空中交通要求預測的製作方法

2023-04-28 02:14:26

專利名稱：空中交通要求預測的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及空中交通管制，特別涉及預測空域要求(demand )。
技術背景航空共同體(community)面臨著不斷增加的飛行延遲、安全關心和航線 成本。例如聯邦航空局(FAA)、航空公司(airline )、和運輸安全局 (Transportation Security Agency) 等產業風險承擔者 (industry stakeholder)在分層屬地(dependency)的複雜實施環境中操作，使得空中 交通管理啟動項目(initiative)結果難以預測。因而，日益重要的是更詳 細地並且進一步預先計劃空中交通啟動項目，以^使可以更有效地管理得國家 空域系統。制定更加強調交通戰略管理的空中交通系統的 一個關鍵要求是在 不同空域中精確預測空中交通要求。示例地將所管制的空域細分成多個區段(sector),並且通常單個空中交 通管制員負責在特定區段中管制空中交通。在關心的時間段內預期在特定區 段中的飛行數量為對該區段的要求。因為可以合理地預期一個空中交通管制 員在其負責的區段中僅監測並指揮有限數量的同時飛行(例如10-15個飛 行)，所以希望確定管制空域區段中的預期要求和未來某時刻將具有預期要求 的單個飛行請求的影響，使得可以適當地指揮空域中的飛行以幫助保持空域 區段內的飛行的預期數量在可管理等級內。當前有限數量的系統和方法已應 用於空中交通要求預測的問題。這種系統的一個示例為FAA的增強空中交通 管理系統(ETMS)。然而，為了有效預測空中交通要求，這些方法和系統中許 多都不夠精確，特別是在非標準環境下，例如對流天氣狀況下。發明內容因此，本發明提供了具有改進的區段水平面(level )要求預測的空域要 求預測系統和方法，使空中交通管制員能荻得更平滑和更迅速的空中交通流。 在這點上，通過使用例如飛行路徑聚類(flight path clustering )、基於情況的路線選擇以及使用時間推理(temporal reasoning)技術的關於出發和 區段交叉次數的預測等有利技術來實現改進的區段水平面空中交通要求預 測。通過使用這些高級技術，可以獲得在執行類似空中交通要求預測功能的 現有系統上精確度的增加。例如，通過對更大的歷史數據集合應用幾何聚類 技術，根據本發明的空中交通要求預測可以更加精確，並且通過應用例如時 間推理等時間預測技術，利用了對於空中交通要求預測的概率方法。根據本發明的一個方面， 一種空中交通要求預測系統包括擴展路線預測 器、軌跡模型器、區段交叉預測器、出發時間預測器和要求模型器。該空中 交通要求預測系統可以在劃分成區段的空域內預測要求。擴展路線預測器操作以產生與 一個或多個飛行關聯的預測的二維擴展路 線信息。各請求飛行具有關聯的出發位置和關聯的目的位置。目的和出發位 置示例地為機場，儘管它們可能是飛機跑道、降落場，或者其它固定或活動 的位置，飛機、直升飛機、飛艇和其它飛行器可以從這些地方起飛和降落。 預測的二維擴展路線信息可以包括地理位置方位，地理位置方位定義了在其 關聯的出發位置和其關聯的目的位置之間的每一請求飛行預期要飛行的路 線。為了生成該擴展路線信息，擴展路線預測器可以接收歷史數據、幾何聚 類數據以及飛行信息參數，歷史數據包括有關於相應於一次或多次請求飛行 的一次或多次飛行先前完成的實例的信息，幾何聚類數據由關於在與該一次 或多次請求飛行相關的出發位置和目的位置相同的出發位置和目的位置之間 的先前完成的飛行的信息獲得，飛行信息參數與該一次或多次請求飛行相關。 在這點上，空中交通要求預測系統可以包括時間表檢索器，時間表檢索器用 於檢索包括與請求飛行相關的飛行信息參數的飛行時間表。軌跡模型器接收該預測的二維擴展路線信息並用於生成與請求飛行關聯 的預測的四維擴展路線信息。在這點上，預測的四維擴展路線信息可以包括 地理位置方位，該地理位置方位定義了每一請求飛行在其出發位置和其目的 位置之間的預期飛行路線、與地理位置方位關聯的高度、以及與地理位置方 位關聯的時間。除接收預測的二維擴展路線信息外，軌跡模型器也接收與請 求飛行關聯的預期的巡航速度和巡航高度信息。區段交叉預測器接收預測的四維擴展路線信息並可以生成與請求飛行關 聯的預測區段交叉信息。預測區段交叉信息包括請求飛行從空域的一個區段和空域的另 一個區段交叉的時間。空中交通要求預測系統也可以包括響應過濾器。響應過濾器從區段交叉 預測器接收預測區段交叉信息並可以過濾該預測區段交叉信息從而獲得過濾 的預測區段交叉信息。過濾的預測區段交叉信息可以被要求模型器用作預測 出發時間信息以得到預測時間間隔。出發時間預測器可以生成預測與請求飛行關聯的出發時間信息。在這點 上，出發時間預測器可以接收歷史出發延遲信息，根據該歷史出發延遲信息 可以得到預測出發時間信息。