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CN113284372A - 一种航空器运行所需空间利用权评价方法 - Google Patents

一种航空器运行所需空间利用权评价方法 Download PDF

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CN113284372A CN202110766789.1A CN202110766789A CN113284372A CN 113284372 A CN113284372 A CN 113284372A CN 202110766789 A CN202110766789 A CN 202110766789A CN 113284372 A CN113284372 A CN 113284372A
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谢智辉
张宇
王志
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Civil Aviation Management Institute Of China
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Civil Aviation Management Institute Of China
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Abstract

本发明公开了一种航空器运行所需空间利用权评价方法，所述方法包括：定义航空器运行所需空间利用权的概念，并提出具体实施方法包括空间利用权保护区的划分、航空器空间利用权优先级确定、飞行冲突管理流程优化三部分组成。其中，对于空间利用权保护区划分与航空器空间利用权优先级确定这两部分，枚举它们的影响因素，对提取后的影响因素进行权重分配与等级划分，并带入评估公式，得到相应的评价指标。结合航空器运行所需空间利用权概念提出优化后的飞行冲突管理流程。基于本发明提供的方法及系统，能够有效地加强飞行冲突管理、提升空域使用效率、促进多种航空器融合运行。

Description

一种航空器运行所需空间利用权评价方法
技术领域
本发明涉及航空器运行所需空间利用权评价方法，更具体地，涉及一种航空器运行所需空间利用权概念建立、评估流程及飞行冲突管理流程优化。
背景技术
在物权法上，空间是指土地上下一定范围的立体位置。对空间所享有的支配和利用的权利就是空间权。传统的空间权以地表上下的空中和地中空间一定范围为客体，是基于权利人对于土地的使用权和建筑物的所有权或者使用权而存在，因而构成物权法中的用益物权。这种情景下的空间利用权是仅针对土地表面之上或之下的空间而设立的权利，没有涉及航空器等交通工具运行所需空间利用权的管理。对权利人所负责控制的航空器而言，为顺利实施运行，也需要权利人享有相应的空间使用权利。如果能在传统的空间权基础上，建立航空器运行所需空间利用权的概念将有助于相关权利关系的明确。在此概念基础上建立相应的空间保护区可以将该空间利用权的空间范围进一步明确。
在目前传统的空中交通管理模式下，并没有空间利用权和相应保护区的概念。因此，为了加强飞行冲突管理、提升空域使用效率、支撑多种航空器融合运行，建立航空器运行所需空间利用权概念及空间利用权评价方法需求迫切。
发明内容
本发明技术方案提供一种航空器运行所需空间利用权评价方法，以解决当前的航空器运行面临的冲突管理非智能、空域使用效率低等问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种航空器运行所需空间利用权评价方法，所述方法包括：
所述航空器运行所需空间利用权的概念定义为：为保证航空器运行安全和效率，权利人对特定空间所享有的排他的利用权。
优选地，空间利用权根据航空器的运行需求而设置，并随航空器移动而移动，处在相对动态的变化状态；此利用权是在运行空间管理部门允许该航空器按照飞行计划和相关管理要求的条件下，权利人对航空器运行所需空间享有的利用权。此空间利用权的权利人是使用该空间航空器的实际运行控制人，可以是法人或者是自然人。
