專利名稱:一種基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于民航技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前,航班延誤一直都是困擾航空公司和旅客的一大難題。航班運行往往受天氣、航空管制、機械故障、飛機調(diào)配、飛行計劃等多種因素的影響,因而航班延誤難以避免和難以預(yù)測。至今尚未有航班延誤預(yù)測系統(tǒng),有的只是對較長時間段內(nèi)的局部航班運行統(tǒng)計,時效性差,當(dāng)航班延誤發(fā)生時,航班延誤的累積會形成延誤波及效應(yīng),造成更大規(guī)模的延誤。因此,航班延誤的問題急待研究和解決。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題,而提供一種基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是提供一種基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),以便在更小的時間段內(nèi)對機場航班狀態(tài)進行預(yù)測,然后根據(jù)制定的航班預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn),判斷各時間內(nèi)的延誤程度,發(fā)出相應(yīng)得預(yù)警信號,使機場可以制定應(yīng)急與聯(lián)動預(yù)案,減小航班延誤波及影響,更好地服務(wù)于乘客。
研究表明,航班延誤狀態(tài)檢測和免疫系統(tǒng)區(qū)分自體與非自體有極大的相似性。免疫系統(tǒng)的主要功能就是保護組織免受傳染疾病的威脅,并且消除細胞殘骸和發(fā)生功能異樣的細胞。為了實現(xiàn)這些功能,免疫系統(tǒng)首先要解決的就是如何對自身的細胞(自體)和那些不屬于自身的元素(非自體)進行區(qū)分。而受生物免疫系統(tǒng)啟發(fā)而產(chǎn)生的人工免疫系統(tǒng),以其強大的信息處理能力和獨特的問題求解模式越來越廣泛地應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)安全和計算機入侵檢測等領(lǐng)域?;谏鲜龇治?,嘗試把免疫算法中運用到航班延誤狀態(tài)的診斷檢測與預(yù)測中,將生物免疫系統(tǒng)機制與機場航班運行機制聯(lián)系起來,建立相應(yīng)的自體集合、檢測細胞、抗原信息及它們之間的匹配模型,為機場航班延誤應(yīng)急處理提供決策技術(shù)支持。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是 一種基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),有服務(wù)器端設(shè)備和客戶端設(shè)備,其特點是機場有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接信息數(shù)據(jù)輸入裝置,接受航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù),機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接空管數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和航班數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,采集信息數(shù)據(jù)并實時更新;客戶端設(shè)備有計算機、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和LCD顯示屏幕,計算機通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接并采集信息,處理信息數(shù)據(jù),并將航班延誤信息數(shù)據(jù)顯示在LCD屏幕上。
本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施 所述的基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),其特點是機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)通過防火墻、路由器和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接空管的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、中航信數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和航空公司的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
所述的基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),其特點是計算機連接音箱設(shè)備,發(fā)出航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù)聲音。
