一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于空中交通擁擠識(shí)別領(lǐng)域，公開(kāi)了扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，用于監(jiān)測(cè)扇區(qū)“點(diǎn)線面體”各維度空間及時(shí)間的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)。該方法通過(guò)分析空域單元結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，建立了一套面向扇區(qū)重要點(diǎn)、航線段、高度層及全扇區(qū)等各維度空間的空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，包括機(jī)動(dòng)等待次數(shù)、機(jī)動(dòng)等待行為比、流量比、平均速度、密度、延誤、容流比、管制員工作負(fù)荷等；通過(guò)分析空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)之間的相關(guān)性和差異性，提出扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)綜合模糊聚類識(shí)別方法。本發(fā)明完善了空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，提出一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，兼具創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和實(shí)用性，非常符合空中交通運(yùn)行特點(diǎn)和空中交通管制實(shí)際需求。
【專利說(shuō)明】
-種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及空中交通規(guī)劃與管理領(lǐng)域，特別設(shè)及一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航空運(yùn)輸需求快速增長(zhǎng)，空中交通擁堵問(wèn)題日益突出，空中交通管制工作負(fù) 荷急劇增加?？茖W(xué)分析、準(zhǔn)確識(shí)別空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)是有效疏導(dǎo)空中交通擁堵、降低空中交 通管制工作負(fù)荷的關(guān)鍵基礎(chǔ)?？罩薪煌ü苤仆ǔ０褏^(qū)域或終端(進(jìn)近)管制區(qū)劃分成兩個(gè)或 者兩個(gè)W上的管制單元，每個(gè)單元稱為一個(gè)扇區(qū)，用W減輕管制區(qū)工作負(fù)荷、提高空中交通 安全性和運(yùn)行效率。因此，扇區(qū)是空中交通管制的基本單位，扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)識(shí)別也 是空中交通管制重要的基礎(chǔ)性工作，可為空中交通管制、空域系統(tǒng)規(guī)劃等提供技術(shù)支持和 參考依據(jù)，具有重要的實(shí)際意義。
[0003] 扇區(qū)空中交通擁堵是指由于扇區(qū)運(yùn)行能力不能滿足持續(xù)飛行需求而造成航空器 排隊(duì)、空中等待、機(jī)動(dòng)繞飛等的空中交通現(xiàn)象。目前針對(duì)扇區(qū)空中交通擁堵識(shí)別方法的研究 較少，主要是通過(guò)比較扇區(qū)流量與運(yùn)行容量口限值來(lái)簡(jiǎn)單評(píng)判扇區(qū)擁擠狀態(tài)，不能分析扇 區(qū)點(diǎn)、線、體等空間和時(shí)間擁堵特征和航空器微觀運(yùn)行所產(chǎn)生的擁堵特點(diǎn)，在較大程度上影 響了其針對(duì)性、科學(xué)性和實(shí)用性。因此，亟需建立一套針對(duì)空中交通運(yùn)行特點(diǎn)、符合管制工 作實(shí)際需要的空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系與扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，不僅能監(jiān)測(cè) 整個(gè)扇區(qū)的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)，也能細(xì)致把握點(diǎn)、線、面多維度的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)，為扇 區(qū)空中交通安全保障、空域系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)等提供技術(shù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述現(xiàn)有研究不足，本發(fā)明建立了一套針對(duì)空中交通運(yùn)行特點(diǎn)、符合管制 工作實(shí)際需要的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)及其計(jì)算方法，提出了一種扇區(qū)空中交通擁堵 狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法。
[0005] 本發(fā)明提供的一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，提取空中交通運(yùn)行狀態(tài)特征 數(shù)據(jù)，測(cè)算空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，采用模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)扇區(qū)空中交通擁 堵?tīng)顟B(tài)進(jìn)行識(shí)別。