根据航空器运行所需空间利用权的概念，分析得到航空器运行所需空间利用权具有特征包括：
多维性：航空运行所需空间利用权既包含空间维度也包含时间维度。
动态性：由于运行中的航空器是处于运动状态之中，因此航空器运行所需空间利用权是伴随航空器运行而不断变化的空域空间和时间范围。当航空器处于一段时间的悬停等状态时，航空器的所需空间利用权处于相对静态的状态；当航空器处于持续运动状态时，该航空器的所需空间利用权则处于相对动态的状态，并且其大小与形状与运动的速度、加速度等矢量相关。
协调性：航空器运行所需空间利用权是围绕航空器运行性质来确定的权利。当权利需求发生冲突时，物权分配机制与冲突协调解决机制启动。
基于航空器运行所需空间利用权的飞行冲突管理方法，具体包括：空间利用权保护区的划分、航空器空间利用权优先级的确定、飞行冲突管理流程的优化。
划分飞行器空间利用权保护区为三层结构，最外层为感知空间，中间层为告警空间，最内层为避让空间层。
优选地，所述的保护区最外层是航空器具备感知附近物体能力的区域，特别是能感知正在接近的入侵物体(如航空器)，该区域为航空器的安全运行提供了感知周围航空器等物体状态的空间；
优选地，所述的中间层是告警空间，针对入侵并持续接近的物体，它为航空器提供了告警所需的空间；
优选地，所述的保护区的最内层为航空器避免与侵入物体碰撞而采取避让措施所需的避让空间，避让空间内航空器可以实施不同方式的避让。
不同航空器的空间利用权保护区范围不同。对具体的每一架航空器而言，其空间利用权保护区大小取决多方面的因素。影响空间利用权保护区范围的因素有：航空器自身的导航性能、航空器的机动能力、航空器自身的机重、航空器的速度、航空器的任务属性等。
对枚举的空间利用权保护区影响因素进行等级划分，并对不同等级的影响因素进行赋值，所述影响因素赋值采用如下方式：对评价等级为Ⅰ级的影响因素赋值为1；对评价等级为Ⅱ级的影响因素赋值为2；对评价等级为Ⅲ级的影响因素赋值为3。
计算空间利用权保护区评价指标，采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003152031010000041
其中Ei为不同影响因素的赋值大小，Pi为第i个影响因素对应的权重。
对于计算的评估指标α∈[3,2.5]为A类飞行所需空间，即LD>20LW>50LA；对于计算的评估指标α∈(2.5,2]为B类飞行所需空间，即LD>10LW>25LA；对于计算的评估指标α∈(2,1]为C类飞行所需空间，即LD>5LW>10LA。
当为不同航空器都建立了空间利用权保护区后，在航空器之间相互接近时，保护区之间有可能发生冲突，确定航空器空间利用权之间的优先级从而化解冲突的发生。
所述航空器空间利用权优先级的确定应考虑所执行的任务属性、载人数量、机动能力、应急迫降能力。
对枚举的航空器空间利用权优先级影响因素进行等级划分，并对不同等级的影响因素进行赋值，所述影响因素赋值采用如下方式：对评价等级为Ⅰ级的影响因素赋值为1；对评价等级为Ⅱ级的影响因素赋值为2；对评价等级为Ⅲ级的影响因素赋值为3。
计算航空器空间利用权优先级评价指标，采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003152031010000042
其中Fj为不同影响因素的赋值大小，Qj为第j个影响因素对应的权重。
对于计算的评估指标β∈[3,2.5]为优先飞行级别；对于计算的评估指标β∈(2.5,2]为一般优先飞行级别；对于计算的评估指标β∈(2,1]为非优先飞行级别。
基于本发明的另一方面，提供一种飞行冲突管理优化流程，所述流程包括：在制定飞行计划的环节，通过对电子飞行计划的大数据分析，实现对潜在飞行冲突的预测，并通过调整飞行计划来避免冲突；在飞行运行期间，由于任务改变或者其他原因造成未按照计划实施而引发新的飞行冲突，则通过系统的自动分析提供飞行计划的调整方案，由人工或系统决策并执行；如果实际运行中发生了航空器之间的相互接近，借助空间利用权保护区的概念，结合探测技术不仅可以实现对航空器冲突的告警，还可以根据冲突的紧急程度，采取必要的避让措施；在特别紧急的情况下，优先级低的航空器甚至可以采取自降或自损的方式来避让优先级高的航空器。
