一種基于gabp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的扇區(qū)運(yùn)行性能綜合檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及航空領(lǐng)域，尤指一種空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合檢測(cè)方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，為了保證各類(lèi)飛行活動(dòng)的安全和有序，空中交通管制 服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生并不斷得到發(fā)展完善，至20世紀(jì)80年代趨于成熟?，F(xiàn)代空中交通管制服務(wù) 的主要內(nèi)容是：空中交通管制員（簡(jiǎn)稱(chēng)為"管制員"，下同）依托現(xiàn)代通信、導(dǎo)航、監(jiān)視技術(shù)， 對(duì)所轄航空器實(shí)施管理和控制，協(xié)調(diào)和指導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)路徑和模式，W防止空中航空器與航空 器相撞及在機(jī)場(chǎng)機(jī)動(dòng)區(qū)內(nèi)航空器與障礙物相撞，維護(hù)和加快空中交通的有序流動(dòng)?？罩薪?通管制扇區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)為"管制扇區(qū)"，下同）是空中交通管制（簡(jiǎn)稱(chēng)為"管制"，下同）的基本 空間單元。一般情況下，為航空器提供空中交通管制服務(wù)的空域被劃設(shè)為若干管制扇區(qū)，每 個(gè)管制扇區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)管制員工作席位。管制扇區(qū)運(yùn)行性能是管制扇區(qū)內(nèi)航空器運(yùn)行態(tài)勢(shì)的 技術(shù)性指標(biāo)提煉，既反映管制員對(duì)所轄管制扇區(qū)提供管制服務(wù)的質(zhì)量和水準(zhǔn)，又反映特定 管制空域使用效能。因此，對(duì)管制扇區(qū)運(yùn)行性能的有效檢測(cè)是調(diào)整管制運(yùn)行策略、優(yōu)化管制 空域結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和前提。
[0003] 比如，公開(kāi)號(hào)為CN104332073A的專(zhuān)利文獻(xiàn)在2015-02-04公開(kāi)了一種智能空中交 通管制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)接收接口模塊、數(shù)據(jù)處理中屯、、應(yīng)急超控模塊、電子飛行計(jì)劃顯示模 塊、航班監(jiān)控顯示模塊和航班控制指令發(fā)送模塊。通過(guò)接收飛機(jī)準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)飛行信息，數(shù)據(jù) 處理中屯、即可展開(kāi)飛行計(jì)劃的精確計(jì)算，并優(yōu)化整個(gè)飛行隊(duì)列，如縮短飛機(jī)間距，合理調(diào)配 對(duì)應(yīng)跑道的起降順序，實(shí)時(shí)更改著陸角，曲線進(jìn)近等，有效提高整個(gè)飛行隊(duì)列的效率，加強(qiáng) 安全性。最終，整個(gè)飛行計(jì)劃將顯示在管制員的監(jiān)控顯示器上。航空管制員可W隨時(shí)通過(guò) 顯示器觀察飛行隊(duì)列起飛著陸的優(yōu)先順序，并通過(guò)更改飛機(jī)起飛/著陸航跡，航速等參數(shù)， 調(diào)整隊(duì)列順序。從而提高機(jī)場(chǎng)通勤率，提高管制員的工作效率。
[0004] 但即便如此，目前針對(duì)空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行性能的研究較少，大部分研究主要 體現(xiàn)在W下幾個(gè)孤立方面：（1)空中交通流密度，分為戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)兩層面，其中前者主要體 現(xiàn)為空域復(fù)雜性指標(biāo)，后者主要體現(xiàn)為管制單元空中交通擁擠程度判定。目前，空中交通流 密度指標(biāo)在應(yīng)用上仍W管制單元的航空器架次統(tǒng)計(jì)作為主要呈現(xiàn)。（2)管制運(yùn)行安全性能， 包括定量和定性?xún)煞矫妗６糠矫?，?guó)際民航組織（ICAO)依據(jù)碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析制定的總的安 全目標(biāo)等級(jí)CTL巧是1.5X10-8次致命飛行事故/飛行小時(shí)，而我國(guó)民航空管系統(tǒng)根據(jù)危 險(xiǎn)接近風(fēng)險(xiǎn)分析將事故征候萬(wàn)架次率作為關(guān)鍵安全指標(biāo)。定性方面，ICAO推薦采用威脅差 錯(cuò)管理（T虹eatandErrorManagement,TEM)或日常運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)（NormalOperations SafetySurvey,NOS巧方法，實(shí)施定性的管制運(yùn)行安全性能評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)學(xué)者圍繞人、機(jī)、環(huán)、 管理等4類(lèi)因素分別建立了安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，并開(kāi)展了指標(biāo)權(quán)重分析。（3)管制運(yùn) 行效率性能，主要圍繞航班延誤指標(biāo)方面。目前，國(guó)外航班延誤統(tǒng)計(jì)指標(biāo)設(shè)及延誤架次率 及延誤時(shí)間。我國(guó)民航欠缺航班延誤時(shí)間的細(xì)化統(tǒng)計(jì)，在航班延誤原因界定、統(tǒng)計(jì)指標(biāo)設(shè) 計(jì)、統(tǒng)計(jì)方法及流程等方面亟待改善。