該歷史出發延遲信息可以包括相應於與請求飛 行一次或多次飛行的先前所有情況相關的信息。要求模型器可以生成要求模型。在這點上，要求模型包括與請求飛行關 聯的預測時間間隔，它指示了請求飛行預期什麼時候出現在空域一個或更多 區段中。要求模型器至少由預測區段交叉信息(或當空中交通要求預測系統 包括響應過濾器時由過濾的預測區段交叉信息)和預測出發時間信息得到預 測時間間隔。為促進包括在要求模型中信息的利用，空中交通要求預測系統可以進一步地包括要求模型接口 ( interface )。要求模型接口可以將要求模型呈現給 空中交通要求系統的用戶(例如空中交通管制員)從而得以利用並與之相互 作用。在這點上，要求模型接口可以包括在顯示裝置上可顯示的圖形用戶界 面。在一個實施例中，要求模型器包括圖形生成器。圖形生成器接收預測區 段交叉信息和預測出發時間信息並可以生成相應於空域每一 區段的時間約束 圖形，沿每一請求飛行在其出發位置和其目的位置之間預期飛行路線關聯的 每一請求飛行進入或離開該空域每一 區段。每一時間約束圖形由預測區段交 叉信息和預測出發時間信息得到並表現出與每一請求飛行關聯的預測時間間 隔，該間隔指示了每一請求飛行預期什麼時候在相應於該圖形的空域區段內。空中交通要求預測系統可以包括在航交通檢索器。在航交通檢索器接收 與請求飛行的在航數據並可以提供與使用在航數據請求飛行關聯的更新的在 航信息。更新的在航信息輸入到軌跡模型器以獲得相應於關聯在航數據的四 維擴展路線信息。在本發明的另 一方面中，被劃分成區段的空域中的預測空中交通要求的 方法包括為該空域中一次或多次請求飛行執行擴展路線預測，利用擴展路線預測對請求飛行執行時間擁塞預測，為請求飛行l丸行出發預測，以及生成基 於時間擁塞預測和出發預測結果的要求模型。每一請求飛行具有關聯出發位 置和關聯目的位置，並且目的和出發位置可以是例如機場、飛機跑道、降落 場、或者其它固定或活動位置等，從這些地方飛機、直升飛機、飛艇和其它 飛行器可以起飛和降落。所生成的要求模型包括與每一請求飛行關聯的預測 時間間隔，它指示了每一請求飛行在其關聯的出發位置到其關聯的目的位置 的路線上預期什麼時候進入或離開從而出現在空域的一個或更多的區段中。執行路線預測的步驟可以包括檢索(retrieve)與請求飛行關聯的飛行 信息參數，檢索包括關於與請求飛行一次或多次飛行的相應的先前完成的一 次或多次飛行示例的信息的歷史數據，；險索由關於在與該一次或多次請求飛 行相關的出發位置和目的位置相同的出發位置和目的位置之間的先前完成的 飛行的信息而獲得的幾何聚類數據，並且生成包括定義了每一請求飛行預期 飛行路線的地理位置方位的預測二維擴展路線信息。在這點上，該方法可以 進一步包括利用包括與請求飛行相關的飛行信息參數的飛行時間表的步驟。執行時間擁塞預測的步驟可以包括接收預測二維擴展路線信息，生成預 測四維擴展路線信息，以及生成包括請求飛行預期什麼時候從空域的一個區 段交叉到空域的另 一個區段中的時間的預測區段交叉信息。四維擴展路線信 息可以包括定義了每一請求飛行在其出發位置和其目的位置之間預期飛行路 線的地理位置方位，與地理位置方位關聯的高度，以及與地理位置方位關聯 的時間。執行時間擁塞預測的步驟可以進一步包括接收更新的與請求飛行關 聯的在航信息並且使用該更新的在航信息以獲得與在航信息關聯的四維擴展 路線信息。執行時間擁塞預測的步驟也可以進一步包括接收與請求飛行關聯 的預期巡航速度和巡航高度信息，這些信息與其它所接收信息一起使用以產 生預測四維擴展路線信息並生成預測區段交叉信息。執行出發時間預測的步驟可以包括檢索與請求飛行關聯的飛行信息參 數，查詢歷史出發延遲信息以識別先前具有類似於請求飛行的飛行信息參數 的飛行信息參數的一次或多次飛行的所有情況，以及基於所識別的先前一次 或多次飛行的所有情況為每一請求飛行生成延遲分布。生成要求模型的步驟可以包括生成相應於空域每一 區段的時間約束圖 形，每一請求飛行在其出發位置和其目的位置之間連同關聯的預期飛行路線 飛行的每一請求飛行進入或離開該空域。在這點上，每一時間約束圖形由預測區段交叉信息和預測出發時間信息得到並且代表與每一請求飛行關聯的預 測時間間隔以指示每一請求飛行相應於該圖形預期什麼時候出現在空域該區 段中。預測空中交通要求的方法也可以包括在生成要求模型步驟之前過濾時間 擁塞預測的結果。在這點上，在生成要求模型步驟中，預測時間間隔可以由 出發預測的結果和時間擁塞預測的過濾結果得到。預測空中交通要求的該方法可以進一步包括輸出要求模型到 一個或多個 作為指揮空域中空中交通根據的個體。在這點上，輸出步驟可以包括在顯示裝置上以圖形用戶界面方式顯示要求模型參數。本發明的這些以及其它方面和優點將與附圖 一起通過下述詳細描述而得 以更加明顯。


