[发明专利]一种基于数字孪生的航迹实时监视方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的航迹实时监视方法及系统，所述方法包括如下步骤：通过数字孪生模型，进行航迹动态数据的实时采集；通过自适应时间序列模型结合计划航迹对航迹数据进行处理，实现航迹预测并通过遗忘因子修正预测的精度；通过统计学建立偏航判断条件，结合预测航迹，输出航迹实时监测结果。本发明可以修正补偿航迹，降低飞机的偏航率，并利用地面端空管系统计算，节约了飞机管理系统上的计算资源。

技术领域

本发明属于航电综合监视系统领域，具体涉及一种基于数字孪生的航迹实时监视方法及系统。

背景技术

航迹实时监视不仅能够监测飞机是否按照计划航线飞行，偏离航线时及时告警，还能在客观条件发生变化时，辅助飞行管理系统决策，选择更优的航线。2022年中国民用航空局发布的《智慧民航建设路线图》中提出要提升航空器飞行精细管理，要完成飞行态势推演、信息共享的关键技术突破，升级偏航等预警告警功能，推进飞行过程的精准控制，搭建航班运行数字孪生环境等。航迹实时监视是实现以上关键技术的前提保障，是确保飞机飞行安全、高效运行的重要手段之一。

传统的航迹监视自动化系统主要功能集中在监视飞机是否按照指令飞行，并提供一定的偏航告警，以及后期统计数据分析偏航分布特点等，由于精度和实时处理能力的欠缺，现有系统难以满足智慧民航的新需求，如何建立更有效的航迹监视方法和系统近年来也受到行业和学术机构的关注。

文献《空地协同的空域监视新技术》利用机器学习技术来监视航迹，请民航专家对某一条航线上的大量历史航迹数据分类，筛选出最优轨迹集合，让计算机学习最优轨迹数据，之后对新的飞行数据进行识别，监视其航迹是否满足要求。这种方法无法对新的航线进行监测，并且针对不同机型需要反复试验将参数调整为最优状态，工作量庞大。

文献《Time-of-Arrival Taxi Conformance Monitoring for SurfaceOperations》利用航空动力学的方法来预测短期的航迹，再通过蒙特卡洛仿真得到多条可能的航迹，通过判断偏离的航迹比例，得到可能偏航的概率。但是此方法不仅参数太多，计算复杂度大，而且没有考虑气象数据等外界环境影响，所以单纯的航迹预测算法在实际应用中将受到很多制约。

文献《Analyzing Conformance Monitoring in Air Traffic Control UsingFault Detection ApproachesOperational Data》是利用故障检测的方法进行航迹监视，将飞机运行的航迹信息与模型系统的先验信息相比较，得到系统残差，再对残差进行分析以检测故障。此方法计算速度快，能够得到较为准确的判断，但是并没有提供预测手段，尚不能为综合监视系统提供完整的辅助参考。

综上所述，现有的航迹监视研究主要存在两个问题：一是没有提前预测航迹的偏离，无法实现实时监视修正航迹的目的，二是将问题转化为单纯的航迹预测，预测模型不完善，计算复杂度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于数字孪生的航迹实时监视方法及系统。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于数字孪生的航迹实时监视方法，所述方法包括如下步骤：

S1：通过数字孪生模型，进行航迹动态数据的实时采集；

S2：通过自适应时间序列模型结合计划航迹对航迹数据进行处理，实现航迹预测并通过遗忘因子修正预测的精度；

S3：通过统计学建立偏航判断条件，结合预测航迹，输出航迹实时监测结果。

优选地，所述S1中数字孪生模型是在虚拟空间建立的高仿真的数字化航迹实时监视模型，通过数据实时传输，实现航迹实时监视，实时采集飞机运行数据、气象数据、环境数据，并有效整合，形成数据协同。