（4)管制員工作負(fù)荷，是管制扇區(qū)容量評(píng)估的重要考 量。國(guó)外學(xué)者從生理/行為特征、主觀測(cè)評(píng)、工作細(xì)分的角度，分別提出了電擊皮膚的反應(yīng)、 屯、率、屯、電圖、血壓、體液等生理指標(biāo)，設(shè)備操作次數(shù)、陸空通話時(shí)間記錄等行為指標(biāo)；ATWIT 技術(shù)、NASA-TLX量表、SWAT量表和MCH法等主觀測(cè)評(píng)技術(shù)；DORATASK、MBB法、RAMS法等衡 量管制員工作時(shí)間的方法。國(guó)內(nèi)學(xué)者發(fā)展了主觀測(cè)評(píng)方法，提出了基于可拓學(xué)的管制員工 作負(fù)荷評(píng)價(jià)模型。 陽(yáng)0化]例如，公開(kāi)號(hào)為CN104636890A的專(zhuān)利文獻(xiàn)在2015-05-20公開(kāi)了一種空中交通管 制員工作負(fù)荷測(cè)量方法，包括：步驟A:確定管制負(fù)荷測(cè)量指標(biāo)，該管制負(fù)荷測(cè)量指標(biāo)包括 眼動(dòng)指標(biāo)和語(yǔ)音指標(biāo)；步驟B:實(shí)時(shí)記錄各眼動(dòng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的眼動(dòng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，W及各語(yǔ)音指標(biāo) 對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音指標(biāo)數(shù)據(jù)；步驟C:對(duì)記錄的眼動(dòng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，計(jì)算出眼動(dòng)指標(biāo)數(shù)據(jù) 的眼動(dòng)綜合因子；步驟D 眼動(dòng)綜合因子和語(yǔ)音指標(biāo)為輸入因素，管制綜合指標(biāo)值為輸出 因素，建立管制負(fù)荷回歸模型。該方法能夠?qū)崟r(shí)、無(wú)干擾的測(cè)量管制員的綜合指標(biāo)，實(shí)用性 強(qiáng)。
[0006] 但該方法參考的數(shù)據(jù)比較局限，指標(biāo)維度單一，不夠全面、綜合，該測(cè)量方法僅利 用局限的數(shù)據(jù)片面地對(duì)管制員工作負(fù)荷進(jìn)行了測(cè)量，存在一定的局限性，預(yù)測(cè)可靠度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種可W提高扇區(qū)性能綜合指數(shù)的檢測(cè)結(jié)果的可靠性的空中交通管 制扇區(qū)運(yùn)行性能檢測(cè)方法和系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 一種空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行性能檢測(cè)方法，包括步驟：
[0010] 步驟1 :確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采集不同時(shí)段的扇區(qū)性能檢測(cè)指標(biāo)樣本，建立 樣本集；
[0011] 步驟2、利用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和闊值，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸出優(yōu)化后 的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
[0012] 步驟3 :根據(jù)輸入的扇區(qū)性能檢測(cè)指標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)步驟2優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)預(yù)測(cè)扇區(qū)性能綜合指數(shù)。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟1包括：
[0014] 步驟1. 1確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
[0015] 步驟1.2建立樣本集。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟1.1包括：
[0017] 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定：巧<V7TT+CH為隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)目，C取從1到10的整數(shù)，I 為指標(biāo)總數(shù)；
[001引隱含層和輸出層的節(jié)點(diǎn)傳遞函數(shù)均采用tansig函數(shù)：
[002U 對(duì)于第P次訓(xùn)練，L,,k,p表示第j(j= 1，2，...，腳組樣本數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的BP神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)第k化二1，2, . . .，H)41隱含層節(jié)點(diǎn)的輸出值，Y，,p表示第ja= 1，2,...，腳組樣本數(shù) 據(jù)所對(duì)應(yīng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的輸出值，《i,k,p表示從輸入層第i41節(jié)點(diǎn)到隱含層第idi 節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，3k,P表示隱含層第k全節(jié)點(diǎn)的闊值，k,p表示從隱含層第kdl節(jié)點(diǎn)到輸出 層單一節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，Pp表示輸出層單一節(jié)點(diǎn)的闊值。
