国民经济的发展对航空交通运输的需求急剧上升。为了增加空域容量， 提高航空公司的运行效益，减轻空中交通管制系统的运行负荷，国际民航 组织(International Civil Aviation Organization，简称ICAO)从70年 代便开始研究RVSM标准问题和RVSM空域运行安全评估及监视技术。RVSM 是指在高度层29000英尺(8850米)至41000英尺(12500米)之间的 空间范围内，将飞行器之间的最小垂直间隔由过去的2000英尺(600米) 缩小为1000英尺(300米)，从而使该空间范围内飞行高度层的数量从 原有的7个增加到13个，可用飞行高度层数量增加了86％，显著提高空域 容量。
飞行高度层垂直间隔的降低明显增大了航空器之间垂直碰撞的几率， 影响航空安全。根据ICAO的规定，每个计划实施RVSM的国家或地区必须 对其相关空域进行实施前的安全评估和实施后的跟踪监视与评估，以确保 空域安全指标满足全球系统性能规范和ICAO界定的安全目标水平(Target level of safety，简称TLS)的要求，从而对RVSM的持续安全运行建立信 心。目前世界上很多国家都已经实施了RVSM，并且实现了对RVSM空域安 全评估和安全监视。
在RVSM空域安全评估方面，各国主要利用传统的Reich垂直碰撞风险 模型进行评估。垂直碰撞风险主要由技术风险和运行风险两部分构成。技 术风险是由航空器高度保持设备的不精确性造成的，具体包括机载测高系 统误差和飞行技术误差。运行风险是由RVSM空域运行中存在的大高度偏差 引起的，大高度偏差主要是由操作性误差、紧急情况、强烈的气象条件和 机载防撞系统的决策信息等因素导致。Reich垂直碰撞风险模型考虑了与 垂直碰撞相关的技术风险，结合空域结构因素和空中飞行流特征，通过垂 直重叠概率、横向重叠概率和穿越频率等参数构成了空域垂直碰撞风险的 定量化描述，给出了六种不同垂直碰撞状态下的风险评估计算方法。但是 Reich模型并未全面考虑运行风险，忽略了可能产生航空器垂直碰撞的人 为、气象、管制规则以及实施国家的特殊情况等因素，导致利用Reich模 型对某些地区的RVSM空域进行垂直碰撞风险量化评估时存在评估结果不 够全面和准确的缺陷。
在RVSM空域安全监视方面，目前全球主要采用地基和机载两类高度监 视系统对航空器的高度保持性能进行监视。地基高度监视系统主要有美国 研发的航空器绝对高度测量单元(Aircraft Geometric Height Measurement Element，简称AGHME)和欧洲研发的高度监视单元(Height Monitoring Unit，简称HMU)两种。地基高度监视系统的缺点在于系统覆 盖区域固定，航空器监视范围有限，而且系统造价高昂。机载高度监视系 统是基于全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)技术的 (GPS Monitoring System，简称GMS)系统：它首先采集GPS信号获取载 波相位信息，然后利用国际GPS服务网提供的载波相位基准进行差分解算， 得出高精度的航空器高度信息。国际地球动力学服务网(International GPS Service for Geodynamics，简称IGS网)由国际GPS服务机构统一管 理，它能够为全球科研机构及时提供GPS数据和高精度的星历等数据。IGS 观测站遍布全球，在美国境内的站点数量较多，分布区域广泛，而且美国 境内具有多个IGS数据中心和统一的管理机构进行IGS数据共享，为GMU 设备基于载波相位的位置解算提供了精确的差分基准。而有些国家或地区 站点分布稀疏，不具备数据统一管理和应用的条件，这就给在这些国家或 地区境内覆盖全部范围GMU高度保持性能误差监测应用带来了问题。

本发明的目的是解决目前国际推行的RVSM空域运行安全评估系统不能 满足对可能产生航空器垂直碰撞的人为因素、气象条件、管制规则以及有 些国家或地区空域特殊情况等因素进行量化分析，不能有效地解决有些国 家或地区的航空器高度性能保持监视等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种RVSM空域的运行安全数据处理系统， 包括：
碰撞风险分析与建模模块，用于分析并建立航空器综合垂直碰撞风险模 型；
高度保持性能监视模块，用于获取航空器高度保持偏差数据；
