞行总量达200万小时，按此数据估计，未来几年国内每年通用航空飞行量增长约19％。上述数据表明通用航空的行业规模日益扩大，飞行需求渐趋旺盛，有了足够大的市场需求，这必然要求逐步完善通用航空服务保障体系。

通用航空与一般运输航空相比具有飞行器机动灵活、飞行高度低、作业区域情况复杂等特点，所以通用航空服务保障体系有别于一般运输航空。飞行服务站作为通用航空服务保障体系的重要部分，其可以为通用航空提供广泛的飞行服务，包括提供气象服务、飞行计划服务、飞行支援和其他需要的帮助，其中包括对飞行计划进行评估处理。然而，目前国内没有专门针对通用航空的飞行服务***，国外关于通用航空飞行服务站的技术细节资料也很少，因此必须建设具有自主知识产权的通用航空飞行服务站，为通航飞行提供更高质量的飞行服务。

通用航空飞行服务站向用户提供阶段***，而飞行计划评估***属于飞行前服务的一部分，其为通用航空用户提供的服务包括：飞行计划航线评估、飞行计划航迹剖面评估、飞机及飞行员适航评估、气象评估、飞机配载及燃油消耗评估、跑道方向越障高度评估等。

鉴于上述原因，通用航空飞行服务站需要一个合理的***及实现方法来评估通用航空飞行计划，从而判断通用航空飞行计划的合理性，但目前尚缺少这样的***及实现方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于通用航空的飞行计划评估***及实现方法，以解决在通用航空领域缺失飞行计划评估的现状。

为了达到上述目的，本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***包括：微型计算机、至少一个数据库服务器，其中数据库服务器通过数字网络与微型计算机相连。

所述的微型计算机上安装有飞行计划评估终端；数据库服务器B1上搭载的***部件包括：飞行计划数据存储库、地形数据存储库、控制区数据存储库、气象数据存储库、飞机性能数据存储库；数字网络为通用航空飞行服务站内部局域网络。

本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的实现方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)接收、存储以及管理飞行计划的S01阶段：安装在计算机A1上的通用航空飞行计划评估终端接收通过数字网络L传送来的飞行计划报文，然后进入数据库服务器B1上的飞行计划数据存储库，并通过飞行计划评估终端管理存储的飞行计划；

步骤2)飞行计划航线评估的S02阶段：从地形数据存储库中提取经、纬度和高程数据，构建三维地理模型，根据飞行计划中各航迹点经、纬度坐标及巡航高度信息计算航迹空间位置，评估计划航迹经过的管制区、报告区、监视区以及其与禁飞区的距离等信息；

步骤3)飞行计划航迹剖面评估的S03阶段：利用S02阶段构建的三维地理模型以及各航迹点经、纬度坐标，通过高精度等分插值的方法得到计划航迹所在垂直方向的地形剖面，结合各航迹点巡航高度，绘制飞行计划航迹剖面，评估飞行计划各个阶段飞机是否与地面保持安全高度；

步骤4)飞机及飞行员适航评估的S04阶段：利用飞行计划报文中的执行航班飞机的具体情况、飞行员资质，评估飞机及飞行员是否适航；

步骤5)计划航线涉及气象评估的S05阶段：根据飞行计划报文中航线及起落机场获取与之相关的航线周边气象数据、机场实况预报数据，评估气象是否符合标准；

步骤6)飞机配载评估的S06阶段：按照飞行计划报文中提供的配载信息，计算载量是否超过最大允许的载量，即确认载量是否超标，同时按配载信息计算飞机重心位置，确认飞机重心是否在合理范围内；

步骤7)飞机燃油消耗评估的S07阶段：按照飞行计划报文中提供的机型、航线信息，计算执行飞行计划总的航行距离，参照不同机型在爬升、巡航、下降各个阶段对燃油的消耗，计算完成飞行计划所需燃油量，结合飞行计划中飞机起始飞行所搭载的燃油量，评估剩余燃油是否在安全范围内；