[0006] 所述的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，包括機(jī)動(dòng)等待次數(shù)、機(jī)動(dòng)等待行為比、流量 比、平均速度、速度比、密度、延誤、容流比、管制員工作負(fù)荷。
[0007] 所述監(jiān)測(cè)指標(biāo)中，機(jī)動(dòng)等待次數(shù)具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元 的航空器發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待行為的航空器數(shù)量，用W直觀衡量空域單元的擁擠影響 程度
[000引
[0009]其中，Clg表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的航空器發(fā)生空中等 待行為的航空器數(shù)量，喘I,W表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的發(fā)生機(jī)動(dòng) 繞飛行為的航空器數(shù)量；
[0010] 所述機(jī)動(dòng)等待行為比1'。-'1具體為：管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元的航空器 發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待等行為的數(shù)量比，用W衡量該類航空器受擁擠影響程度
[0011]
[001^ 其中，M'。4表示管制扇區(qū)to-tl監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待等行 為的航空器數(shù)量，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的所有航空器數(shù) 量；
[001引所述流量比打具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元的流量與相等時(shí)長(zhǎng) 內(nèi)的歷史平均流量之比，用W反映航空器飛行順楊狀態(tài)
[0014]
[001引其中，斯。-''表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的流量，妒'表示所有 歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)長(zhǎng)A t( A t = ti-to)內(nèi)空域單元的歷史平均流量；
[0016] 所述平均速度r。-'，具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元所有航空器的平 均飛行速度，平均速度越大，反映的空中交通流越為通楊
[0017]
[001引具甲，W'。'巧不菅制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的航空器數(shù)量，巧表示 航空器i在監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)的平均速度；
[0019] 速度比訪<^'具體為：管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，單位空域單元所有航空器的平均 飛行速度與相等時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的歷史平均速度之比，用W反映空中交通流的通楊程度
[0020]
[002。 其中，戶4表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元所有航空器的平均飛行速度， pw表示所有歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)長(zhǎng)A t( A t = ti-t0)內(nèi)空域單元的歷史平均速度；
[0022] 所述密度具體為：管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，單位空域單元內(nèi)包含的航空器 平均數(shù)量，表示空域單元內(nèi)航空器的密集程度
[0023]
[0024] 其中，滬表示管制扇區(qū)瞬時(shí)時(shí)刻t，空域單元監(jiān)測(cè)到的航空器數(shù)量，P表示某一監(jiān)測(cè) 區(qū)間，可W是航線段長(zhǎng)度、扇區(qū)面積或者體積，to、ti分別為監(jiān)測(cè)起始時(shí)間；
[002引所述延誤妒4 ;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器通過(guò)空域單元的實(shí)際所用時(shí)間 與計(jì)劃時(shí)間的差值，用W反映航空器運(yùn)行延誤情況，平均延誤越長(zhǎng)，說(shuō)明空中交通越為擁擠
[0026]
[0027]其中，ti表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器通過(guò)空域單元的實(shí)際所用時(shí)間，r 表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器通過(guò)空域單元的計(jì)劃時(shí)間，若Z)'| '1 <0,則妓。4 = 0 ; [002引所述容流比於。-'1具體為：管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元的實(shí)際流量與運(yùn)行 容量之比，用W反映空域單元的飽和程度
[0029]
[0030] 其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的實(shí)際流量，C表示空 域單元的運(yùn)行容量值；
[0031] 所述管制員工作負(fù)荷W(to-ti)具體為:管制員用于緩解承受到的壓力和完成客觀 任務(wù)的要求所 '消耗的時(shí) I間K偏
[0032] 、