所述的基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),其特點是輸入裝置接受預(yù)警信息數(shù)據(jù)的輸入,計算機利用生物免疫機制進行航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù)處理,預(yù)警信息數(shù)據(jù)傳送給音箱設(shè)備或LCD顯示屏幕。
本發(fā)明特征 建立機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)是通過訪問機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器所得到的。而機場的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是動態(tài)變化的,它需要數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提供數(shù)據(jù)技術(shù)。如附圖1所示 (1)因為從機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器訪問得到的數(shù)據(jù)可能不是系統(tǒng)需要的格式,這要求必須對其處理以滿足我們的需要,因此在客戶端建立系統(tǒng)自己的數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫中的表和字段如下 航班運行數(shù)據(jù)表含有航班的航班號、進離港標(biāo)記、和航班的實際時間; 航班預(yù)警系統(tǒng)中的自體集合數(shù)據(jù)庫字段同航班運行數(shù)據(jù)庫的字段; 航班檢測器數(shù)據(jù)表含有的屬性有檢測器對應(yīng)的航班號、進離港標(biāo)記、航班的計劃時間、檢測器的年齡、檢測器總的年齡、累計匹配數(shù)、航班延誤率以及對應(yīng)航班的平均延誤時間; 而航班記憶檢測器數(shù)據(jù)表,成熟檢測器數(shù)據(jù)庫和未成熟檢測器數(shù)據(jù)庫同航班檢測器數(shù)據(jù)庫的字段是一樣的; (2)建立航班檢測器過程中的參數(shù),含有 ①成熟檢測器進化記憶檢測器的航班延誤率進化閾值,在檢測器的訓(xùn)練過程中,成熟檢測器的延誤率這個屬性值超過這個閾值的話,就要進化為記憶檢測器; ②成熟檢測器的生命閾值; ③成熟檢測器的延誤率死亡閾值,在訓(xùn)練過程中,當(dāng)成熟檢測器到達生命閾值之前,延誤率還沒有超過延誤率死亡閾值,就丟棄該成熟檢測器; ④記憶檢測器的生命閾值,它是為了防止在初始階段劃分的記憶檢測器所對應(yīng)的航班在訓(xùn)練階段中所對應(yīng)的航班延誤的比較少,造成對航班狀態(tài)進行預(yù)測時出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況下而設(shè)置的參數(shù); ⑤記憶檢測器的延誤率放棄閾值,當(dāng)記憶檢測器到達生命閾值之前,延誤率還沒有超過延誤率閾值,就把該記憶檢測器放入成熟檢測器中繼續(xù)訓(xùn)練; ⑥未成熟檢測器產(chǎn)生的延誤率閾值,在初始階段中,總檢測器的屬性延誤率小于這個閾值時就把它歸于未成熟檢測器集合中; ⑦航班的延誤閾值,在對航班狀態(tài)進行預(yù)測時使用到; ⑧離港航班的延誤時間閾值,進行規(guī)定對于離港航班來說,在班期時刻表公布的離站時間后15分鐘或25分鐘,還沒有正常起飛的航班為延誤航班; ⑨進港航班的延誤時間閾值,而對于進港航班來說,在班期時刻表公布的到達時間還沒有開客艙門的為延誤航班; ⑩預(yù)警的時間間隔。
(3)航班延誤預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生 為了更好為機場的決策人員服務(wù),針對每天每隔一小時的預(yù)測某時間段的航班累計延誤的程度發(fā)出相應(yīng)預(yù)警信號。我們提出航班延誤預(yù)警等級的劃分標(biāo)準(zhǔn),即附表1所示; (4)預(yù)警日期和時間段輸入單元接受用戶預(yù)警的日期和時間段,并產(chǎn)生對應(yīng)的初始統(tǒng)計航班數(shù)據(jù)和訓(xùn)練航班數(shù)據(jù); (5)初始航班檢測器產(chǎn)生單元,見附圖2; (6)檢測器訓(xùn)練單元,采用生物免疫中的一些機制去訓(xùn)練初始檢測器,方法如下訓(xùn)練航班中的數(shù)據(jù)是在數(shù)據(jù)庫表中是按各航班的計劃時間從早到晚存儲的。
