一种基于客观指标的扇区交通态势多层次模糊评价方法
【专利摘要】本发明涉及种基于客观指标的扇区交通态势多层次模糊评价方法，该方法包括四个步骤：首先，通过分析反映扇区交通态势的数据指标，构建多层次评价指标体系；之后，采用模糊聚类对评价指标体系不同评价维度的指标集进行相关性分析，并依据聚类结果设计合理的扇区交通态势指标评价方案；然后，引入主客观相结合的熵权法，消除主观辨识盲度，确定指标评价方案中不同层级指标的权重；最后，设置模糊评价等级并基于指标评价方案中各指标样本数据频度设计相应的隶属度函数，利用合适的模糊合成算子，计算扇区交通态势的综合评价向量，最终评判扇区交通态势水平。
【专利说明】一种基于客观指标的扇区交通态势多层次模糊评价方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及扇区交通态势评价研究，具体涉及一种基于客观指标的扇区交通态势多层次模糊评价方法。
【背景技术】:
[0002]随着我国国民经济的快速发展，日益增长的航空运输需求与当前具备的供给能力间的矛盾越加显著。如何客观、准确、全面的评价空域运行态势，尤其是对包含航路/航线等主要飞行通道的管制扇区评估，是当前研究的重要问题。通过多维度的扇区交通态势综合评价，可对空域规划设计、设备设施建设以及流量管理策略制定等提供有效支持，有助于形成科学的管理决策与运行方案。
[0003]交通态势是指空域内所有航空器运行行为所构成的交通状态与形势，表达空域整体与全局的概念，而目前国内对于空域交通态势仍基本停留在态势仿真、感知与显示的层面，尚未形成有效的评价体系与方法。2010年9月，李杰等人发表《空中流量管理系统中交通态势显示的研究与应用》，主要讨论了交通态势显示研究中的一些问题和关键技术；2011年2月，赵嶷飞等人在《中国民航大学学报》发表《基于模糊综合评价的航路交通态势评估》，文中讨论了仅针对航路的交通态势指标及综合评价方法。由此，空域单元相关的交通态势评价存在较大的应用需求与研究空间。
[0004]总体而言，目前关于空域交通态势的研究现状如下:
[0005](I)尚未将交通态势从基本的直观感知，抽象为具体的数据信息。
[0006](2)尚未建立完整的扇区态势评价指标集合与体系，已有的指标集中与某一方面，且指标粒度细化程度较低。
[0007](3)除航路态势评价鲜有研究之外，对管制扇区/终端区的态势综合评价尚处于
空白，对空域管理与流量管理缺乏支持。
[0008]现有的相关评价方法中，人为的主观成分偏重，同时，对客观的指标分析数据信息未能充分利用，造成评价数据的缺失与不确定性。
【发明内容】
:
[0009]本发明是要设计一种基于客观指标的扇区交通态势多层次模糊评价方法。本方法针对【背景技术】中所述的不足，进行相应的设计或优化。通过构建多层次的扇区交通态势指标体系，进行相关性分析，可设计合理的指标评价方案。进而采用结构熵权法确定方案指标权重，并基于客观指标数据频度的隶属度，利用多层次模糊评价方法，获得扇区交通态势综合评价结果。
[0010]实现此方法的技术方案实施过程如下:
[0011]步骤一:分析反映扇区交通态势的数据指标，构建多层次评价指标体系；
[0012]步骤二:进行指标相关性分析，设计指标评价方案；
[0013](I)针对评价指标体系中不同评价角度的指标集，进行基于模糊聚类的指相关性分析。
[0014](2)依据指标的相关性分析结果，选取代表性指标构建客观的指标评价方案，避免综合评价中的信息重复问题。
[0015]步骤三:针对指标评价方案，采用主客观相结合的熵权法，确定指标权重。
[0016](I)采用“德尔菲法”确定指标重要性排序，构建重要性排序矩阵
[0017](2)依据排序结果，使用熵权信息计算指标权重
[0018]步骤四:基于评价指标历史数据，使用多层次模糊综合评判确定交通态势。
[0019](I)设置评价等级，并基于指标的历史数据频度，设计指标的隶属度函数。
[0020](2)确定模糊合成算子，构建不同层级的隶属关系矩阵。
[0021](3)计算扇区态势综合评价向量。
[0022](4)依据评价结果分析扇区交通态势水平。
【专利附图】
【附图说明】:
[0023]图1为本发明的核心流程图；
[0024]图2为本发明建立的扇区交通态势评价指标体系。
【具体实施方式】:`[0025]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。
[0026]图1为本发明技术方案的核心流程图，这种基于客观指标的扇区交通态势模糊评价方法具体实施步骤如下:
[0027]步骤一:分析反映扇区交通态势的数据指标，建立客观的多层次评价指标体系。