仿真与分析模块，用于获取RVSM空域运行的特性参数值，包括：历史数 据采集与融合单元，用于采集时间-位置相关的历史数据，并融合这些数据得 到飞行轨迹数据；模拟飞行数据生成单元，用于通过提取历史飞行流数据特 征参数，生成模拟的飞行流；缩小垂直间隔空域运行仿真单元，用于根据所 述历史数据采集与融合单元和所述模拟飞行数据生成单元获取的数据，结合 航路航线结构模型、管制规则和航空器飞行性能，对缩小垂直间隔空域运行 状态进行仿真；以及统计分析单元，用于统计分析综合垂直碰撞风险模型所 需的缩小垂直间隔空域运行的特性参数值；以及
碰撞风险评估模块，用于根据航空器高度保持偏差数据和RVSM空域运行 特性参数值，利用所述综合垂直碰撞风险模型求解RVSM空域系统运行安全水 平。
所述碰撞风险分析与建模模块具体包括：
分析单元，用于分析垂直碰撞诱因，建立垂直碰撞诱因的概率分布模型；
建模单元，用于给出垂直碰撞诱因-垂直碰撞风险-垂直碰撞状态动态 转换过程的数学描述；
求解单元，用于建立垂直碰撞状态的概率分布模型；以及
综合单元，用于结合Reich垂直碰撞风险模型，得到综合垂直碰撞风险 模型。
所述高度保持性能监视模块具体包括：
高度获取单元，用于获取航空器绝对高度值；
数据采集与预处理单元，用于采集航空器高度保持数据并进行相应的数 据预处理和分析；以及
高度保持偏差数据处理单元，用于对所述高度获取单元和所述数据采集 与预处理单元获取的数据进行分析，获取航空器的高度保持偏差数据。
另外，本发明还提供了一种RVSM空域的运行安全数据处理方法，包括：
对采集到的高度数据进行处理得到航空器高度保持偏差数据，并通过计 算机模拟仿真RVSM空域的运行状态得到RVSM空域运行的特性参数值，其中 通过计算机模拟仿真缩小垂直间隔空域的运行状态得到缩小垂直间隔空域运 行的特性参数值包括：采集航空器时间-位置历史数据，并融合所述历史数据 得到飞行轨迹数据，从所述飞行轨迹数据中提取历史飞行流数据特征参数， 生成模拟的飞行流，对缩小垂直间隔空域运行状态进行仿真得到仿真结果， 对所述仿真结果进行处理得到综合垂直碰撞风险模型所需的缩小垂直间隔空 域运行的特征参数值；
根据预先建立的航空器综合垂直碰撞风险模型，求解RVSM空域的运行安全参数。
本发明在高度保持性能监视算法、RVSM空域结构和交通流建模仿真分 析以及综合垂直碰撞风险模型研究的基础上，通过收集、分析、处理所需 数据，获取RVSM空域系统运行安全水平分析结果，通过与ICAO的目标安 全水平(Target Level of Safety，简称TLS)比较，判断实施RVSM的可 行性及其风险水平。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理系统的优选实 施例一的结构示意图。
图2为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理系统的优选实 施例二的部分结构示意图。
图3为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理系统的优选实 施例三中的部分结构示意图。
图4为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理系统的优选实 施例四中的部分结构示意图。
图5为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实 施例一的流程图。
图6为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实 施例二的部分流程图。
图7为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实 施例五的部分流程图。
图8为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实 施例九的部分流程图。
图9为本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实 施例十一的部分流程图。

在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理系统的优选实施例 一中，参见图1，包括：碰撞风险分析与建模模块，用于分析并建立RVSM空 域内航空器综合垂直碰撞风险模型；高度保持性能监视模块，用于获取航空 器高度保持偏差数据；仿真与分析模块，用于获取RVSM空域运行的特性参数 值；以及碰撞风险评估模块，用于根据航空器高度保持偏差数据和RVSM空域 运行的特性参数值，利用所述综合垂直碰撞风险模型求解RVSM空域系统运行 安全水平。通过本优选实施例可以获取RVSM空域系统运行安全水平分析结 果，判断实施RVSM的可行性及其风险水平。其中，RVSM空域的运行安全 数据包括本发明涉及的全部数据，如碰撞诱因数据、高度数据等。