Do Begin 提呈抗原集合中的第一個抗原; Do Begin 記憶檢測器中的第一個檢測細胞與抗原進行匹配; if(匹配成功) 對應(yīng)的檢測器匹配數(shù)加1,年齡加1,延誤率為匹配屬和年齡的比值,平均延誤時間為該檢測器檢測到的對應(yīng)所有延誤航班的延誤時間平均值 else if(航班號相同但不匹配) 對應(yīng)的檢測器年齡加1,延誤率隨之改變 if(記憶檢測器的延誤率<記憶檢測器的延誤率放棄閾值)&&(年齡/總的年齡>=記憶檢測器的生命閾值)從記憶檢測器集合中刪除該檢測器放入成熟檢測器里繼續(xù)訓(xùn)練 下一個檢測器檢測; End while(記憶檢測器檢測完畢) Do Begin 成熟檢測器中的第一個檢測細胞與抗原進行匹配; If(匹配成功)該檢測細胞的對應(yīng)的檢測器匹配數(shù)加1,年齡加1,延誤率為匹配屬和年齡的比值,平均延誤時間為該檢測器檢測到的對應(yīng)所有延誤航班的延誤時間平均值 Else if(航班號相同但不匹配) 對應(yīng)的檢測器年齡加1,延誤率隨之改變 If(成熟檢測細胞的延誤率>=成熟檢測器延誤率進化閾值) 從成熟檢測器集合中刪除該檢測器,加入到記憶檢測器集合中; If(成熟檢測器的延誤率<成熟檢測器的延誤率死亡閾值)&&(年齡/總的年齡>=成熟檢測器的生命閾值) Then把符合條件的成熟檢測器從成熟檢測器集合中刪除掉,然后從未成熟檢測器集合中隨機選取經(jīng)過自體耐受后加入到成熟檢測器集合中; 下一個檢測器檢測; End while(成熟檢測器集合檢測完畢) 提呈抗原集合中的下一個抗原; End while(抗原集合提呈完畢) (7)預(yù)警顯示單元, 步驟1.針對一天每隔一小時的航班,若待測航班中的航班號有與航班記憶檢測器集合中檢測器航班號相同的,預(yù)測該航班在檢測器屬性計劃時間所屬的時間段內(nèi)延誤,該時間段內(nèi)的航班延誤值加1,并且根據(jù)平均延誤時間的值確定該航班的延誤是否波及到后面幾個時間段內(nèi),如果波及到,那后面的幾個時間段的航班延誤值也加1; 步驟2.航班中的航班號有與成熟檢測器集合中檢測器航班號相同的,并且檢測器的延誤率屬性值大于航班的延誤閾值,預(yù)測該航班在檢測器屬性計劃時間所屬的時間段內(nèi)延誤,該時間段內(nèi)的航班延誤值加1,并且根據(jù)平均延誤時間的值確定該航班的延誤是否波及到后面幾個時間段內(nèi),如果波及到,那后面的幾個時間段的航班延誤值也加1; 步驟3.根據(jù)各時間段的累積航班延誤數(shù)預(yù)測值和制定的航班延誤預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn),通過音響設(shè)備和LCD大屏幕發(fā)出對應(yīng)的聲音和色彩。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果 基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng)是一種能實時跟蹤航班信息技術(shù)方案,能在較小的時間段內(nèi)對機場航班狀態(tài)進行預(yù)測,然后根據(jù)制定的航班預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn),判斷各時間內(nèi)的延誤程度,發(fā)出相應(yīng)得預(yù)警信號,使機場可以制定應(yīng)急與聯(lián)動預(yù)案,減小航班延誤波及影響,保障了信息的準(zhǔn)確性和實時性,信息傳遞順暢,更好地進行服務(wù)預(yù)警,為機場航班服務(wù),提高了航班運行質(zhì)量。
圖1是本發(fā)明連接結(jié)構(gòu)示意框圖; 圖2是初始航班檢測器產(chǎn)生單元流程圖; 圖3是機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng)使用流程圖; 圖4各時間段的預(yù)測平均誤差變化曲線; 圖5各時間段的預(yù)測平均準(zhǔn)確率變化曲線; 圖6連續(xù)一月的預(yù)警準(zhǔn)確率變化曲線; 圖1中,1-計算機,2-路由器,3-防火墻,4-交換機,5-機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,6-防火墻,7-路由器,8-空管數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,9-中航信數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,10-航空公司數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
具體實施例方式 為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效,茲例舉以下實施例,并配合附圖詳細說明如下 請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6。
實施例1 一種基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),有服務(wù)器端設(shè)備和客戶端設(shè)備,其機場有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接信息數(shù)據(jù)輸入裝置,輸入裝置接受航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù)輸入,機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)通過防火墻6、路由器7和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接空管的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器8、中航信數(shù)據(jù)庫服務(wù)器9和航空公司的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器10,采集信息數(shù)據(jù)并實時更新;客戶端設(shè)備有計算機1、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、音箱和LCD顯示屏幕,計算機1通過路由器2、防火墻3、交換機4、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器5連接并采集信息,計算機1利用生物免疫機制進行航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù)處理,并將航班延誤信息數(shù)據(jù)傳送給音箱設(shè)備或顯示在LCD屏幕上。