[003；3] 其中，W(to-ti)表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)的總工作負(fù)荷;r'。-'i'wm表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi) 管制員的通信工作負(fù)荷;表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)管制員的非通信工作負(fù)荷，如填寫(xiě) 電子進(jìn)程單、屏幕操作等負(fù)荷;表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)管制員的思考負(fù)荷。
[0034] 所述提取空中交通運(yùn)行狀態(tài)特征數(shù)據(jù)具體為：
[0035] 步驟一，提取空域單元結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括扇區(qū)面積、航路結(jié)構(gòu)、 各航段長(zhǎng)度、重要點(diǎn)位置及坐標(biāo)、扇區(qū)走廊口分布及坐標(biāo)，扇區(qū)內(nèi)任意時(shí)刻每架航空器的位 置、速度、航向、高度、起飛機(jī)場(chǎng)、落地機(jī)場(chǎng)、航空器預(yù)計(jì)過(guò)點(diǎn)等數(shù)據(jù)，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0036] 步驟二，分析空域單元空間結(jié)構(gòu)，分別提取各重要點(diǎn)、航線段、高度層及整個(gè)扇區(qū) 擁擠監(jiān)測(cè)所需的各類數(shù)據(jù)，計(jì)算監(jiān)測(cè)時(shí)間片內(nèi)扇區(qū)"點(diǎn)線面體"空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)值， 形成空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系。
[0037] 所述采用模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)進(jìn)行識(shí)別具體指對(duì) 整個(gè)扇區(qū)的"點(diǎn)線面體"各空間維度的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)進(jìn)行識(shí)別，具體指：
[0038] 步驟=，采用相關(guān)系數(shù)分析法分別對(duì)"點(diǎn)線面體"各監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，篩 除相關(guān)性較大的指標(biāo)，計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)r Jk:
[0039]
[0040] 其中，町、X化分別為第j、第k個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，石、石分別為第j、k 個(gè)指標(biāo)的樣本均值，I為樣本個(gè)數(shù)；
[0041] 步驟四，基于模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，采用模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)扇區(qū)重要 點(diǎn)、航線段、高度層及全扇區(qū)的空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)分別進(jìn)行聚類，并得出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)指 標(biāo)參數(shù)；
[0042] 步驟五，實(shí)時(shí)采集各重要點(diǎn)、各航線段、各高度層及全扇區(qū)單位時(shí)間片內(nèi)的空中交 通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)，采用歐式距離判別采集指標(biāo)距不同擁擠狀態(tài)指標(biāo)參數(shù)的距離大小，識(shí)別 該時(shí)段各重要點(diǎn)、各航線段、各高度層及全扇區(qū)的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)。
[0043] 所述步驟四包括：
[0044] 步驟4.1:歸一化指標(biāo)數(shù)據(jù)
[0045]
[0046] 其中，Xi功第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列值，種"為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最小值，坤"為 第j個(gè)指標(biāo)的樣本最大值；
[0047] 步驟4.2:初始化隸屬度矩陣U [004引 連古軌始志履底巧隨TI. A
[0049]
[0050] 其中，Uni表示第i個(gè)指標(biāo)祥本序列隸屬于第n個(gè)安全等級(jí)分類的程度，N為擁擠狀態(tài) 等級(jí)分類數(shù)，本發(fā)明均取N=4,即重要點(diǎn)擁擠狀態(tài)等級(jí)、航線段擁擠狀態(tài)等級(jí)和扇區(qū)擁擠狀 態(tài)等級(jí)均分為自由、楊行、擁擠、擁塞四類，即：
[0051 ] Class = {"自由"，"楊行"，"擁擠"，"擁塞"}
[0化2] 步驟4.3:計(jì)算N個(gè)分類的聚類中屯、嘆:；
[0化3]
[0054] 聚類中屯、矩陣哈哼其中，哼K分別是自由狀態(tài)、楊行 狀態(tài)、擁擠狀態(tài)及擁塞狀態(tài)的特征向量;m為加權(quán)指數(shù)；
[0055] 步驟4.4:計(jì)算FCM價(jià)值函數(shù)J:
[0化6]
[0057] 其中dni為第n個(gè)分類的聚類中屯、與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù)，J的 值反映類內(nèi)緊致性，J越小，表明聚類越緊致；
[0058] 將前后兩次的價(jià)值函數(shù)值J進(jìn)行比較，如果價(jià)值函數(shù)值改變量A J小于闊值e，則轉(zhuǎn) 步驟4.6,否則轉(zhuǎn)步驟4.5;