[0028]分析可反映扇区交通态势的指标，从扇区整体运行状态、航空器空间分布及飞行延误态势三个维度进行评价，较为全面的刻画管制扇区交通态势情况。构建多层级的扇区态势指标体系，如图2。指标体系中各指标说明如下:
[0029](I)扇区整体运行状态指标
[0030].单位时间流量与容量比:扇区在有效运行时间内单位时间飞行流量与扇区容量的比值。该指标可表征扇区运行负荷情况，反映空域繁忙程度。
[0031]?繁忙时段高容流比运行时长:扇区在有效运行时间内，高容流比运行的时长。该指标可说明扇区运行处于高负荷状态的时间分布状况。
[0032].繁忙时段航班瞬时架次与瞬时容量比:在繁忙时段，某一时刻扇区所含航空器数量与扇区瞬时容量的比值。该指标可直观表征繁忙时段的管制强度，反映空域拥挤程度。
[0033].平均飞行时间:统计时段内航空器通过扇区的平均飞行时间。通过与基于历史数据统计的经验飞行时间相比较，该指标可表征航空器在扇区内滞留总体水平，反映当前扇区交通的拥堵程度。
[0034]?平均飞行速度:在繁忙时段内，某一指定时刻扇区内航空器的平均飞行速度。与计划巡航速度相比较，该指标可一定程度表征扇区中航路/航线运行的是否顺畅。
[0035].航迹平均偏差:指扇区内航空器计划航迹与实际航迹在飞行距离上的平均偏差。该指标可一定程度反映空域运行中绕飞、偏航等情况。当偏差较大，表明扇区中存在拥堵或等待。[0036](2)航空器空间分布指标
[0037].扇区航班密度:指扇区瞬时所含航班数量与扇区空间体积的比值。该指标可宏观表征扇区内航空器在空间分布密度情况。
[0038]?进扇区移交点移交间隔:依据航班进入扇区阶段飞跃移交点的飞行时刻，计算移交点连续通过航班的平均间隔。该指标可与规定间隔相比较，表征扇区的时空占用情况，一定程度可体现交通态势是否繁忙。
[0039].出扇区移交点移交间隔:依据航班离开扇区阶段飞跃移交点的飞行时刻，计算移交点连续通过航班的平均间隔。该指标可表征扇区移交点的时空占用情况，一定程度体现本扇区及其下游交通态势是否繁忙。
[0040].航路飞行平均纵向间隔:依据扇区内沿航路/航线飞行的航空器位置，计算扇区内沿相同航段飞行的航空器对间纵向间隔的平均水平。该指标数值应接近或大于管制规定水平，数值越接近规定水平，表明扇区空间分布上处于相对繁忙状态。
[0041].交叉点平均侧向间隔:指扇区内交叉点附近航空器交叉/汇聚飞行时，航空器对之间实际侧向间隔的平均水平。该指标数值应接近或高于管制运行规定水平，可表征扇区中关键区域的繁忙程度。
[0042].航段高度层平均占用比:指扇区内各航路运行时实际使用的高度层数量与配备高度层数量比值的平均水平，其中配备高度层包括航路主用与备用高度层。该指标可表征扇区内航路垂直空间的分布情况。
[0043](3)飞行延误态势指标
[0044].扇区飞行平均延误:指统计时段内飞越扇区的所有航班的预计通过时间与正常通过时间差值的均值。飞行延误反映繁忙态势对空域运行状态的影响程度，当延误越大，则运行态势越繁忙。
[0045].扇区飞行延误方差:指定时段内扇区中的航班延误的标准差。该指标表征扇区延误发生的波动性，方差越小且平均延误较大表明扇区内延误波及面较大，扇区态势较为拥堵繁忙。
[0046]?扇区飞行延误比例，指统计时段内扇区中发生延误的航空器比例。该指标数值越大，表明延误程度与波及面越大，可表征空域的拥堵繁忙程度。
[0047]?扇区飞行延误时段，指内扇区中存在一定程度延误的小时总数，如延误比例大于20%。该指标可反映扇区运行发生拥堵的时间分布状态。
[0048].扇区飞行延误的航段比例，指统计时段内扇区中存在延误的航段数与扇区所含航段数的比值。该指标可宏观反映扇区内延误航路/航线的空间分布情况，比例越高，表明扇区态势越繁忙、拥堵。
[0049]步骤二:进行指标相关性分析，并设计指标评价方案
[0050](I)单指标的相关性分析
[0051]针对扇区交通态势指标体系中运行状态、空间分布及延误态势三类指标分别进行相关性分析。专利中采用基于随机样本相关系数的模糊聚类分析进行，其他聚类方法亦适用，方法如下:
[0052]首先，采集空域运行动静态原始数据，对扇区交通态势的指标体系三类指标进行分别统计。针对其中一类指标，如空间分布指标(包含η个指标)，按相同时段/时刻进行计算，获取如下序列样本(样本数为m)。其中，\〃表示指标i在j时刻/时段的统计数据，Xi为时间样本序列。
【权利要求】