在实际应用中，上述四个模块均有多种实现方式，本领域的技术人员能 够根据本发明的技术方案和现有技术实现上述四个模块和所述RVSM空域的运 行安全数据处理系统。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理系统的优选实施例 二中，与优选实施例一的不同在于，参见图2，所述碰撞风险分析与建模模块 具体包括：分析单元，用于分析垂直碰撞诱因，建立垂直碰撞诱因的概率分 布模型；建模单元，用于给出垂直碰撞诱因-垂直碰撞风险-垂直碰撞状态 动态转换过程的数学描述；求解单元，用于建立垂直碰撞状态的概率分布模 型；以及综合单元，用于结合Reich垂直碰撞风险模型，得到综合垂直碰撞 风险模型。其中，Reich垂直碰撞风险模型为现有的碰撞风险模型。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理系统的优选实施例 三中，与优选实施例一的不同在于，参见图3，所述高度保持性能监视模块具 体包括：高度获取单元，用于获取绝对高度值；数据采集与预处理单元，用 于采集航空器高度保持数据并进行相应的数据预处理和分析；以及高度保持 偏差数据处理单元，用于对所述高度获取单元和所述数据采集与预处理单元 获取的数据进行分析，获取航空器的高度保持偏差数据。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理系统的优选实施例 四中，与优选实施例一的不同在于，参见图4，所述仿真与分析模块具体包括： 历史数据采集与融合单元，用于采集时间-位置相关的历史数据，并融合这 些数据得到飞行轨迹数据；模拟飞行数据生成单元，用于通过提取历史飞行 流数据特征参数，生成模拟的飞行流；RVSM空域运行仿真单元，用于根据所 述历史数据采集与融合单元和所述模拟飞行数据生成单元获取的数据，结合 航路航线结构模型和管制规则、航空器飞行性能，对RVSM空域运行状态进行 仿真；以及统计分析单元，用于统计分析综合垂直碰撞风险模型所需的RVSM 空域运行的特性参数值。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 一中，参见图5，包括：对采集到的高度数据进行处理得到航空器高度保持偏 差数据，并通过计算机模拟仿真RVSM空域的运行状态得到RVSM空域运行的 特性参数值；根据预先建立的航空器综合垂直碰撞风险模型，求解RVSM空域 的运行安全参数。通过本优选实施例可以获取RVSM空域系统运行安全水平 分析结果，判断实施RVSM的可行性及其风险水平。
在实际应用中，上述对采集到的高度数据进行处理得到航空器高度保持 偏差数据、通过计算机模拟仿真RVSM空域的运行状态得到RVSM空域运行的 特性参数值、预先建立航空器综合垂直碰撞风险模型及求解RVSM空域的运行 安全参数均有多种实现方式，本领域的技术人员能够根据本发明的技术方案 和现有技术实现上述四个步骤和所述RVSM空域的运行安全数据处理方法。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 二中，与优选实施例一的不同在于，参见图6，所述预先建立航空器综合垂直 碰撞风险模型具体包括：对采集到的碰撞诱因数据进行处理得到垂直碰撞诱 因的概率分布模型；建立垂直碰撞诱因-垂直碰撞风险-垂直碰撞状态动态 转换过程的数学描述；对所述垂直碰撞诱因的概率分布模型和所述动态转换 过程的数学描述进行处理得到垂直碰撞状态的概率分布模型；根据Reich垂 直碰撞风险模型对所述垂直碰撞状态的概率分布模型进行处理，得到综合垂 直碰撞风险模型。其中，将所述Reich垂直碰撞风险模型与所述垂直碰撞状 态的概率分布模型结合，得到所述综合垂直碰撞风险模型。
在实际应用中，预先建立航空器综合垂直碰撞风险模型有很多实现方式， 本领域的技术人员能够根据本发明的技术方案和现有技术实现所述预先建立 航空器综合垂直碰撞风险模型和所述RVSM空域的运行安全数据处理方法。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 三中，与优选实施例二的不同在于，所述对采集到的碰撞诱因数据进行处理 得到垂直碰撞诱因的概率分布模型具体包括：对采集到的操作性误差进行处 理得到对应的模型描述，优选地，该模型描述基于Petri网；对采集到的 航空器意外事件信息进行处理得到对应的模型描述，优选地，该模型描述 基于Petri网；对采集到的气象信息进行处理得到对应的模型描述，优选 地，该模型描述基于Petri网；对采集到的空中防撞系统(Traffic Collision Avoidance System，简称TCAS)决策信息进行处理得到对应的 模型描述，优选地，该模型描述基于Petri网；对采集到的飞行员自身操 作误差进行处理得到对应的模型描述，优选地，该模型描述基于Petri网； 对采集到的航空器设备误差进行处理得到对应的模型描述，优选地，该模 型描述基于Petri网；可选地，对采集到的其他误差进行处理得到对应的 模型描述，优选地，该模型描述基于Petri网。