[0化9]步驟4.5:更新隸屬矩陣U:
[0060]
[0061] 重復(fù)步驟4.3、步驟4.4;
[0062 ]步驟4.6:輸出隸屬度矩陣U，采用最大隸屬度的原則將各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擁擠狀態(tài)歸 類，并輸出聚類中屯、矩陣1^，對(duì)聚類中屯、進(jìn)行反歸一化得到實(shí)際擁擠指標(biāo)參數(shù)，反歸一化公 式如下：
[0063]
[0064] 其中乂誠(chéng)第n種擁擠狀態(tài)第j個(gè)指標(biāo)的聚類中屯、，為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最小值， 與n"為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最大值。
[0065] 本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0066] 本發(fā)明所提供的一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，（1)建立了一套空中交通 擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)及其計(jì)算方法，可用于監(jiān)測(cè)扇區(qū)"點(diǎn)線面體"多維度空間及時(shí)間內(nèi)的空中 交通擁堵?tīng)顟B(tài)，能夠較好地體現(xiàn)空中交通運(yùn)行的特點(diǎn)和空中交通管制實(shí)際需求，具有較強(qiáng) 的創(chuàng)新性、全面性和實(shí)用性。
[0067] (2)提出了一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，基于模糊數(shù)學(xué)理論和FCM聚類算 法對(duì)扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)進(jìn)行歸類處理和綜合量化分析，具有評(píng)估方法實(shí)用、評(píng)估程序 簡(jiǎn)單、評(píng)估結(jié)果量化等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0068] 圖1為扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法流程圖；
[0069] 圖2為空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0070] 本發(fā)明提供一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案 及效果更加清楚，明確，W及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處 所描述的具體實(shí)施僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0071] 圖1為本發(fā)明的流程圖。運(yùn)種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)識(shí)別方法包括W下具體實(shí)施 步驟：
[0072 ]步驟一:提取空中交通運(yùn)行狀態(tài)特征數(shù)據(jù)。
[0073] 空中交通運(yùn)行狀態(tài)特征數(shù)據(jù)分為空域單元結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，空域單 元結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)主要包括扇區(qū)面積、航路結(jié)構(gòu)、各航段長(zhǎng)度、重要點(diǎn)位置及坐標(biāo)、扇區(qū)走廊口分 布及坐標(biāo)，可從《國(guó)內(nèi)航行資料匯編(NAIP)》W及地理信息系統(tǒng)(GIS)中獲取?？沼騿卧\(yùn)行 狀態(tài)數(shù)據(jù)主要包括扇區(qū)管制員工作負(fù)荷、扇區(qū)內(nèi)任意時(shí)刻每架航空器的位置(經(jīng)締度）、速 度、航向、高度、起飛機(jī)場(chǎng)、落地機(jī)場(chǎng)、航空器預(yù)計(jì)過(guò)點(diǎn)時(shí)間等數(shù)據(jù)，其中，扇區(qū)管制員工作負(fù) 荷可通過(guò)實(shí)地調(diào)研獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，扇區(qū)內(nèi)任意時(shí)刻每架航空器的位置(經(jīng)締度）、速度、航 向、高度、起飛機(jī)場(chǎng)、落地機(jī)場(chǎng)、航空器預(yù)計(jì)過(guò)點(diǎn)時(shí)間等數(shù)據(jù)，可通過(guò)獲得相應(yīng)時(shí)間段的雷達(dá) 航跡、航班計(jì)劃、領(lǐng)航報(bào)數(shù)據(jù)獲取。
[0074] 步驟二:分析空域單元空間結(jié)構(gòu)，分別提取各重要點(diǎn)、航線段、高度層及整個(gè)扇區(qū) 擁擠監(jiān)測(cè)所需的各類數(shù)據(jù)，計(jì)算監(jiān)測(cè)時(shí)間片（如15min)內(nèi)扇區(qū)"點(diǎn)線面體"空中交通擁堵監(jiān) 測(cè)指標(biāo)值，形成交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，如附圖2。
[0075] 分別針對(duì)重要點(diǎn)、航線段、高度層、全扇區(qū)，計(jì)算相應(yīng)的單位時(shí)間片（15min)內(nèi)的擁 堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)：
[0076] (1)重要點(diǎn)擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)