為了更完整地理解本發明及其進一步的優點，現在結合附圖來參考以下 的i羊細描述。圖1是空中交通要求預測系統的一個實施例的框圖；圖2是基於情況(case-based)的檢索過程的一個實施例的圖示；圖3是描述從舊金山到芝加哥0， Hare的示例完整飛行路線的聚類的曲線圖；圖4是出發延遲預測過程的一個實施例的圖示； 圖5A是圖形生成過程的一個實施例的圖示； 圖5B是示出示例時間約束圖形的曲線圖； 圖6描述了由圖形生成過程獲得的示例解決方案；以及 圖7描述了空中交通要求預測系統的要求模型接口的圖形用戶界面的一 個實施例。
具體實施方式
圖1示出了空中交通要求預測系統10的一個實施例。空中交通要求預測 系統10分析一格或多個請求的飛行以確定請求飛行對於在關心的時間期間 管制的空域的各個區段中請求飛行對於要求的影響。空中交通要求預測系統10包括時間表檢索元件12、擴展路線預測元件14、軌跡模型元件16、區段交叉元件18、在航交通檢索元件20、出發時間 預測元件22、響應過濾器元件24、和圖形生成元件26。這些元件12-26在 此也可以指時間表檢索器12、擴展路線預測器、軌跡模型器、區段交叉預測 器18、在航交通檢索器20、出發時間預測器22、響應過濾器24、和圖形生 成器26。在本實施例中，空中交通要求預測系統10的不同元件12-26由可 被一個或多個處理器執行的軟體指令來實現。在其它實施例中，空中交通要 求預測系統的一個或多個元件12-26可以替代軟體的硬體或可編程邏輯(例 如場可編程門陣列等)來實現。使用不同輸入，空中交通要求預測系統10的元件12-26生成要求模型 28。將要求模型28提供到要求模型接口 30以代表給空中交通要求系統10的 用戶並供其利用。在這點上，要求模型接口 30可以是可顯示在例如電腦顯示 器的顯示裝置上的圖形用戶界面(GUI)。在這點上，要求模型接口 30可以通 過一個或多個處理器可執行軟體指令來執行。在其它實施例中，要求模型接編程門陣列等)來實現。操作時間表檢索元件12以檢索飛行時間表32。時間表;f全索元件l2可以 通過結合包括從不同航空公司和包機服務可得到的出版的飛行時間表(例如 官方航線指南，OAG)的不同信息源來檢索飛行時間表32。飛行時間表32包 括與在關心的時間段期間內預定出發的一個或多個飛行相關的飛行信息。在 這點上，飛行時間表32中的飛行信息可以包括時間表32中每一飛行的例如 航線、飛機類型、預定出發時間、出發機場和目的機場等。通常，所關心的時 間段可以是在未來任何時間開始的任何期望長度的時間區塊。但是，在一個 實施例中，所關心的時間段為開始在未來十五小時後的一小時時間段。所關 心的對間段的持續時間和/或該時間段開始的時間可以被固定在空中交通管 理系統10中或者基於例如在啟動空中交通要求預測系統IO期間用戶選擇的 偏好和/或在系統10運轉期間用戶輸入等而可變。一旦為所關心的時間段創建了飛行時間表32，則可以從飛行時間表32 中選擇飛行請求34以隨後被空中交通要求預測系統10處理。飛行請求34在 此也可以關聯於請求飛行34。將來自飛行時間表32、對於請求飛行34的飛 行信息輸入到擴展路線預測元件14。此外，可以將與請求飛行32相關的進 一步信息58輸入到軌跡模型元件16。對軌跡模型元件16具有特殊重要性的是飛行請求32的巡航速度和巡航高度。這些附加信息(例如巡航速度、巡航高度)58可以通過根據歷史數據和/或預測算法的時間表檢索元件12而與包 括在時間表32中的飛行相關。擴展路線預測元件14接收飛行請求34的飛行信息、以及相關於空中交 通路線的幾何聚類數據36和相關於空中交通路線的歷史數據38。歷史數據 38包括描述從出發機場到目的機場的完整的飛行所採用的單個飛行路徑的信 息。該信息可以包括由例如與單個飛行路徑的不同分段相關的綽度和經度(綽 度/經度點)所指定的地理位置方位。幾何聚類數據36包括描述從出發機場 到目的機場的完整的飛行所採用的類似單個飛行路徑的平均值或其它信息組 合。在這點上，可以從如關於圖3所描述的歷史數據38獲得幾何聚類數據 36。由於歷史數據38和可用的幾何聚類數據36可與在不同的出發和/或目的 機場之間的完整的飛行相關而不是與飛行請求34相關的飛行信息中的那些 飛行相關，所以所有歷史數據38和可用的幾何聚類數據36可以不必與正在 處理中的特定飛行請求34相關。在這點上，如同在正處理的飛行請求34相 關的飛行信息中，只有與在相同的出發和目的機場之間飛行相關的歷史數據 38和幾何聚類數據36可被從歷史數據38和幾何聚類數據36中選出，以輸 入到擴展路線預測元件14。例如，如果請求飛行34始於舊金山並目的地為 芝加哥0， Hare,然後可將相關於從舊金山到芝加哥0' Hare完整的飛行的 歷史數據38和幾何聚類數據36選做相關數據，以輸入到擴展路線預測元件 14。使用飛行請求34的飛行信息，相關聚類數據36和相關歷史數據38作為 輸入，操作擴展路線預測元件14生成與飛行請求34相關的預測二維擴展路 線信息(預測ER2d) 40。在這點上，與飛行請求34相關的預測ER2d40包括 預測的地理位置方位(例如綿度/經度點)，該預測地理位置方位定義了請求 飛行34從其出發機場到其目的機場預期飛行的路線。