以仿真實例做進一步說明 參數(shù)設(shè)置 成熟檢測器進化記憶檢測器的航班延誤率進化閾值為0.7; 成熟檢測器的生命閾值為0.8; 成熟檢測器的延誤率死亡閾值0.45; 記憶檢測器的生命閾值0.7; 記憶檢測器的延誤率放棄閾值0.6; 未成熟檢測器產(chǎn)生的延誤率閾值0.4; 航班的延誤閾值0.5; 離港航班的延誤時間閾值25分鐘; 進港航班的延誤時間閾值0分鐘; 預(yù)警的時間間隔為1小時。
在仿真過程中,采用的實驗數(shù)據(jù)來自某大型機場06年夏秋航班的運行數(shù)據(jù)。4、5月份的數(shù)據(jù)作為算法統(tǒng)計數(shù)據(jù),6、7月的數(shù)據(jù)作為檢測器的基本訓(xùn)練數(shù)據(jù),而對8、9月份的各時間段的累積延誤航班數(shù)進行預(yù)測。
為了盡可能地檢測和預(yù)測到所有航班,在初始階段產(chǎn)生檢測器時,檢測器屬性中的航班號是通過對4月到9月航班數(shù)據(jù)中的所有航班的航班號統(tǒng)計獲得的。
附表2給出在統(tǒng)計階段形成的初始檢測器集合 在附表2中,航班號為XX8881的檢測器的屬性延誤率值0.98大于α,所以劃分入記憶檢測器集合中;航班XX1109則不是每天運行,但它的延誤率達到0.79,也屬于記憶檢測器。從表中還可以看到,航班XX388所屬的檢測器中的屬性值年齡、總的年齡、匹配數(shù)、延誤率、平均延誤時間都為0,因為該航班號產(chǎn)生于6、7、8、9月中的航班運行數(shù)據(jù)中;航班XX1131是臨時航班。
統(tǒng)計總的檢測器產(chǎn)生意味著生成記憶檢測器、成熟檢測器和未成熟檢測器,可以利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)對檢測器訓(xùn)練。例如對9月1日的航班預(yù)測時,因為當(dāng)天是周5,訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括基本的訓(xùn)練數(shù)據(jù)即6、7月的運行數(shù)據(jù)、6、7月中的周5的數(shù)據(jù)、8月4日數(shù)據(jù)、8月11日數(shù)據(jù)、8月18日數(shù)據(jù)和8月25日數(shù)據(jù)。
附表3和附表4分別代表9月1日訓(xùn)練后的記憶檢測器集合和成熟檢測器集合。
在附表3中,航班號為XX8881的檢測器的屬性延誤率值一貫比較高,它一直在記憶檢測器集合中;航班號XX4572的檢測器本來在成熟檢測器中,隨著延誤率超過成熟檢測器進化記憶檢測器的航班延誤率進化閾值就進化成記憶檢測器。
在附表4中,航班號為XX1109的檢測器初始在記憶檢測器中,但隨航班數(shù)據(jù)中該航班延誤減少,逐漸退化為成熟檢測器;檢測器XX5458的航班延誤穩(wěn)定,在成熟檢測器集合中,而檢測器XX1225,本來屬于未成熟檢測器,但在檢測器訓(xùn)練的過程中,經(jīng)歷自體耐受后進入成熟檢測器集合中。
對9月份每天7點到22點每隔1小時進行航班預(yù)測,,各時間段的累計延誤數(shù)預(yù)測值與實際值的誤差有正有負,附圖4給出了9月1日到9月30日中各時間段累計延誤航班數(shù)預(yù)測值與實際值的平均誤差情況。
從圖4中的平均誤差曲線可以看出,各時間段累計延誤航班數(shù)的預(yù)測值和實際值相差不大,尤其是時間段[15:00-16:00]和[19:00-20:00]的預(yù)測值誤差趨向于0,說明預(yù)測效果比較好。
附圖5給出了9月1日到9月30日中各時間段累計延誤航班數(shù)預(yù)測的平均準(zhǔn)確率情況。
從圖5中可知,各時間段預(yù)測的平均準(zhǔn)確率都比較高,一般在80%以上,最好的達到92%,說明在預(yù)測某時間段內(nèi)的累計延誤航班數(shù)量方面,該算法具有很高的實用性和參考性。
根據(jù)本文制定的航班延誤預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn),針對各時間段內(nèi)的累計延誤實際數(shù)和預(yù)測數(shù)分別預(yù)警,可知預(yù)警的準(zhǔn)確程度。
從附圖6中的一個月預(yù)警準(zhǔn)確率的變化曲線來看,有24天的預(yù)警準(zhǔn)確率在80%以上,而在80%以下的只有6天,表明在預(yù)警方面表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性。因此本系統(tǒng)制定的航班延誤預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)可以服務(wù)于機場決策人員,便于發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號,使機場各部門采取相應(yīng)的措施,讓航班延誤程度達到最小化,更好的服務(wù)于乘客,提高了航班運行質(zhì)量。