[0077] ①機(jī)動(dòng)等待次數(shù)皆4 ;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，在等待點(diǎn)、報(bào)告點(diǎn)等重要點(diǎn)i附 近發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待等行為的航空器數(shù)量，用W直觀衡量空域單元的擁擠影響程度。
[007引
[0079] 其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，重要點(diǎn)i附近發(fā)生空中等待行為的航 空器數(shù)量，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，重要點(diǎn)i附近發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛行為的航空 器數(shù)量，在重要點(diǎn)i-1與重要點(diǎn)i之間發(fā)生的機(jī)動(dòng)繞飛行為記為重要點(diǎn)i的機(jī)動(dòng)繞飛行為。
[0080] ②機(jī)動(dòng)等待行為比聲"'；管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，在等待點(diǎn)、報(bào)告點(diǎn)等重要點(diǎn)i 附近發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待等行為的航空器數(shù)量比，用W衡量該類航空器受擁擠影響程 度。
[0081]
[0082] 其中，《產(chǎn)''表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，在等待點(diǎn)、報(bào)告點(diǎn)等重要點(diǎn)i附近發(fā)生 機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待等行為的航空器數(shù)量，W產(chǎn)表示管制扇區(qū)tO-tl監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，通過(guò)重要點(diǎn) i的航空器數(shù)量。
[0083] ③流量比Of4 ;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，通過(guò)重要點(diǎn)i的流量與相等時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的歷 史平均流量之比，用W反映重要點(diǎn)的航空器飛行順楊狀態(tài)。
[0084]
[0085] 其中，Wfi表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，通過(guò)航段j的流量，Aft表示所有歷史 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)長(zhǎng)A t( A t = t廣to)的時(shí)間片A tk內(nèi)通過(guò)航段j的流量，M表示時(shí)間片個(gè)數(shù)，即 M - At =歷史監(jiān)測(cè)總時(shí)長(zhǎng)。
[0086] (2)航線段擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)
[0087] ①速度比《'廠'1具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航段j上所有航空器的平均飛行 速度與相等時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的歷史平均速度之比，用W反映空中交通流的通楊程度
[008引
[0089] 其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元所有航空器的平均飛行速度， 戸W表示所有歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)長(zhǎng)A t( A t = t廣to)的時(shí)間片A tk內(nèi)通過(guò)航段j的速度，M表 示時(shí)間片個(gè)數(shù)，即M- At =歷史監(jiān)測(cè)總時(shí)長(zhǎng)。
[0090] ②流量比管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，通過(guò)航段j的流量與相等時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的歷史 平均流量之比，用W反映航段上的航空器飛行順楊狀態(tài)。
[0091]
[0092] 其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，通過(guò)航段j的流量，ATf'表示所有歷史 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)長(zhǎng)A t( A t = t廣to)的時(shí)間片A tk內(nèi)通過(guò)航段j的流量，M表示時(shí)間片個(gè)數(shù)，即 M - At =歷史監(jiān)測(cè)總時(shí)長(zhǎng)。
[0093] ③密度巧管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航段j單位長(zhǎng)度上的航空器平均數(shù)量，表 示航空器在航段j上的密集程度。
[0094]
[00M]其中，表示管制扇區(qū)瞬時(shí)時(shí)刻t，航段j上監(jiān)測(cè)的航空器數(shù)量，^表示航段j的長(zhǎng) 度(km)，to、ti分別為監(jiān)測(cè)起始時(shí)間。
[0096] ④延誤;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器通過(guò)航段j的實(shí)際所用時(shí)間與計(jì)劃 時(shí)間的差值，用W反映航空器運(yùn)行延誤情況，平均延誤越長(zhǎng)，說(shuō)明空中交通越為擁擠。
