一種基于聚類分析法的空中交通管制模擬仿真異常檢測方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空中交通管制的技術領域，尤其涉及一種空中交通管制模擬仿真 異常檢測方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 為了保證各類飛行活動的安全和有序，空中交通管制服務顯得相當重要。現(xiàn)代空 中交通管制服務的主要內容是：空中交通管制員依托現(xiàn)代通信、導航、監(jiān)視技術，對所轄航 空器實施管理和控制，協(xié)調和指導其運動路徑和模式，以防止空中航空器與航空器相撞、以 及在機場機動區(qū)內航空器與障礙物相撞，維護和加快空中交通的有序流動?？罩薪煌ü苤?扇區(qū)是空中交通管制的基本空間單元，一般情況下，為航空器提供空中交通管制服務的空 域被劃設為若干管制扇區(qū)，每個管制扇區(qū)對應一個管制員工作席位。為了保證管制員能夠 高效、準確地控制空域中的航空器有序流動，現(xiàn)有技術中提供一些模擬空中交通管制控制 的模擬仿真裝置和方法。
[0003] 例如，中國專利申請?zhí)枮镃N201410487083. 1的專利申請中公開了一種基于虛擬 管制員的空域仿真方法及其裝置，該方法包括：獲取預設的飛行計劃和航跡沖突規(guī)則及風 條件；若判斷獲知飛行計劃和航跡沖突規(guī)則合法，則獲取航空器性能數(shù)據(jù)；根據(jù)飛行計劃、 風條件及航空器性能數(shù)據(jù)獲得航空器的第一軌跡信息，并檢測是否接收到管制指令；若檢 測到管制指令，則根據(jù)航空器性能數(shù)據(jù)、航跡沖突規(guī)則以及管制指令，獲得航跡沖突統(tǒng)計信 息；若未檢測到管制指令，則根據(jù)航空器性能數(shù)據(jù)、航跡沖突規(guī)則以及第一軌跡信息，獲得 航跡沖突統(tǒng)計信息；從而提高仿真的實時性。
[0004] 但是實際的空域管制中，會出現(xiàn)很多意料不到的問題，僅僅靠現(xiàn)有技術中的模擬 仿真裝置和方法，很難滿足對空中交通管制過程進行全面、綜合仿真、檢測的需求；而且發(fā) 明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術中的模擬仿真方法和裝置并不能提示提示管制 員在仿真過程中的異常錯誤信息。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術中缺乏能夠對空中交通管制過程進行全面、綜合仿真、檢測和 異常信息提示的技術問題，本發(fā)明提供一種能夠很好地仿真、檢測管制人員操作過程的空 中交通管制模擬仿真異常檢測方法和裝置。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案包括：
[0007] -方面，提供一種空中交通管制模擬仿真異常檢測方法，其特征在于，包括：
[0008] 步驟1 :采集樣本數(shù)據(jù)，通過雷達管制模擬機收集管制員輸入?yún)?shù)樣本數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟2 :基于樣本數(shù)據(jù)，利用聚類分析法構建管制員操作參數(shù)檔案；
[0010] 步驟3 :采集模擬數(shù)據(jù)，通過雷達管制模擬機采集管制員輸入?yún)?shù)的實時模擬數(shù) 據(jù)；
[0011] 步驟4,參照管制員操作參數(shù)檔案，對所述管制員輸入?yún)?shù)的實時模擬數(shù)據(jù)進行相 似度計算，得到最小相似度值；
[0012] 步驟5 :若所述最小相似度值大于預定的閾值，提示管制員模擬操作異常。
[0013] 進一步地，所述管制員輸入?yún)?shù)類型包括管制通行性參數(shù)、管制復雜性參數(shù)、管制 安全性參數(shù)、管制經(jīng)濟性參數(shù)、管制工作負荷參數(shù)。
[0014] 進一步地，所述管制通行性參數(shù)包括管制員仿真測試的時長、扇區(qū)航行里程、扇區(qū) 航行時間、扇區(qū)交通流密度，所述管制復雜性參數(shù)包括扇區(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)航空器改行次數(shù)，所述管制安全性參數(shù)包括扇區(qū)短期沖 突告警頻率、扇區(qū)最低安全高度告警頻率，所述管制經(jīng)濟性參數(shù)包括扇區(qū)內航空器排隊長 度、航空器延誤架次率、航空器延誤時間、航空器平均延誤時間，所述管制工作負荷參數(shù)包 括陸空通話信道占用率、陸空通話次數(shù)，總計16項參數(shù)。