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 四中，与优选实施例三的不同在于，所述根据所述数学描述得到垂直碰撞状 态的概率分布模型具体包括：根据所述数学描述得到平行和交叉航路结构垂 直碰撞状态的发生概率分布量化结果；根据所述数学描述得到未经许可下 降穿越飞行高度层垂直碰撞状态的发生概率分布量化结果；根据所述数学 描述得到飞错高度层垂直碰撞状态的发生概率分布量化结果。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 五中，与优选实施例一的不同在于，参见图7，所述对采集到的高度数据进行 处理得到航空器高度保持偏差数据具体包括：采集航空器的绝对高度值和高 度保持数据，并对所述高度保持数据进行处理；对所述绝对高度值、所述高 度保持数据和所述处理得到的数据进行二次处理得到航空器高度保持偏差数 据。其中，所述高度数据包括所述航空器的绝对高度值和高度保持数据。
在实际应用中，所述对采集到的高度数据进行处理得到航空器高度保持 偏差数据有很多实现方式，本领域的技术人员能够根据本发明的技术方案和 现有技术实现所述对采集到的高度数据进行处理得到航空器高度保持偏差数 据和所述RVSM空域的运行安全数据处理方法。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 六中，与优选实施例五的不同在于，所述采集航空器的绝对高度值具体包括： 全球定位卫星连续发送GPS信号；具有已知坐标的基准站连续接收所述GPS 信号；所述基准站将基准站的参考信息、载波相位观测值通过无线数据链 发送给航空器上的GPS接收机；所述航空器上的GPS接收机接收所述基准 站的参考信息、所述载波相位观测值，并采集GPS卫星载波相位数据和跟 踪站的卫星星历信息；通过最小二乘搜索法求解载波相位的整周模糊度和周 跳参数；对航空器上的全球定位系统接收机接收到的载波相位数据进行差 分处理，并利用基准站参考信息和跟踪站卫星星历信息得到航空器的世界 大地坐标系(World Geodetic System，简称WGS84)坐标，提取出航空器 的绝对高度值。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 七中，与优选实施例五的不同在于，所述采集高度保持数据，并对所述高度 保持数据进行处理具体包括：地面二次雷达发射机向RVSM空域范围内的航 空器发出询问信号；航空器上的机载应答机，可选地为模式C应答机，接 收到地面二次雷达询问信号后，把航空器信息发送给地面二次雷达接收机； 地面二次雷达接收机接收到所述航空器信息后进行处理；从所述处理得到 的数据中提取出航空器实际飞行高度值。
进一步地，所述采集高度保持数据，并对所述高度保持数据进行处理具 体包括：从管制中心采集航行情报数据，并从气象部门采集RVSM空域的大 气参数；对所述航行情报数据进行处理得到航空器的许可飞行高度值；根 据机场参考点的大地高和气压高求解GPS测高基准与气压测高基准的差异值 的集合。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 八中，与优选实施例五的不同在于，所述对所述绝对高度值、所述高度保持 数据和所述处理得到的数据进行二次处理得到航空器高度保持偏差数据具体 包括：从所述高度保持数据和所述处理得到的数据中提取实际飞行高度值 和许可飞行高度值；通过GPS测高基准与气压测高基准的差异值的集合确定 航空器飞行区域的测高基准差异值，并根据所述许可飞行高度值获得许可飞 行高度的真实高度值；把所述绝对高度值和所述许可飞行高度的真实高度 值作差，得到航空器总垂直偏差；把实际飞行高度值和许可飞行高度值作 差，得到飞行员高度设置偏差；对所述航空器总垂直偏差和所述飞行员高 度设置偏差进行处理得到机载高度测量系统误差。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 九中，与优选实施例一的不同在于，参见图8，所述通过计算机模拟仿真RVSM 空域的运行状态得到RVSM空域运行的特性参数值具体包括：采集航空器时间 -位置历史数据，并融合所述历史数据得到飞行轨迹数据；在所述历史数据 的基础上，通过提取历史飞行流数据特征参数，生成模拟的飞行流，以补充 RVSM空域运行仿真中所需的109飞行小时量级的飞行流数据；建立指定RVSM 空域的航路航线结构模型和管制规则、航空器飞行性能等抽象模型，利用计 算机仿真在这两种模型上追加持续的飞行流，对RVSM空域的运行状态进行仿 真得到仿真结果；对所述仿真结果进行处理得到综合垂直碰撞风险模型所需 的RVSM空域运行的特性参数值，包括垂直重叠概率、横向重叠概率和穿越频 率等。