該預測路線將包括一個 或多個(通常很多個)從出發機場到目的機場的空域中的空中交通控制區段。操作航交通檢索元件20生成一組零個或多個與飛行請求34相關的在航 飛行，以輸入到軌跡模型元件16。在航飛行由連同巡航速度和巡航高度的二 維擴展路線信息(全體在航信息42)組成。在這點上，在航信息42可以從 在航數據44資料庫中獲得。在航數據44可以包括例如來自出發之前為請求飛行34的提出的飛行計劃的信息，和/或從飛行傳送的和/或由監測飛行穿過 的空域的系統獲得的實際信息。軌跡模型元件16從擴展路線預測元件14接收預測的ER2d40連同與請求 飛行34相關的附加飛行信息58 (例如預測巡航速度和巡航高度)。使用這些 輸入，操作軌跡模型元件16生成預測四維擴展路線信息(預測ERw) 46。在 這點上，預測ER4d46包括地理位置方位(例如綷度/經度點)，這些地理位置 方位定義了請求飛行34從其出發機場到其目的機場連同與該地理位置方位 的高度和時間相關的預定飛行路線。並且，可用時，將來自在航交通檢索元 件20的在航信息42輸入到軌跡模型元件16以提供除正處理中請求飛行34 施加的空域要求之外的空域要求增強圖像。區段交叉元件18從軌跡模型元件16接收預測ER 。使用預測ER4d46作 為輸入，區段交叉元件18將預測區段交叉信息48輸出到響應過濾器元件24。 在這點上，預測區段交叉信息48包括沿請求飛行34的預測路線的空域區段 的預測四維進入和離開點(例如綿度、經度、高度和時間等)。如所示出的，軌跡模型元件16和區段交叉元件18可以是另一空中交通 控制相關系統60的一部分。適當的系統60的一個示例為洛克希德馬丁用戶 要求評估工具(Lockheed Martin User Request Evaluation Tool ) ( LM匿T ) 系統60。該系統60已被安裝在空中路線交通控制中心(ARTCCs)並且包括 適合連接或合併到空中交通要求預測系統10的軌跡模型16和區段交叉元件 18。在其它實施例中，軌跡模型元件16和/或區段交叉元件18可以為僅包括 在空中交通要求預測系統10中的元件。響應過濾器元件24從區段交叉元件18接收預測區段交叉信息48。響應操作過濾器元件24過濾預測區段交叉信息48，從而獲得過濾的預測區段交叉信息50。在這點上，過濾預測區段交叉元件過濾預測區段交叉信息48以將時間和持續時間格式成標準格式並移除複製的或其它不必需的區段交叉信 自、心o使用歷史出發延遲時間數據52作為輸入，出發時間預測元件22生成請 求飛行34的預測出發時間信息54。在這點上，預測出發時間信息54可以包 括時間間隔，在該間隔期間請求飛行預計出發。連同圖4描述出發時間預測 過程，該過程可以被出發時間預測元件22利用以生成預測出發時間信息54。將過濾的預測區段交叉信息50和預測出發時間信息54輸入到圖形生成元件26。使用這些輸入，圖形生成元件26生成代表請求飛行34沿其預測路 線不同區段部分的預測時間間隔(例如進入請求飛行34將穿過的不同區段的 預測的提前、中和延遲進入時間，和離開請求飛行34將穿過的不同區段的預 測的提前、中和延遲離開時間)的時間約束圖形56。在一個實施例中，為預測路線的每一分段生成的時間約束圖形5 6可以是 Tachyon圖形。Tachyon為用於代表並推理時間定性和定量方面的基於約束的 模型的電腦軟體工具。在此也可將Tachyon軟體指示為Tachyon時間推理器 (reasoner )。 Tachyon時間推理器由通用電氣全球研究中心(GE GRC )開發。 在其它實施例中，可採用提供極為類似的功能的軟體和/或硬體來替代 Tachyon時間推理器。結合圖5B記載並描述了示例的Tachyon圖形56。因而，圖形生成元件26和生成的Tachyon圖形56可以包括要求模型生 成元件62。在其它實施例中，要求模型生成元件62可以包括附加元件。來 自要求模型生成元件62的輸出(例如圖形56)用於更新提供到要求模型接 口 30的要求模型28,以向空中交通要求系統10的用戶呈現所述要求模型28, 並由空中交通要求系統10的用戶與其互動。在這點上，要求模型28代表了 多少飛行將在所關心的時間段內處於空域的不同區段中。更新要求模型28以 結合有關請求飛行34預期穿過的區段和預期在該區段中請求飛行34的預測 時間間隔的信息，以及對於所關心的時間段分析的全部其它請求飛行的類似 信息。在這點上，可用過空中交通要求預測系統IO分析一次或多次附加請求 飛行(例如由飛行時間表32所獲得的)，以為所關心的時間段內所有請求飛 行生成要求模型28。圖2圖解了可以由如圖1的空中交通要求預測系統10,特別是為了生成 與飛行請求34相關的預測ER2d40的擴展路線預測元件14承擔的基於場合的 檢索過程200的一個實施例。基於情況的檢索過程包括採用飛行信息參數查 詢匹配的歷史數據38,飛行信息參數包括(1)出發機場；(2)目的機場； (3)航線；(4)飛機類型；(5)飛行編號；(6)時間；(7 )星期幾；以及(8) 月份。