说明书附图
图1为本发明所提供的航空器运行所需空间利用权保护区示意图。
图2为本发明所提供的飞行冲突管理优化流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
为解决当前航空器运行面临的冲突管理非智能、空域使用效率低的问题，本发明提供一种航空器运行所需空间利用权评价方法，通过对空间利用权概念的定义，以及空间利用权保护区的划分和航空器优先级的确定，形成飞行冲突管理优化流程。
所述航空器运行所需空间利用权的概念定义为：为保证航空器运行安全和效率，权利人对特定空间所享有的排他的利用权。航空器运行所需空间利用权具有多维性、动态性以及协调性的特征。
图1为本发明所提供的航空器运行所需空间利用权保护区示意图。空间利用权保护区的设计可以将空间分为三层：感知空间、告警空间、避让空间。保护区的最外层是航空器具备感知附近物体能力的区域，特别是能感知正在接近的入侵物体(如航空器)，这为航空器的安全运行提供了感知周围航空器等物体状态的空间。在感知空间之内是告警空间，针对入侵并持续接近的物体，它为航空器提供了告警所需的空间。保护区的最内层为航空器避免与侵入物体碰撞而采取避让措施所需的避让空间。在告警空间之内是避让空间，避让空间内航空器可以实施不同方式的避让，例如通过航空器系统或空管系统的提示由驾驶员人工操作航空器实现避让，或者由航空器的避撞系统或空管系统计算机的计算结果指令航空器自动驾驶实现避让。
其中，避让空间是航空器行使所需空域利用权的核心区域，权利人对此应享有排他的权利。当这一权利被侵犯时，航空器将面临直接的安全风险，需要采取避让措施才能缓解风险。告警空间和感知空间对该航空器不具有排他的属性，但为航空器提供了感知其他入侵物体能力范围，也提供了面对其他接近物体的告警空间，是航空器行使所需空间利用权的分级保障。
不同航空器的空间利用权保护区范围不同。对具体的每一架航空器而言，其空间利用权保护区大小取决多方面的因素。影响空间利用权保护区范围的因素有：航空器自身的导航性能、航空器的机动能力、航空器自身的机重、航空器的速度、航空器的任务属性等。
对枚举的空间利用权保护区影响因素进行等级划分与权重分配，并对不同等级的影响因素进行赋值，所述影响因素赋值采用如下方式：对评价等级为Ⅰ级的影响因素赋值为1；对评价等级为Ⅱ级的影响因素赋值为2；对评价等级为Ⅲ级的影响因素赋值为3。以无人驾驶航空器影响因素具体描述与赋值如下：
Figure BDA0003152031010000071
计算空间利用权保护区评价指标，采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003152031010000072
其中Ei为不同影响因素的赋值大小，Pi为第i个影响因素对应的权重。
对于计算的评估指标α∈[3,2.5]为A类飞行所需空间，即LD>20LW>50LA；对于计算的评估指标α∈(2.5,2]为B类飞行所需空间，即LD>10LW>25LA；对于计算的评估指标α∈(2,1]为C类飞行所需空间，即LD>5LW>10LA。
当为不同航空器都建立了空间利用权保护区后，在航空器之间相互接近时，保护区之间有可能发生冲突，确定航空器空间利用权之间的优先级从而化解冲突的发生。
所述航空器空间利用权优先级的确定应考虑所执行的任务属性、载人数量、机动能力、应急迫降能力。
对枚举的航空器空间利用权优先级影响因素进行等级划分，并对不同等级的影响因素进行赋值，所述影响因素赋值采用如下方式：对评价等级为Ⅰ级的影响因素赋值为1；对评价等级为Ⅱ级的影响因素赋值为2；对评价等级为Ⅲ级的影响因素赋值为3。以无人驾驶航空器影响因素具体描述与赋值如下：
Figure BDA0003152031010000081
Figure BDA0003152031010000091
计算航空器空间利用权优先级评价指标，采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003152031010000092