[0015] 進一步地，所述步驟1和步驟2之間還設有樣本數(shù)據(jù)無量綱處理步驟，具體如下：
[0016] 令第i個樣本的第j項參數(shù)的實際值為x^j，yu為無量綱化處理后的參數(shù)值，^ 為第j項參數(shù)的均值，為第j項參數(shù)的標準差，則對于正向參數(shù)，
對于逆向 參數(shù)，先取其倒數(shù)或取負使其正向化，再使用上述公式對其進行無量綱化處理。
[0017] 進一步地，所述步驟2具體包括如下步驟：
[0018] 步驟2.1 :初始化類
[0019] 基于樣本無量綱化參數(shù)值，制定聚類數(shù)目k，并確定每一類的初始類中心點；
[0020] 步驟2. 2 :根據(jù)距離最近原則分類
[0021] 計算每個樣本到k個類中心點的之間的歐幾里德距離，并按照距類中心點距離最 短的原則將所有數(shù)據(jù)分類，形成k個類，依次計算各類中變量的均值，并以均值作為新的k 個類的類中心點；
[0022] 步驟2. 3 :聚類分析結果輸出
[0023] 計算新確定的類中心點距上個類中心點之間的偏移量，當最大偏移量大于設定值 時，返回步驟2. 2,否則聚類結束得到k個類，從而得到管制員操作參數(shù)檔案。
[0024] 進一步地，所述步驟4包括如下步驟：
[0025] 步驟4. 1實時數(shù)據(jù)輸入與標準化：
[0026] 獲取雷達管制模擬機采集管制員輸入?yún)?shù)的實時模擬數(shù)據(jù)，令第1個管制員第j 項參數(shù)的實際值為ru ]，]為無量綱化處理后的參數(shù)值，$為第j項參數(shù)的均值，S]為第 j項參數(shù)的標準差，則對于正向參數(shù)，^對于逆向參數(shù)，先取其倒數(shù)或取負使其 正向化，再使用上述公式對其進行無量綱化處理；其中均值和標準差從管制員操作參數(shù)檔 案中提取；
[0027] 步驟4. 2最大相似類尋找：
[0028] 計算管制員1的模擬數(shù)據(jù)無量綱化參數(shù)值t= {t u j = 1，2, ...，16}與管制員 操作參數(shù)檔案中各個類的中心點(^的相似度sim (t i，ck)，并求得與管制員操作參數(shù)檔案中 k個類中心點的最大相似度simlti, ck)及其類Class (k)，其中SimU1, ck)可記為：
[0030] 其中，& ,為檢測數(shù)據(jù)無量綱化后第j項參數(shù)值，c ki ]為第k個類中心點的第j項 無量綱化參數(shù)值。
[0031] 進一步地，所述步驟5包括如下步驟：
[0032] 計算^與Class(k)中各樣本無量綱化數(shù)據(jù)的相似度，得到最大相似類中的最小 相似度minSim，若minSim超出設定的閾值范圍，則輸出異常操作報警信號。
[0033] 另一方面，還提供一種空中交通管制模擬仿真異常檢測裝置，其特征在于，包括：
[0034] 雷達管制模擬機，用于采集樣本數(shù)據(jù)和管制員輸入的實時模擬數(shù)據(jù)；
[0035] 相似度計算單元，用于將所述樣本數(shù)據(jù)和所述實時模擬數(shù)據(jù)進行相似度處理；其 中，所述相似度計算單元設置有對數(shù)據(jù)分類的聚類處理子單元；
[0036] 樣本數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲經(jīng)過所述相似度計算單元計算的樣本數(shù)據(jù)；
[0037] 閾值判斷單元，當經(jīng)過相似度處理后的所述實時模擬數(shù)據(jù)超出所述樣樣本數(shù)據(jù)存 儲單元中樣本數(shù)據(jù)的預定范圍時，提示管制員模擬操作異常。
[0038] 進一步地，所述相似度計算單元還包括無量綱化處理子單元；所述聚類處理子單 元包括對數(shù)據(jù)集進行類處理的歐幾里德距離計算模塊。
[0039] 采用本發(fā)明提供的上述技術方案，至少有以下有益效果：
[0040] 1、對數(shù)據(jù)集采用聚類處理相似度，可以很好地將雷達管制模擬機的數(shù)據(jù)進行分 類，這樣可以先將樣本數(shù)據(jù)按照等級分好類；然后管制員在后續(xù)操作雷達管制模擬機的時 候，就可以直接按照分好類的樣本數(shù)據(jù)結合相似度閾值，提示管制員的模擬仿真操作是否 異常。
[0041] 2、采用聚類處理來對管制員模擬仿真機進行模擬仿真異常操作檢測時，不僅可以 對單組數(shù)據(jù)進行異常檢測，還可以同時對多組數(shù)據(jù)進行異常檢測，即可以實現(xiàn)對單一管制