如果採用所有前面的參數沒有發現匹配，則執行一次或多次隨後的查 詢直到發現匹配。所每個隨後執行的查詢使用更少的參數(例如第一隨後查 詢使用參數(1) - ( 7 )，下一個隨後查詢使用參數(1) - ( 6 )，等等)。基於與歷史數據38中表示的每一飛行相關的地理位置方位的接近度，將 由一次或多次查詢返回的匹配組織成聚類。事先創建該聚類，並且根據事先創建的歷史飛行聚類來分類由一次或多次查詢所返回的匹配。例如，如圖2 所示，總共返回八個組織成總共四個聚類的匹配。第一聚類可以包括八個匹 配中的三個，第二聚類可以包括八個匹配中的兩個，第三聚類可以包括八個 匹配中的一個，並且第四聚類可以包括八個匹配中的兩個。因而，與第一到第四聚類相關的可能性相應地為3/8、 2/8、 1/8和2/8。最有代表性的 (represented)聚類(例如圖2所示示例中的第一聚類)被選作代表聚類並 且具有最高分數的匹配(例如最匹配的參數)被選作空中交通要求預測系統 10所承擔的隨後預測的種子飛行。根據空中交通要求預測系統10所承擔的基於場合的檢索過程而選出的 聚類可以通過圍繞種子飛行的地理位置方位(煒度/經度點)繪出矩形邊界(邊 界框)而顯現出來。在這點上，圖3為描述了舊金山(SFO)到芝加哥O， Hare (ORD)示例路線的聚類的曲線圖，該路線包括四百二十四個類似飛行。在圖 3所示示例中，採用大約煒度1.5度、經度2. 5度的邊界框(bounding box), 但是可以採用更大或更小的邊界框。可以平均化(或以其它方式聯合)位於 圍繞種子飛行位置方位的邊界框內的飛行分段的地理位置方位(例如綿度/ 經度)以獲得相關幾何聚類數據。圖4圖解了可以由圖1所示空中交通要求預測系統10，及其中用於生成 請求飛行34的預測出發時間信息54的出發時間預測元件22承擔的出發延遲 預測過程400的一個實施例。出發延遲預測過程400包括接收402許多飛行 請求信息參數，包括以下(1)出發機場；(2)目的機場；(3)航線；(4) 飛機類型；(5)飛行編號；(6)時間；(7)星期幾；(8 )月份；和(9)目的 機場天氣狀況。將飛行請求信息參數輸入到基於情況的出發延遲模塊404。 基於場合的出發延遲模塊404比較輸入到其中的飛行請求信息參數和歷史數 據(例如歷史延遲數據52),以識別類似歷史情況406。類似歷史情況用於生成延遲分布408。如所示出的，延遲分布408可以 由示出歷史類似情況的次數對時間延遲的曲線表示。然後，可以建立預測的 延遲間隔410。在這點上，延遲間隔410可使用例如分布平均值的標準偏差 來建立。將延遲分布408和預測延遲間隔410輸入到出發延遲評估(evaluation) 模塊412。出發延遲評估模塊412輸出時間預測間隔414。時間預測間隔414 包括請求飛行34的預測的提前出發時間(提前出發或ES)和預測的延遲出發時間(延遲出發或LS)。在這點上，ES可以通過從延遲分布平均出發時間 中減去標準偏差而獲得，而LS可以通過將標準偏差加到延遲分布平均出發時 間而獲得。圖5A描述了可以由圖1的空中交通要求預測系統IO承擔的圖形生成過 程500及其中的圖形生成元件26的一個實施例。圖形生成過程500包括多個 節點502A-502D的傳播相關約束，其中每個節點502A-502D代表請求飛行34 將穿過的空域中的一個區段。在這點上，可使用可應用的約束、利用一前述 Tachyon軟體來實現圖形生成過程500以及其後的解決方案。在圖5A所示實施例中，有四個節點502A-502D, ^旦是可以有比所描述的 更多或更少的節點。這四個節點包括初始節點502A,兩個中間節點502B、 503C,以及最終節點502D。初始節點502A代表當進入受控空域時(例如從 出發機場起飛)請求飛行34將處於的第一區段，最終節點502D代表當離開 受控空域時(例如在目的機場降落)請求飛行34將處於的最後區段，而中間 節點502B、 502C代表沿請求飛行34的預定路線進入或離開的中間區段。關聯於請求飛行34的初始節點502A時間約束的表徵如圖5B中圖形56 所示。在圖5B的曲線圖中描述了與請求飛行34相關的多個約束，即提前出 發時間(ES)、延遲出發時間(LS)、通過區段的最小經過時間(fflinD)、以及 通過區段的最大經過時間(maxD)。可以根據結合圖4而描述的出發延遲預測 過程400獲得所估計的提前出發(ES)和延遲出發(LS)時間。可從第一區 段的區段交叉元件18輸出的預測區段交叉信息48得到minD和maxD約束。 另外，提前完成時間(EF)和最延遲完成時間(LF)依賴於前述約束(ES， LS, minD和maxD)。如所描述的，區段中總共可能的時間包括LF和ES間之 間的區別。中間節點502B、 502C以及最終節點502D的相關約束包括該所代 表區段的minD和raaxD,其可以通過區段的區段交叉元件18輸出的區段交叉 信息48得到。