步骤8)跑道方向越障高度评估的S08阶段：参照飞行计划中的机型信息，确定执行计划的飞机气动模型，根据跑道方向障碍物与跑道的距离、障碍物的高度，按照最大爬升率计算飞机的越障高度是否符合安全起飞标准；

步骤9)综合评估结果的S09阶段：汇总S02-S08阶段对飞行计划的评估，包括：飞行计划航线评估、飞行计划航迹剖面评估、飞机及飞行员适航评估、计划航线涉及气象评估、飞机配载评估、飞机燃油消耗评估以及跑道方向越障高度评估，最后给出综合评估意见。

在步骤6)中，所述的飞机配载评估方法包括按顺序执行的下列步骤：首先，按照飞行计划及飞机参数信息，计算与飞机相关的各项力矩，包括飞机空重力矩、乘客力矩、行李力矩、燃油力矩，计算公式如下：

(重量)*(力臂)＝(力矩)

其次，计算飞机总重量，即空重、乘客重量、行李重量以及燃油重量之和；最后，力矩之和除以总重量得到飞机重心位置，如果飞机重心在安全范围内，则按飞行计划执行的飞机配载审核通过，否则审核不通过。

在步骤7)中，所述的飞机燃油消耗评估方法包括按顺序执行的下列步骤：

1)确定飞机型号：按照评估的飞行计划确定飞机型号，根据飞机型号从数据库服务器B1的飞机性能数据存储库中提取对应机型的气动模型，确定飞机在发动机启动、滑行和起飞阶段的燃油消耗F1；

2)确定可用燃油：按照评估的飞行计划确定可用燃油量Ft，此处可用燃油量不能超过该机型可装载的最大燃油量；

3)确定起、降机场海拔高度及附近温度：按照评估的飞行计划及三维地形数据存储库中三维地形数据确定起、降机场海拔高度，查看起、降机场附近气象信息，确定起、降机场附近温度；

4)判断起、降机场附近温度是否为标准温度：如果不是标准温度，则利用非标准温度修正的方法计算非标准温度对起、降段燃油消耗的影响，如果是标准温度，则无需修正直接进入下一步骤；

5)计算爬升、下降所需燃油：根据步骤3)确定的飞机在起飞和降落阶段的海拔高度变化以及步骤4)计算出的非标准温度对爬升、下降燃油消耗的修正，结合飞机气动模型及性能信息，确定飞机爬升、降落燃油消耗F2；

6)确定巡航高度、速度:按照评估的飞行计划确定巡航高度Hf和巡航速度Ff，结合飞机气动模型及性能信息，确定飞机在设定巡航高度和速度上单位时间的燃油消耗；

7)计算巡航段燃油消耗：按照巡航段各航迹点空间位置信息计算总的巡航距离，巡航距离除以巡航速度则可得到巡航段的时间，根据步骤6)确定巡航段单位时间的燃油消耗，其乘以巡航段总的时间则可得到巡航段燃油消耗F3；

8)评估总燃油需求：根据步骤1)至步骤7)的流程可得到总燃油消耗量F0的计算公式如下：

F0＝F1+F2+F3

如果总燃油消耗量与可用燃油量的差值在安全范围内，则确定按飞行计划执行可满足总燃油需求，否则按飞行计划执行不能满足总燃油需求。

在步骤8)中，所述的飞机越障高度评估方法包括按顺序执行的下列步骤：首先，确定跑道方向障碍物的高度以及与跑道的距离；其次，飞机按照最大爬升率起飞，计算经过障碍物上方时的越障高度；最后，判断越障高度是否大于最大安全高度，如果越障高度大于安全高度，则输出计算所得越障高度，否则给出越障安全告警信息，再输出计算所得越障高度。

本发明提供的适用于通用航空飞行的飞行计划评估***及实现方法具有以下优点：

1)针对通航飞机飞行高度低，地形起伏对飞行安全威胁更大，以及通航飞机性能差异巨大、飞行高度多变的特点，利用高精度地形插值方法，采用基于通航飞机性能的飞行剖面计算方法，提出反映飞行与地形关系、飞行高度多变的低空飞行剖面计算方法，进行低空飞行剖面综合评估；