其中Fj为不同影响因素的赋值大小，Qj为第j个影响因素对应的权重。
对于计算的评估指标β∈[3,2.5]为优先飞行级别；对于计算的评估指标β∈(2.5,2]为一般优先飞行级别；对于计算的评估指标β∈(2,1]为非优先飞行级别。
引入空间利用权保护区的概念可以在战术层面在灵活使用空域资源的同时保障航空器所需的探测和避让能力、提升整个运行系统冲突管理的能力，还将自下而上影响战略层面管理冲突的理念和方法。
首先，在制定飞行计划的环节，通过对电子飞行计划的大数据分析，实现对潜在飞行冲突的预测，并通过调整飞行计划来避免冲突。其次，在飞行运行期间，由于任务改变或者其他原因造成未按照计划实施而引发新的飞行冲突，则通过系统的自动分析提供飞行计划的调整方案，由人工或系统决策并执行。最后，如果实际运行中发生了航空器之间的相互接近，借助空间利用权保护区的概念，结合探测技术不仅可以实现对航空器冲突的告警，还可以根据冲突的紧急程度，采取必要的避让措施(见图2)；在特别紧急的情况下，优先级低的航空器(如小型无人驾驶航空器)甚至可以采取自降(自动降落)或自损(例如超出结构限制的机动动作、主动破坏机体结构等)的方式来避让优先级高的航空器(如有人驾驶航空器)。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种航空器运行所需空间利用权评价方法，其特征在于：该方法具体包括空间利用权保护区的划分、航空器空间利用权优先级的确定、飞行冲突管理流程的优化；
所述空间利用权保护区的划分包括：感知空间LD、告警空间LW、避让空间LA；
不同航空器的空间利用权保护区范围不同；对每一架航空器而言，影响空间利用权保护区范围的因素有：航空器自身的导航性能、航空器的机动能力、航空器自身的机重、航空器的速度、航空器的任务属性；
对枚举的空间利用权保护区影响因素进行等级划分，并对不同等级的影响因素进行赋值，所述影响因素赋值采用如下方式：对评价等级为Ⅰ级的影响因素赋值为1；对评价等级为Ⅱ级的影响因素赋值为2；对评价等级为Ⅲ级的影响因素赋值为3；
所述航空器空间利用权优先级的确定考虑所执行的任务属性、载人数量、机动能力、应急迫降能力；
对枚举的航空器空间利用权优先级影响因素进行等级划分，并对不同等级的影响因素进行赋值，所述影响因素赋值采用如下方式：对评价等级为Ⅰ级的影响因素赋值为1；对评价等级为Ⅱ级的影响因素赋值为2；对评价等级为Ⅲ级的影响因素赋值为3；
飞行冲突管理流程优化，具体包括：基于航空器的探测感知模块与权力要求3中所述的空间利用权保护区评价指标，如发现有航空器侵入警告区，则发出警告，如进一步发现有航空器进入避让区，则判断冲突一方是否有无人驾驶航空器，并采取机动飞行方式避让，若机动飞行方式不能避免冲突，则根据所述的航空器空间利用权优先级评价指标中优先级较低的无人驾驶航空器以自降或自损的方式避让，提升空域资源利用水平和精细化管理水平得到。
2.根据权利要求1所述的一种航空器运行所需空间利用权评价方法，其特征在于：计算空间利用权保护区评价指标，采用如下公式进行计算：
Figure FDA0003152031000000021
其中Ei为不同影响因素的赋值大小，Pi为第i个影响因素对应的权重；
对于计算的评估指标α∈[3,2.5]为A类飞行所需空间，即LD>20LW>50LA；对于计算的评估指标α∈(2.5,2]为B类飞行所需空间，即LD>10LW>25LA；对于计算的评估指标α∈(2,1]为C类飞行所需空间，即LD>5LW>10LA。
3.根据权利要求1所述的一种航空器运行所需空间利用权评价方法，其特征在于：计算航空器空间利用权优先级评价指标，采用如下公式进行计算：
Figure FDA0003152031000000022
其中Ej为不同影响因素的赋值大小，Pj为第j个影响因素对应的权重；
对于计算的评估指标β∈[3,2.5]为优先飞行级别；对于计算的评估指标β∈(2.5,2]为一般优先飞行级别；对于计算的评估指标β∈(2,1]为非优先飞行级别。
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