Tachyon時間推理器用於傳播每一節點502A-502D的相關約束以獲得與 每一節點502A-502D相關的圖形56。在這點上，圖6描述了由圖5A的四個 節點502A-502D代表的四個示例區段的Tachyon時間推理器獲得的解決方案。 解決方案(如圖6的最右列所示)代表了預測的時間間隔，在該預測的時間 間隔內請求飛行34預期在節點502A-502D所代表的每一區段中。預測時間間 隔指示請求飛行34預期處於每一區段中的時間並且該預測時間間隔包括在要求模型28中。圖7描述了空中交通要求預測系統10的要求模型接口 30的圖形用戶界 面(GUI) 700的一個實施例。該GUI包括多個不同的窗4各或窗口 702A-702F。 窗格包括空域信息窗格702A、區段信息窗格702B、飛4亍信息窗才各702C、事 件信息窗格702D、控制面板窗格702E、以及空域地圖窗格702F。窗格 702A-702F可以以包括如所描述的平鋪式的多種不同方式布置。空域信息窗格702A顯示識別空域中一個或多個區段的信息以及已被空 中交通要求預測系統IO處理的空域中一次或多次請求飛行的信息，以將這樣 的請求飛行包括在要求模型28中。在圖7所示示例中，列出了兩個模擬請求 飛行("EGF264"和"EGF2640")和兩個區段("ZCM06"和"ZCM25")。在空 中交通要求預測系統IO操作期間，在空域中可以有比圖7的GUI700的空域 信息窗格702A中所列更少或更多的請求飛行以及更少或更多的區段。區段信息窗格702B顯示有關所選區段的信息(例如通過點擊在空域信息 窗格702A中它的名稱或點擊空域地圖窗格？02F中它的位置來選擇)。區段信 息窗格702B中所顯示的信息可以包括，例如整個區段負載、平均區段負載以 及在航區段負載信息等。在圖7所示示例中，顯示了有關區段"ZCM06"的信 息。可以通過在空域信息窗格702A中高亮所選擇區段而指示(例如為區段 "ZCM06"所圖解的)，來指示要在區段信息窗格7028中顯示的特定區段的選擇。飛行信息窗格702C顯示有關由空中交通要求預測系統10處理的請求飛 行的信息。在飛行信息窗格702C中所顯示的信息可以包括，例如飛行號碼、 航線、飛機類型和飛行計劃(例如飛行速度、巡航高度、出發機場、預定出 發日期/時間、目的機場、和預定到達日期/時間)信息等。在圖7所示示例 中，因為飛行"EGF264"為最近處理的請求飛行，所以顯示了有關該此飛行 的4言息。事件信息窗格702D顯示有關請求飛行(例如其信息顯示在飛行信息窗格 702C中的請求飛行)可能發生的一個或多個事件的信息。在這點上，為每一 事件所顯示的信息可以包括多個參數，例如事件發生的事件類型、飛行標識 符(例如"EGF264")、其中發生時間的區段(例如"ZCM25"),以及事件的時 間。時間類型的示例包括，飛行進入區段和飛行從區"^殳離開的所預測低(最 早)、中、和高(最晚)時間。控制面板窗格70M顯示識別一個或多個與一個或多個空域相關的可行空中交通要求預測(或運行)的信息。在圖7所示示例中，識別為"GBW02"、 "LIZZI1"、 "LIZZI2"和"LIZZI3"的行駛(run )是可行的。特定行駛可以 通過在控制面板窗格702E中點擊其識別符、由空中交通要求預測系統10來 選擇執行。在圖7所示示例中，通過高亮"GBW02"的識別符已經指示了要執 行的"GBW02"行駛的選擇。空域地圖窗格702F顯示描述了與控制面板窗格702B中為了執行所選的 行駛相關的空域中不同區段邊界的二維空域地圖。可以在空域地圖窗格7 02F 中所顯示的地圖上高亮顯示為了在區段信息窗格702B中顯示所選的區段。在 圖7所示示例中，高亮顯示了區段"ZCM06"。另外，儘管沒有在圖7中示出， 但是不同區段可以被顏色編碼以指示與之相關的預測區段負載(例如總共的、 激活的或在航的)。例如，具有低於較低可接受等級(例如10次飛行)的預 測負載的區段可以被顏色編碼成第一顏色(例如綠色)、具有在較低可接受等 級和較高可接受等級(例如15次飛行)之間預測負載的區段可以被顏色編碼 成第二顏色(例如黃色)，而具有超過較高可接受等級預測負載的區段可以被 顏色編碼成第三顏色(例如紅色)。這種顏色編碼允許空中交通要求預測系統 IO的用戶迅速視覺上識別預測的問題區段並選擇這種區段以在區段信息窗格 702B上顯示。在這點上，也可以通過在空域地圖窗格702F中地圖上選擇特 定區段來選擇它以在區段信息窗格7 02B上顯示。儘管已經詳細描述了本發明的不同實施例，所屬領域技術人員可以對本 發明做進一步修改和改進。然而，應當很清楚地認識到，這種修改和改進落 在本發明精神和範圍內。
權利要求