2)针对通航小型飞机载重轻，对人员、货物、燃油等配载敏感的特点，采用飞机性能工程计算方法，计算飞机的重心、配载平衡、燃油、起飞越障的关键参数，从而对通航飞行计划的安全性进行综合评估；

3)针对通航飞行与地面地理信息关系密切的特点，建立三维地理模型，实现了通航飞行计划的飞行全过程航迹3D可视化评估。评估可直观给出飞行计划是否存在穿越禁飞区、飞行全程是否可能有高山等危险地形条件、飞行全程是否有危险气象条件等结果；

4)针对通航飞行计划多变对于快速评估的需求，利用网络直接传输的方式传输飞行计划数据，实现快速高效地将飞行计划直接传入通航飞行计划评估***，实现飞行计划的快速评估；

5)针对通航从业人员专业背景与素质相差较大的特点，利用三维地理信息平台，实现交互式飞行计划输入与编辑、三维地图管理，实现简单灵活、易于操作的通航飞行计划评估。

附图说明

图1为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***结构图。

图2为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的实现方法流程图。

图3为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的燃油评估方法流程图。

图4为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的配载评估方法流程图。

图5为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的起飞越障评估方法流程图。

图6为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的三维飞行计划航线评估效果图。

图7为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的二维飞行计划航迹剖面评估效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***及实现方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***包括：微型计算机A1、至少一个数据库服务器B1，其中数据库服务器B1通过数字网络L与微型计算机A1相连。

所述的微型计算机A1上安装有飞行计划评估终端；数据库服务器B1上搭载的***部件包括：飞行计划数据存储库、地形数据存储库、控制区数据存储库、气象数据存储库、飞机性能数据存储库；数字网络L为通用航空飞行服务站内部局域网络。

如图2所示，本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的实现方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)接收、存储以及管理飞行计划的S01阶段：安装在计算机A1上的通用航空飞行计划评估终端接收通过数字网络L传送来的飞行计划报文，然后进入数据库服务器B1上的飞行计划数据存储库，并通过飞行计划评估终端管理存储的飞行计划；

步骤2)飞行计划航线评估的S02阶段：从地形数据存储库中提取经、纬度和高程数据，构建三维地理模型，根据飞行计划中各航迹点经、纬度坐标及巡航高度信息计算航迹空间位置，评估计划航迹经过的管制区、报告区以及其与禁飞区的距离等信息；

步骤3)飞行计划航迹剖面评估的S03阶段：利用S02阶段构建的三维地理模型以及各航迹点经、纬度坐标，通过等分插值的方法得到计划航迹所在垂直方向的地形剖面，结合各航迹点巡航高度，绘制飞行计划航迹剖面，评估飞行计划各个阶段飞机是否与地面保持安全高度；

步骤4)飞机及飞行员适航评估的S04阶段：利用飞行计划报文中的执行航班飞机的具体情况、飞行员资质，评估飞机及飞行员是否适航；

步骤5)计划航线涉及气象评估的S05阶段：根据飞行计划报文中航线及起落机场获取与之相关的航线周边气象数据、机场实况预报数据，评估气象是否符合标准；

步骤6)飞机配载评估的S06阶段：按照飞行计划报文中提供的配载信息，计算载量是否超过最大允许的载量，即确认载量是否超标，同时按配载信息计算飞机重心位置，确认飞机重心是否在合理范围内；

步骤7)飞机燃油消耗评估的S07阶段：按照飞行计划报文中提供的机型、航线信息，计算执行飞行计划总的航行距离，参照不同机型在爬升、巡航、下降各个阶段对燃油的消耗，计算完成飞行计划所需燃油量，结合飞行计划中飞机起始飞行所搭载的燃油量，评估剩余燃油是否在安全范围内；

步骤8)跑道方向越障高度评估的S08阶段：参照飞行计划中的机型信息，确定执行计划的飞机气动模型，根据跑道方向障碍物与跑道的距离、障碍物的高度，按照最大爬升率计算飞机的越障高度是否符合安全起飞标准；