表1延誤預(yù)警等級劃分標(biāo)準(zhǔn)
表2初始統(tǒng)計產(chǎn)生的總的檢測器
表3訓(xùn)練后的記憶檢測器集合
表4訓(xùn)練后的成熟檢測器集合
權(quán)利要求
1.一種基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),有服務(wù)器端設(shè)備和客戶端設(shè)備,其特征是機場有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接信息數(shù)據(jù)輸入裝置,接受航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù),機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接空管數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和航班數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,采集信息數(shù)據(jù)并實時更新;客戶端設(shè)備有計算機、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和LCD顯示屏幕,計算機通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接并采集信息,處理信息數(shù)據(jù),并將航班延誤信息數(shù)據(jù)顯示在LCD屏幕上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),其特征是機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)通過防火墻、路由器和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接空管的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、中航信數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和航空公司的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),其特征是計算機連接音箱設(shè)備,發(fā)出航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù)聲音。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng),其特征是輸入裝置接受預(yù)警信息數(shù)據(jù)的輸入,計算機利用生物免疫機制進行航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù)處理,預(yù)警信息數(shù)據(jù)傳送給音箱設(shè)備或LCD顯示屏幕。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于免疫算法的機場航班延誤預(yù)警系統(tǒng)。本發(fā)明屬于民航技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明有服務(wù)器端設(shè)備和客戶端設(shè)備,其機場有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接信息數(shù)據(jù)輸入裝置,接受航班延誤預(yù)警信息數(shù)據(jù),機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接空管數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和航班數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,采集信息數(shù)據(jù)并實時更新;客戶端設(shè)備有計算機、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和LCD顯示屏幕,計算機通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與機場數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接并采集信息,處理信息數(shù)據(jù),并將航班延誤信息數(shù)據(jù)顯示在LCD屏幕上。本發(fā)明能在較小的時間段內(nèi)發(fā)出相應(yīng)預(yù)警信號,減小航班延誤波及影響,保障了信息的準(zhǔn)確性和實時性,提高了工作效率和航班運行質(zhì)量。
文檔編號G08G5/00GK101339700SQ20081005412
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者丁建立, 仝冠生, 濤 徐 申請人:中國民航大學(xué)