[0097]
[009引其中，-A7-表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航段j監(jiān)測(cè)到的流量，t康示管制扇區(qū) to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器i通過(guò)航段j實(shí)際所用時(shí)間，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空 器姻過(guò)航斬的計(jì)劃時(shí)間，若'I <0,則巧-'I二0。
[0099] (3)高度層擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)
[0100] ①機(jī)動(dòng)等待次數(shù)皆4 ;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，占用高度層1的航空器發(fā)生機(jī)動(dòng) 繞飛、空中等待等行為的航空器數(shù)量，用W直觀衡量空域單元的擁擠影響程度。
[0101]
[010^ 其中，響表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，占用高度層1的航空器發(fā)生空中等待 行為的航空器數(shù)量，喘Luw,表示管制扇區(qū)to-tl監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，占用高度層1的航空器發(fā)生機(jī) 動(dòng)繞飛行為的航空器數(shù)量。
[0103] ②機(jī)動(dòng)等待行為比單d ;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，占用高度層1的航空器發(fā)生機(jī) 動(dòng)繞飛、空中等待等行為的航空器數(shù)量比，用W衡量該類航空器受擁擠影響程度。
[0104]
[0105] 其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，占用高度層1的航空器發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、 空中等待等行為的航空器數(shù)量，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，占用高度層1進(jìn)行平飛 的航空器數(shù)量。
[0106] ③流量比皆'1;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，占用高度層1進(jìn)行平飛的流量與相等時(shí) 長(zhǎng)內(nèi)的產(chǎn)化，用W反映高度層的航空器飛行順楊狀態(tài)。
[0107]
[010引其中，啼4表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，占用高度層I進(jìn)行平飛的流量，游''表 示所有歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)長(zhǎng)A t( A t = ti-to)的時(shí)間片A tk內(nèi)占用高度層1進(jìn)行平飛的流 量，M表示時(shí)間片個(gè)數(shù)，即M ? At =歷史監(jiān)測(cè)總時(shí)長(zhǎng)。
[0109] (4)扇區(qū)擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)
[0110] ①機(jī)動(dòng)等待次數(shù)》戶；管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空 中等待等行為的航空器數(shù)量，用W直觀衡量空域單元的擁擠影響程度。
[0111]
[om]其中，dbg表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)發(fā)生空中等待行為的航 空器數(shù)量，雌，1胃?表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛行為的航空 器數(shù)量。
[011引②機(jī)動(dòng)等待行為比皆'1;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、 空中等待等行為的航罕器數(shù)量比，用W衡量該類航空器受擁擠影響程度。
[0114]
[011引其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待 等行為的航空器數(shù)量，麟14表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)航空器數(shù)量。
[0116] ③平均速度巧。-'1;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)所有航空器的平均飛行 速度，平均速度越大，反映的空中交通流越為通楊。
[0117]
[011引其中，V',"。4表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，雷達(dá)記錄的管制扇區(qū)k內(nèi)航空器i的地 速，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器i的雷達(dá)記錄次數(shù)，表示管制扇區(qū)to-ti 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，雷達(dá)記錄的管制扇區(qū)k內(nèi)航空器數(shù)量。
[0119] ④密度皆"I;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k單位面積內(nèi)包含的航空器平均 數(shù)量，表示扇區(qū)k內(nèi)航空器的密集程度。
[0120]
[0121] 其中，游I表示管制扇區(qū)瞬時(shí)時(shí)刻t，管制扇區(qū)k內(nèi)監(jiān)測(cè)的航空器數(shù)量，Sk表示扇區(qū)k 的面積，to、t汾別為監(jiān)測(cè)起始時(shí)間。