1、一種空中交通要求預測系統，用於預測在分成區段的空域中的要求，所述系統包括擴展路線預測器，該擴展路線預測器用於生成與至少一次請求飛行相關的預測二維擴展路線信息，該至少一次請求飛行具有關聯的出發位置和關聯的目的位置；軌跡模型器，接收該預測二維擴展路線信息，該軌跡模型器用於生成與至少一次請求飛行相關的預測四維擴展路線信息；區段交叉預測器，接收所述預測四維擴展路線信息，該區段交叉預測器用於生成與至少一次請求飛行相關的預測區段交叉信息，所述區段交叉信息包括至少一次請求飛行預期從空域一個區段穿過進入空域另一個區段的時間；出發時間預測器，該出發時間預測器用於生成與至少一次請求飛行相關的預測出發時間信息；以及要求模型器，用於生成要求模型，該要求模型包括關與至少一次請求飛行相關、指示什麼時候該至少一次請求飛行預期出現在空域的一個或多個區段中的預測時間間隔，該預測時間間隔至少由預測區段交叉信息和預測出發時間信息獲得。
2、 根據權利要求1的系統，其中，預測二維擴展路線信息包括地理位置 方位，該地理位置方位定義了至少一次請求飛行在其出發位置和其目的位置 之間的預期飛行路線。
3、 根據權利要求l的系統，其中，預測四維擴展路線信息包括地理位置 方位，該地理位置方位定義了至少一次請求飛行在其出發位置和其目的位置 之間的預期飛行路線、與該地理位置方位相關的高度、以及與該地理位置方 位相關的時間。
4、 根據權利要求l的系統，其中，擴展路線預測器接收歷史數據、幾何 聚類數據、以及飛行信息參數，其中歷史數據包括有關於相應於至少一次請 求飛行的一次或多次飛行先前完成的實例的信息，幾何聚類數據由關於在與 該至少一次請求飛行相關的出發位置和目的位置相同的出發位置和目的位置 之間的先前完成的飛行的信息獲得，飛行信息參數與至少一次請求飛行相關。
5、 根據權利要求4的系統，包括時間表檢索器，該時間表檢索器用於檢索飛行時間表，其中飛行時間表 包括有關於至少 一次請求飛行的飛行信息參數。
6、 根據權利要求1的系統，其中，軌跡模型器進一步接收與至少一次請 求飛行相關的預期巡航速度和巡航高度信息。
7、 根據權利要求l的系統，進一步包括在航交通檢索器，用於檢索相應於與請求飛行相關的在航飛行的在航信 息，將在航信息輸入到軌跡模型器。
8、 根據權利要求l的系統，其中，出發時間預測器接收歷史出發延遲信 息，該歷史出發延遲信息包括有關於相應於該至少一次請求飛行的一次或多 次飛行的先前完成的實例的信息。
9、 根據權利要求l的系統，進一步包括要求模型接口 ，該要求模型接口用於向空中交通要求系統用戶呈現要求 模型。
10、 根據權利要求9的系統，其中，要求模型接口包括顯示在顯示裝置 上的圖形用戶界面。
11、 根據權利要求l的系統，進一步包括響應過濾器，從區段交叉預測器接收預測區段交叉信息，該響應過濾器 用於過濾預測區段交叉信息從而獲得過濾的預測區段交叉信息，要求模型器 使用過濾的預測區段交叉信息連同預測出發時間信息從而獲得預測時間間 隔。
12、 根據權利要求ll的系統，其中，要求模型器包括 圖形生成器，接收過濾的預測區段交叉信息和預測出發時間信息，該圖形生成器用於生成與至少一次請求飛行沿該至少一次請求飛行在其出發位置 和其目的位置之間的預期飛行路線進入或離開空域的每一區段對於的時間約 束圖形，每一時間約束圖形由預測區段交叉信,I;和預測出發時間信息獲得， 並且代表與至少一次請求飛行相關、指示預期至少一次請求飛行何時處於相 應於該圖形的空域的區段中的預測時間間隔。
13、 根據權利要求l的系統，其中，所述擴展路線預測器、所述軌跡模 型器、所述區段交叉生成器、所述出發時間預測器、和所述要求模型器包括 由一個或多個處理器執行的指令。
14、 一種預測被分成區段的空域中的空中交通要求的方法，所述方法包括步驟執行至少一次請求飛行在空域中的擴展路線預測，該至少一次請求飛行 具有關聯的出發位置和關聯的目的位置； 執行至少一次請求飛行的出發預測；利用擴展路線預測的結果執行至少 一次請求飛行的時間擁塞預測；以及 基於時間擁塞預測和出發預測的結果生成要求模型，該要求模型包括與 至少一次請求飛行相關、指示什麼時候該至少一次請求飛行在從其關聯的出 發位置到其關聯的目的位置的路線上預期出現在進入或離開的空域的一個或 多個區段中的預測時間間隔。
15、 根據權利要求14的方法，其中，所述執行擴展路線預測的步驟包括 檢索與至少 一 次請求飛行相關的飛行信息參數；鬥企索包括與相應於該至少 一 次請求飛行的 一 次或多次飛行的先前完成的 實例相關的信息的歷史數據；檢索由關於在與該至少一次請求飛行相關的出發位置和目的位置相同的 出發位置和目的位置之間的先前完成的飛行的信息獲得的幾何聚類數據；以 及生成預測二維擴展路線信息，其包括定義了至少一次請求飛行預期飛行 3各線的地理位置方位。
16、 根據權利要求15的方法，進一步包括利用包括相關於至少一次請求飛行的飛行信息參數的飛行時間表。
17、 根據權利要求14的方法，其中，所述執行時間擁塞預測的步驟包括 接收預測二維擴展路線信息；生成預測四維擴展路線信息，該預測四維擴展路線信息包括定義了至少 一次請求飛行在其出發位置和其目的位置之間預期飛行路線的地理位置方 位、與該地理位置方位相關的高度、以及與該地理位置方位相關的時間；以 及生成預測區段交叉信息，該預測區段交叉信息包括至少一次請求飛行預 期從空域的一個區段穿過進入空域的另一個區段的時間。
