[发明专利]一种基于历史航迹数据挖掘的四维航迹推测方法

权利要求书

1.一种基于历史航迹数据挖掘的四维航迹推测方法，其特征在于：包括步骤：

步骤1：根据历史飞行数据和监视数据的关联关系，获得四维航迹信息，历史航迹信息包括：航班号、时间、经纬度坐标、高度、速度；

步骤2：依据步骤1处理后的数据构建航空器历史四维航迹模型，包括将飞机的历史航迹在垂直面内和水平面内进行分解，把航迹分解成垂直航迹剖面、水平航迹剖面和速度剖面；

步骤3：对起飞爬升阶段历史航迹的高度、速度变化进行线性和非线性拟合；

步骤4：对平飞阶段历史航迹的高度、速度变化进行线性和非线性拟合；

步骤5：对下降进场阶段历史航迹的高度、速度变化进行线性和非线性拟合；

步骤6：历史飞行计划中的航路点构成的计划的水平航迹与历史航迹数据中的经纬度点连接构成的真实水平航迹点进行对比分析，航空器沿着计划航路飞行，但并不在航路中心线上，为了保障安全性，航空器会在航路中心线一侧偏置飞行；

步骤7，根据所述步骤3、4、5和6的分析结果，建立航迹推测垂直剖面模型、水平剖面模型和速度剖面模型，使用该模型推测航空器飞行过程中速度、高度、水平航迹随时间的变化情况；

所述垂直剖面模型为

其中，t为时间，h为高度，h_cruise为巡航高度，t_dep、t_arr、t_toc、t_tod分别为起飞时间、降落时间、爬升到最高点的时间、巡航阶段开始下降的时间；

步骤7中所述水平剖面模型为，设飞行计划中相邻两个航点为A′₁(x₁,y₁)、A′₂(x₂,y₂)，右偏置距离为d，航向为α，则航空器通过的航路点分别为A₁(x₁+d sinα,y₁-d cosα)，A₂(x₂+dsinα,y₂-d cosα)，其中，航路飞行距离为两个航路点之间的距离；

步骤7中所述速度剖面模型为

其中，t为时间，v为速度，v_cruise为巡航速度，t_dep、t_arr、t_toc、t_tod分别为起飞时间、降落时间、爬升到最高点的时间、巡航阶段开始下降的时间。

2.根据权利要求1所述的基于历史航迹数据挖掘的四维航迹推测方法，其特征在于，步骤3中所述对起飞爬升阶段历史航迹的高度、速度变化进行线性和非线性拟合，是指航空器起飞爬升阶段高度随着时间的变化采用Boltzmann分布函数拟合，速度随着时间的变化采用Logistic分布函数拟合。

3.根据权利要求1所述的基于历史航迹数据挖掘的四维航迹推测方法，其特征在于，步骤5中所述对下降进场阶段历史航迹的高度、速度变化进行线性和非线性拟合，是指航空器下降进场阶段高度随着时间的变化采用Boltzmann分布函数拟合，速度随着时间的变化采用Logistic分布函数拟合。

4.根据权利要求2或3所述的基于历史航迹数据挖掘的四维航迹推测方法，其特征在于，所述Boltzmann函数为

其中，x为时间，x₀为x的中间值，dx为时间常数，y为航空器高度，A₁、A₂分别为高度值的初始值与最终值；

所述Logistic函数为

其中，x为时间，x₀为x的中间值，y为航空器速度，p为常量，A₁、A₂分别为速度的初始值与最终值。

5.根据权利要求1所述的基于历史航迹数据挖掘的四维航迹推测方法，其特征在于：步骤4中所述对平飞阶段历史航迹的高度、速度变化进行线性和非线性拟合，是指平飞阶段速度的变化采用Gauss分布函数拟合，平飞阶段高度的变化与航空器飞行时间正相关，长途航班使用高的巡航高度，中短途航线使用较低的高度层。