在实际应用中，所述通过计算机模拟仿真RVSM空域的运行状态得到RVSM 空域运行的特性参数值有很多实现方式，本领域的技术人员能够根据本发明 的技术方案和现有技术实现所述通过计算机模拟仿真RVSM空域的运行状态得 到RVSM空域运行的特性参数值和所述RVSM空域的运行安全数据处理方法。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 十中，与优选实施例九的不同在于，所述采集航空器时间-位置历史数据， 并融合所述历史数据得到飞行轨迹数据具体包括：从航空固定电信网 (Aeronautical Fixed Telecommunication Network，简称AFTN)、航空器 寻址通信和报告系统(Aircraft Communication Addressing and Reporting System，简称ACARS)、雷达记录和航班时刻表中采集历史数据；判断所述 历史数据是否为报文格式数据，若是则按照相应的报文格式模板拆分报文， 若不是则进行数据格式转换；提取拆分报文和/或格式转换得到的航空器飞 行位置-时间四维信息元素，并生成飞行航迹信息序列；根据所述飞行航 迹信息序列，得到航班的飞行航迹四维信息。在实际应用中，AFTN、ACARS 两类数据是报文格式数据，雷达记录和航班时刻表两类数据不是报文格式 数据。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 十一中，与优选实施例九的不同在于，参见图9，所述对RVSM空域运行状态 进行仿真得到仿真结果具体包括：
步骤101、从航行资料汇编(Aeronautical Information Publication， 简称AIP)中采集RVSM空域内的静态地理位置信息，并确定RVSM空域高 度层的配备标准；
步骤102、根据所述静态地理位置信息，构建RVSM空域的空间物理结构；
步骤103、在所述空间物理结构上，添加约束性条件，包括管制规则 和间隔标准；
步骤104、采集飞行航迹四维信息、统一系统仿真运行和飞行流数据 的时钟；
步骤105、在RVSM空域的入口处添加动态飞行流，完成仿真初始化；
步骤106、给定仿真起始时刻，按照固定时间增量推进仿真时钟；
步骤107、扫描仿真当前时刻所有已进入或即将进入或离开RVSM空域 的航空器的活动状态；
步骤108、列出每一航空器可能的下一步活动或动作，并设定相应的 发生条件；
步骤109、根据每一航空器的当前状态，判断航空器是否满足下一步 活动或动作的条件，若满足，则更新航空器的活动状态并返回步骤107， 若不满足，则结束活动扫描执行步骤110；
步骤110、判断是否终止仿真过程，若不终止，则返回步骤106推进 仿真时钟进行下一轮的航空器活动扫描，若终止，则执行步骤111；
步骤111、计算处理仿真过程中所采集的RVSM空域运行相关数据，将 其作为仿真结果输出。
在本发明所提供的一种RVSM空域的运行安全数据处理方法的优选实施例 十二中，与优选实施例一的不同在于，所述求解RVSM空域的运行安全参数具 体包括：基于贝叶斯(Bayes)方法对所述综合垂直碰撞风险模型进行验证， 得到所述综合垂直碰撞风险模型的可信度；从所述高度保持性能监视模块 采集航空器高度保持偏差数据；从所述仿真与分析模块采集综合垂直碰撞 风险模型所需的RVSM空域运行的特性参数，包括垂直重叠概率、横向重叠 概率和穿越频率，统计分析各参数值；参照所述综合垂直碰撞风险模型通 过计算机仿真求解RVSM空域的运行安全参数。
在实际应用中，求解RVSM空域的运行安全参数有很多实现方式，本领域 的技术人员能够根据本发明的技术方案和现有技术实现所述求解RVSM空域的 运行安全参数和所述RVSM空域的运行安全数据处理方法。
最后所应说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非 限制，尽管参照优选实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人 员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本 发明技术方案的精神和范围。