[0022] 優(yōu)選的，所述步驟1. 2包括：
[0023] 采集不同時(shí)段的扇區(qū)性能檢測(cè)指標(biāo)樣本，取樣本對(duì)應(yīng)扇區(qū)運(yùn)行歷史時(shí)段的管制錄 音錄像，組織資深管制專(zhuān)家W聽(tīng)錄音、看錄像的方式，分析所復(fù)現(xiàn)的管制情境，參照扇區(qū)運(yùn) 行性能檢測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)樣本進(jìn)行扇區(qū)運(yùn)行性能綜合分類(lèi)，將綜合分類(lèi)結(jié)果標(biāo)定為扇區(qū)運(yùn)行 性能綜合指數(shù)；將不同時(shí)段的扇區(qū)性能檢測(cè)指標(biāo)樣本及其對(duì)應(yīng)的扇區(qū)性能綜合指數(shù)樣本組 成n組樣本數(shù)據(jù)對(duì)，建立樣本集。
[0024] 所述扇區(qū)性能檢測(cè)指標(biāo)包括扇區(qū)通行性檢測(cè)指標(biāo)、扇區(qū)復(fù)雜性檢測(cè)指標(biāo)、扇區(qū)安 全性檢測(cè)指標(biāo)、扇區(qū)經(jīng)濟(jì)性檢測(cè)指標(biāo)和管制員工作負(fù)荷指標(biāo)。 陽(yáng)0巧]所述扇區(qū)通行性檢測(cè)指標(biāo)為扇區(qū)流量、扇區(qū)航行里程、扇區(qū)航行時(shí)間和扇區(qū)交通 流密度；扇區(qū)復(fù)雜性檢測(cè)指標(biāo)為扇區(qū)航空器爬升次數(shù)、扇區(qū)航空器下降次數(shù)、扇區(qū)航空器改 速次數(shù)、扇區(qū)航空器改航次數(shù)；扇區(qū)安全性檢測(cè)指標(biāo)為扇區(qū)短期沖突告警頻率和扇區(qū)最低 安全高度告警頻率；扇區(qū)經(jīng)濟(jì)性檢測(cè)指標(biāo)為扇區(qū)飽和度、扇區(qū)排隊(duì)長(zhǎng)度、扇區(qū)航空器延誤架 次率、扇區(qū)航空器延誤時(shí)間、扇區(qū)航空器平均延誤時(shí)間；管制員工作負(fù)荷檢測(cè)指標(biāo)為陸空通 話信道占用率、陸空通話次數(shù)。
[00%] 優(yōu)選的，所述步驟2包括如下步驟：
[0027] 步驟2. 1使用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和闊值；
[0028] 步驟2. 2W最優(yōu)初始化權(quán)值和闊值，對(duì)扇區(qū)性能檢測(cè)指標(biāo)樣本進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn) 練，輸出優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0029] 優(yōu)選的，所述步驟2. 1包括：
[0030] 步驟2. 1. 1隨機(jī)初始化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和闊值，對(duì)權(quán)值和闊值進(jìn)行編碼，形成個(gè) 體及種群；
[0031] 步驟2. 1. 2構(gòu)造個(gè)體適應(yīng)度函數(shù)；
[0032] 步驟2. 1. 3選擇操作；
[0033] 步驟2. 1. 4交叉操作；
[0034] 步驟2. 1. 5變異操作；
[0035] 步驟2. 1. 6根據(jù)遺傳算法結(jié)束條件，選取適應(yīng)度值最大的個(gè)體基因編碼，作為BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)初始化權(quán)值和闊值。
[0036] 優(yōu)選的，所述步驟2. 1. 1包括：
[0037] 個(gè)體的編碼采用實(shí)數(shù)編碼方式，每個(gè)個(gè)體由輸入層與隱含層連接權(quán)值、隱含層闊 值、隱含層與輸出層連接權(quán)值W及輸出層闊值構(gòu)成。
[0038] 優(yōu)選的，步驟2. 1. 2包括：
[0039] 將不同時(shí)段的扇區(qū)性能檢測(cè)指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)歸一化處理后作為網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)，將對(duì) 應(yīng)的扇區(qū)性能綜合指數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)期望輸出，W種群中第1(1 = 1，2,...，L)個(gè)個(gè)體作為BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和闊值，L表示種群規(guī)模，并W訓(xùn)練輸出與期望輸出之間誤差（絕對(duì)值）之和 的倒數(shù)，作為在第d次迭代后的適應(yīng)度值Fi,d:
[0040]
[0041]其中，礙、.釀分別表示在第d次迭代時(shí)，第j(j=1，2，...，腳組樣本數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng) 的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練輸出與期望輸出。璋罐&可取1，2, 3,4, 5,分別表示扇區(qū)運(yùn)行性能 為最好、較好、一般、較差、最差。步驟2. 1. 3選擇操作。
[0042] 優(yōu)選的，所述步驟2. 1. 3包括：
[0043] 通過(guò)選擇操作處理個(gè)體適應(yīng)度值，選擇輸出部分個(gè)體適應(yīng)度值對(duì)應(yīng)的個(gè)體；
[0044] 個(gè)體1在第d次迭代時(shí)的選擇概率為：
[0045]
[0046] 優(yōu)選的，所述步驟2. 1.4包括：
[0047] 使用交叉操作對(duì)選擇輸出的個(gè)體進(jìn)行處理，并輸出交叉操作結(jié)果。第1個(gè)個(gè)體和 第r個(gè)個(gè)體在m位進(jìn)行基因交叉操作方法為：
[0048]
W例其中：gi,m,d和gl, ,m,d分別表示第1個(gè)個(gè)體和第1'個(gè)個(gè)體在m位的基因，g'i,m,d和g'r,m,d分別表示第1