步骤9)综合评估结果的S09阶段：汇总S02-S08阶段对飞行计划的评估，包括：飞行计划航线评估、飞行计划航迹剖面评估、飞机及飞行员适航评估、计划航线涉及气象评估、飞机配载评估、飞机燃油消耗评估以及跑道方向越障高度评估，最后给出综合评估意见。

如图3所示，在步骤7)中，所述的飞机燃油消耗评估方法包括按顺序执行的下列步骤：

1)确定飞机型号：按照评估的飞行计划确定飞机型号，根据飞机型号从数据库服务器B1的飞机性能数据存储库中提取对应机型的气动模型，确定飞机在发动机启动、滑行和起飞阶段的燃油消耗F1(单位：L)；

2)确定可用燃油：按照评估的飞行计划确定可用燃油量Ft(单位：L)，此处可用燃油量不能超过该机型可装载的最大燃油量；

3)确定起、降机场海拔高度及附近温度：按照评估的飞行计划及三维地形数据存储库中三维地形数据确定起、降机场海拔高度，查看起、降机场附近气象信息，确定起、降机场附近温度；

4)判断起、降机场附近温度是否为标准温度：如果不是标准温度，则利用非标准温度修正的方法计算非标准温度对起、降段燃油消耗的影响，如果是标准温度，则无需修正直接进入下一步骤；

5)计算爬升、下降所需燃油：根据步骤3)确定的飞机在起飞和降落阶段的海拔高度变化以及步骤4)计算出的非标准温度对爬升、下降燃油消耗的修正，结合飞机气动模型及性能信息，确定飞机爬升、降落燃油消耗F2(单位：L)；

6)确定巡航高度、速度:按照评估的飞行计划确定巡航高度Hf(单位：m)和巡航速度Ff(单位：km/h)，结合飞机气动模型及性能信息，确定飞机在设定巡航高度和速度上单位时间的燃油消耗；

7)计算巡航段燃油消耗：按照巡航段各航迹点空间位置信息计算总的巡航距离，巡航距离除以巡航速度则可得到巡航段的时间，根据步骤6)确定巡航段单位时间的燃油消耗，其乘以巡航段总的时间则可得到巡航段燃油消耗F3(单位：L)；

8)评估总燃油需求：根据步骤1)至步骤7)的流程可得到总燃油消耗量F0的计算公式如下：

F0＝F1+F2+F3

如果总燃油消耗量与可用燃油量的差值在安全范围内，则确定按飞行计划执行可满足总燃油需求，否则按飞行计划执行不能满足总燃油需求。

如图4所示，在步骤6)中，所述的飞机配载评估方法包括按顺序执行的下列步骤：首先，按照飞行计划及飞机参数信息，计算与飞机相关的各项力矩，包括飞机空重力矩、乘客力矩、行李力矩、燃油力矩，计算公式如下：

(重量)*(力臂)＝(力矩)

其次，计算飞机总重量，即空重、乘客重量、行李重量以及燃油重量之和；最后，力矩之和除以总重量得到飞机重心位置，如果飞机重心在安全范围内，则按飞行计划执行的飞机配载审核通过，否则审核不通过。

如图5所示，在步骤8)中，所述的飞机越障高度评估方法包括按顺序执行的下列步骤：首先，确定跑道方向障碍物的高度以及与跑道的距离；其次，飞机按照最大爬升率起飞，计算经过障碍物上方时的越障高度；最后，判断越障高度是否大于最大安全高度，如果越障高度大于安全高度，则输出计算所得越障高度，否则给出越障安全告警信息，再输出计算所得越障高度。

图6为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的三维飞行计划航线评估效果图。首先，本发明从地形数据存储库中提取经、纬度和高程数据，构建三维地理模型，三维地形曲面如图6所示；其次，图中不同的多边形区域表示不同的信息，Z1表示报告区，Z2表示异常天气区域，Z3表示禁飞区，Z4表示管制区，Z5表示监视区；最后，根据飞行计划中各航迹点经、纬度坐标及巡航高度信息计算航迹空间位置，图中折线L1为生成的三维计划航迹，三维飞行计划航线评估主要是评估计划航迹经过的管制区、报告区、监视区，同时计算其与异常天气区、禁飞区的位置关系信息。