18、 根據權利要求17的方法，其中，所述執行時間擁塞預測的步驟進一 步包括接收與至少一次請求飛行相關的在航信息；以及 使用該在航信息以獲得關聯於與至少一次請求飛行關聯的每一在航飛行 的四維擴展路線信息。
19、 根據權利要求17的方法，其中，所述執行時間擁塞預測的步驟進一 步包括接收與至少 一 次請求飛行相關的預期巡航速度和巡航高度信息。
20、 根據權利要求14的方法，其中，所述執行出發時間預測的步驟包括 檢索與至少 一次請求飛行相關的飛行信息參數；查詢歷史出發延遲信息以識別具有與該至少 一次請求飛^f亍的飛行信息參 數類似的飛行信息參數的一次或多次飛行的先前完成實例；以及基於所識別一次或多次飛行的先前完成的實例生成至少一次請求飛行的 延遲分布。
21、 根據權利要求14的方法，進一步包括將要求模型輸出到 一個或多個負責指揮空域中空中交通的個體。
22、 根據權利要求21的方法，其中，所述輸出步驟包括在顯示裝置上以 圖形用戶界面方式顯示要求模型的參數。
23、 根據權利要求14的方法，其中，所述生成要求模型的步驟包括 生成相應於至少一次請求飛行沿該至少一次請求飛行在其出發位置和其目的位置之間預期飛行路線所進入或離開空域的每一區段的時間約束圖形， 每一時間約束圖形由預測區段交叉信息和預測出發時間信息獲得，並且代表 與至少 一次請求飛行相關、指示什麼時候至少一次請求飛行預期處於相應於 該圖形的空域區段中的預測時間間隔。
24、 根據權利要求14的方法，進一步包括在所述生成要求模型的步驟之前過濾時間擁塞預測的結果，其中在所述 生成要求模型的步驟中，預測時間間隔由出發預測的結果和時間擁塞預測的 過濾結果獲得。
25、 一種預測在分成區段的空域中的空中交通要求的系統，所述系統包括執行空域中至少一次請求飛行的擴展路線預測的裝置，該至少一次請求 飛行具有關聯出發位置和關聯目的位置；執行空域中至少一次請求飛行的出發預測的裝置；使用擴展路線預測的結果執行空域中至少一次請求飛行的時間擁塞預測的裝置；以及基於時間擁塞預測和出發預測的結果生成要求^^莫型的裝置，要求模型包 括與至少一次請求飛行相關、指示什麼時候至少一次請求預期出現在空域的 一個或多個區段中的預測時間間隔。
26、 根據權利要求25的系統，其中，所述執行擴展路線預測的裝置包括 由一個或多個處理器執行的指令，以生成與至少一次請求飛行相關的預測二 維擴展路線信息。
27、 根據權利要求25的系統，其中，所迷執行擴展路線預測的裝置生成 與至少一次請求飛行相關的預測二維擴展路線信息，並且其中所述執行時間 擁塞預測的裝置包括由 一個或多個處理器執行的指令，以使用至少預測二維 擴展路線信息來生成與至少一次請求飛行相關的預測四維擴展路線信息，並 且使用至少預測四維擴展路線信息來生成與至少一次請求飛行相關的預測區 段交叉信息。
28、 根據權利要求25的系統，其中，所述執行出發預測的裝置包括由一 個或多個處理器執行以生成與至少一次請求飛行相關的預測出發時間信息的 指令。
29、 根據權利要求25的系統，其中，所述執行時間擁塞預測的裝置生成 與至少一次請求飛行相關的預測區段交叉信息，其中所述執行出發預測的裝 置生成與至少一次請求飛行相關的預測出發時間信息，並且其中所述生成要 求模型的裝置包括由 一個或多個處理器執行以由至少預測區段交叉信息和預 測出發時間信息生成要求模型的指令。
30、 根據權利要求25的系統，包括 用於向系統用戶呈現要求模型的裝置。
31、 根據權利要求30的系統，其中，所迷用於呈現的裝置包括可顯示在 顯示裝置上的圖形用戶界面。
全文摘要
提供了具有改進的區段等級要求預測的空域要求預測系統和方法。在一個實施例中，空中交通要求預測系統(10)用於在分成區段的空域中預測要求，該系統包括，擴展路線預測器(14)，用於生成與至少一次請求飛行相關(34)的預測二維擴展路線信息(40)；軌跡模型器(16)，用於生成預測四維擴展路線信息(46)；區段交叉預測器(18)，用於生成預測區段交叉信息(48)，出發時間預測器(22)，用於生成預測出發時間信息(54)，以及要求模型器(62)，用於生成要求模型(28)，要求模型(28)包括與至少一次請求飛行相關、指示什麼時候它預期出現在空域中的一個或多個區段中的預測時間間隔。
文檔編號G08G5/00GK101241564SQ200710152658
公開日2008年8月13日 申請日期2007年6月29日 優先權日2006年6月29日
發明者丹尼爾·J·克利裡, 喬納森·德恩, 保羅·W·梅特斯, 利維·尼德萊斯丘, 布拉德利·A·卡伯特森, 拉傑什·V·蘇布, 傑拉爾德·B·懷斯, 約翰·M·利齊, 路易斯·J·霍貝爾 申請人:洛克希德.馬丁公司