1.一种基于客观指标的扇区交通态势多层次模糊评价方法，其特征在于所述方法包括如下步骤: 步骤一:分析反映扇区交通态势的数据指标，建立客观的多层次评价指标体系。 分析可反映扇区交通态势的指标，从扇区整体运行状态、航空器空间分布及飞行延误态势三个维度进行评价，较为全面的刻画管制扇区交通态势情况。构建多层级的扇区态势指标体系，如图2。指标体系中各指标说明如下: (1)扇区整体运行状态指标 ?单位时间流量与容量比:扇区在有效运行时间内单位时间飞行流量与扇区容量的比值。该指标可表征扇区运行负荷情况，反映空域繁忙程度。 ?繁忙时段高容流比运行时长:扇区在有效运行时间内，高容流比运行的时长。该指标可说明扇区运行处于高负荷状态的时间分布状况。 ?繁忙时段航班瞬时架次与瞬时容量比:在繁忙时段，某一时刻扇区所含航空器数量与扇区瞬时容量的比值。该指标可直观表征繁忙时段的管制强度，反映空域拥挤程度。 ?平均飞行时间:统计时段内航空器通过扇区的平均飞行时间。通过与基于历史数据统计的经验飞行时间相比较，该指标可表征航空器在扇区内滞留总体水平，反映当前扇区交通的拥堵程度。 ?平均飞行速度:在繁忙时段内，某一指定时刻扇区内航空器的平均飞行速度。与计划巡航速度相比较，该指标可一定程度表征扇区中航路/航线运行的是否顺畅。 ?航迹平均偏差:指扇区内航空器计划航迹与实际航迹在飞行距离上的平均偏差。该指标可一定程度反映空域运行中绕飞、偏航等情况。当偏差较大，表明扇区中存在拥堵或等待。 (2)航空器空间分布指标 ?扇区航班密度:指扇区瞬时所含航班数量与扇区空间体积的比值。该指标可宏观表征扇区内航空器在空间分布密度情况。 ?进扇区移交点移交间隔:依据航班进入扇区阶段飞跃移交点的飞行时刻，计算移交点连续通过航班的平均间隔。该指标可与规定间隔相比较，表征扇区的时空占用情况，一定程度可体现交通态势是否繁忙。 ?出扇区移交点移交间隔:依据航班离开扇区阶段飞跃移交点的飞行时刻，计算移交点连续通过航班的平均间隔。该指标可表征扇区移交点的时空占用情况，一定程度体现本扇区及其下游交通态势是否繁忙。 ?航路飞行平均纵向间隔:依据扇区内沿航路/航线飞行的航空器位置，计算扇区内沿相同航段飞行的航空器对间纵向间隔的平均水平。该指标数值应接近或大于管制规定水平，数值越接近规定水平，表明扇区空间分布上处于相对繁忙状态。 ?交叉点平均侧向间隔:指扇区内交叉点附近航空器交叉/汇聚飞行时，航空器对之间实际侧向间隔的平均水平。该指标数值应接近或高于管制运行规定水平，可表征扇区中关键区域的繁忙程度。 ?航段高度层平均占用比:指扇区内各航路运行时实际使用的高度层数量与配备高度层数量比值的平均水平，其中配备高度层包括航路主用与备用高度层。该指标可表征扇区内航路垂直空间的分布情况。(3)飞行延误态势指标 ?扇区飞行平均延误:指统计时段内飞越扇区的所有航班的预计通过时间与正常通过时间差值的均值。飞行延误反映繁忙态势对空域运行状态的影响程度，当延误越大，则运行态势越繁忙。 ?扇区飞行延误方差:指定时段内扇区中的航班延误的标准差。该指标表征扇区延误发生的波动性，方差越小且平均延误较大表明扇区内延误波及面较大，扇区态势较为拥堵繁忙。 ?扇区飞行延误比例，指统计时段内扇区中发生延误的航空器比例。该指标数值越大，表明延误程度与波及面越大，可表征空域的拥堵繁忙程度。 ?扇区飞行延误时段，指内扇区中存在一定程度延误的小时总数，如延误比例大于20%。该指标可反映扇区运行发生拥堵的时间分布状态。 ?扇区飞行延误的航段比例，指统计时段内扇区中存在延误的航段数与扇区所含航段数的比值。该指标可宏观反映扇区内延误航路/航线的空间分布情况，比例越高，表明扇区态势越繁忙、拥堵。 步骤二:进行指标相关性分析，并设计指标评价方案 (I)单指标的相关性分析 针对扇区交通态势指标体系中运行状态、空间分布及延误态势三类指标分别进行相关性分析。专利中采用基于随机样本相关系数的模糊聚类分析进行，其他聚类方法亦适用，方法如下: 首先，采集空域运行动静态原始数据，对扇区交通态势的指标体系三类指标进行分别统计。针对其中一类指标，如空间分布指标(包含η个指标)，按相同时段/时刻进行计算，获取如下序列样本(样本数为m)。其中，X 表示指标i在j时刻/时段的统计数据,Xi为时间样本序列。
Xf ( X 11，X 12，...，X ij，...，X 1m)；
X「( X il, X i2,...，X ij，...，X im);
Xn_ ( X nl j X Jl2，...，X nJ.，...，X J1111)； 之后，采用相关系数计算任意两指标间的线性相关程度:
【文档编号】G06F19/00GK103473469SQ201310439286
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】袁立罡, 谢华, 胡明华, 李印凤, 丛玮, 陈飞飞 申请人:南京航空航天大学