图7为本发明提供的适用于通用航空的飞行计划评估***的二维飞行计划航迹剖面评估效果图，图中横坐标为飞行距离(单位km)，纵坐标为高度(单位m)。首先，利用构建的三维地理模型以及各航迹点经、纬度坐标，通过高精度等分插值的方法得到计划航迹所在垂直方向的地形剖面,如图中折线②所示；其次，结合各航迹点巡航高度，绘制飞行计划航迹剖面，如图中折线①所示；最后，计算总的飞行距离，评估飞行计划各个阶段飞机是否与地面保持安全高度。

Claims (1)

1.一种适用于通用航空的飞行计划评估***的实现方法，飞行计划评估***包括：微型计算机A1、至少一个数据库服务器B1，其中数据库服务器B1通过数字网络L与微型计算机A1相连；所述的微型计算机A1上安装有飞行计划评估终端；数据库服务器B1上搭载的***部件包括：飞行计划数据存储库、地形数据存储库、控制区数据存储库、气象数据存储库、飞机性能数据存储库；数字网络L为通用航空飞行服务站内部局域网络；

其特征在于：所述的实现方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)接收、存储以及管理飞行计划的S01阶段：安装在计算机A1上的通用航空飞行计划评估终端接收通过数字网络L传送来的飞行计划报文，然后进入数据库服务器B1上的飞行计划数据存储库，并通过飞行计划评估终端管理存储的飞行计划；

步骤2)飞行计划航线评估的S02阶段：从地形数据存储库中提取经、纬度和高程数据，构建三维地理模型，根据飞行计划中各航迹点经、纬度坐标及巡航高度信息计算航迹空间位置，评估计划航迹经过的管制区、监视区、报告区以及其与禁飞区的距离信息；

步骤3)飞行计划航迹剖面评估的S03阶段：利用S02阶段构建的三维地理模型以及各航迹点经、纬度坐标，通过高精度等分插值的方法得到计划航迹所在垂直方向的地形剖面，结合各航迹点巡航高度，绘制飞行计划航迹剖面，评估飞行计划各个阶段飞机是否与地面保持安全高度；

步骤4)飞机及飞行员适航评估的S04阶段：利用飞行计划报文中的执行航班飞机的具体情况、飞行员资质，评估飞机及飞行员是否适航；

步骤5)计划航线涉及气象评估的S05阶段：根据飞行计划报文中航线及起落机场获取与之相关的航线周边气象数据、机场实况预报数据，评估气象是否符合标准；

步骤6)飞机配载评估的S06阶段：按照飞行计划报文中提供的配载信息，计算载量是否超过最大允许的载量，即确认载量是否超标，同时按配载信息计算飞机重心位置，确认飞机重心是否在合理范围内；

步骤7)飞机燃油消耗评估的S07阶段：按照飞行计划报文中提供的机型、航线信息，计算执行飞行计划总的航行距离，参照不同机型在爬升、巡航、下降各个阶段对燃油的消耗，计算完成飞行计划所需燃油量，结合飞行计划中飞机起始飞行所搭载的燃油量，评估剩余燃油是否在安全范围内；

步骤8)跑道方向越障高度评估的S08阶段：参照飞行计划中的机型信息，确定执行计划的飞机气动模型，根据跑道方向障碍物与跑道的距离、障碍物的高度，按照最大爬升率计算飞机的越障高度是否符合安全起飞标准；

步骤9)综合评估结果的S09阶段：汇总S02-S08阶段对飞行计划的评估，包括：飞行计划航线评估、飞行计划航迹剖面评估、飞机及飞行员适航评估、计划航线涉及气象评估、飞机配载评估、飞机燃油消耗评估以及跑道方向越障高度评估，最后给出综合评估意见。