[012^ ⑤延誤巧4 ;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器通過(guò)管制扇區(qū)k的實(shí)際所用時(shí)間與
計(jì)劃時(shí)阿心fflW GH*的空器運(yùn)行延誤情況，平均延誤越長(zhǎng)，說(shuō)明空中交通越為擁擠。
[0123]
[0124] 其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)航空器數(shù)量，t康示管制 扇區(qū)to-tl監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器i通過(guò)扇區(qū)k的實(shí)際所用時(shí)間，護(hù)表示管制扇區(qū)to-tl監(jiān)測(cè)時(shí)段 內(nèi)，航空器i通過(guò)扇區(qū)k的計(jì)劃時(shí)間，若巧。"I <0,則巧-'1 =0。
[01巧]⑥容流比巧;管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k的實(shí)際流量與運(yùn)行容量之比 用W反映巧域單元的飾巧程度。
[0126]
[0127] 其中，WT'表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)航空器數(shù)量，C讀示管制 扇區(qū)k的運(yùn)行容量值。
[0128] ⑦管制員工作負(fù)荷Wk(to-ti):管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，管制扇區(qū)k內(nèi)管制員用于 緩解承受到的壓力和完成客觀任務(wù)的要求所消耗的時(shí)間長(zhǎng)短。
[0129]
[0130] 其中，Wk(to-ti)表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)扇區(qū)k的總工作負(fù)荷(單化秒）；巧表示 監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)扇區(qū)k管制員的通信工作負(fù)荷(單化秒）；啊'|'&胃表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-tl內(nèi)扇 區(qū)k管制員的非通信工作負(fù)荷(單位:秒），如填寫(xiě)電子進(jìn)程單、屏幕操作等負(fù)荷Wtt表示 監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)扇區(qū)k管制員的思考負(fù)荷(單化秒）。
[0131 ]步驟=:采用相關(guān)系數(shù)分析法分別對(duì)"點(diǎn)線面體"各監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，篩 除相關(guān)性較大的指標(biāo)。所采用的相關(guān)系數(shù)分析法如下：
[0132] 計(jì)算空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)，獲取指標(biāo)值序列樣本X:
[0133] X=化，X2，...，Xi)t
[0134] Xi = (xii, Xi2, ? ? ?, Xij), i = 1,2, ? ? ?, I
[0135] 其中，X功第i個(gè)時(shí)間樣本序列，Xi功第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，功樣本 個(gè)數(shù)。
[0136] 計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)rjk:
[0137]
[013引其中，町、X化分別為第j、第k個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，^、石分別為第j、k 個(gè)指標(biāo)的樣本均值，I為樣本個(gè)數(shù)。
[0139] 步驟四：基于模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，采用模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)扇區(qū)重要 點(diǎn)、航線段、高度層及全扇區(qū)的空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)分別進(jìn)行聚類，并得出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)指 標(biāo)參數(shù)。模糊C均值聚類算法(FCM)具體步驟包括：
[0140] (1)歸一化指標(biāo)數(shù)據(jù)：
[0141] 將步驟=中計(jì)算的空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)值進(jìn)行歸一化，令
[0142]
[01創(chuàng)其中，Xi功第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列值，種in為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最小值，X胃為 第j個(gè)指標(biāo)的樣本最大值。
[0144] (2)初始化隸屬度矩陣U:
[0145] 建立初始隸屬度矩陣U，令
[0146]
[0147] 其中，Uni表示第i個(gè)指標(biāo)樣本序列隸屬于第n個(gè)安全等級(jí)分類的程度，N為擁擠狀態(tài) 等級(jí)分類數(shù)，本發(fā)明均取N=4,即重要點(diǎn)擁擠狀態(tài)等級(jí)、航線段擁擠狀態(tài)等級(jí)和扇區(qū)擁擠狀 態(tài)等級(jí)均分為"自由"、"楊行"、"擁擠"、"擁塞"四類，即：
[014引 Class = {"自由"，"楊行"，"擁擠"，"擁塞"}
[0149] (3)計(jì)算N個(gè)分類的聚類中屯、K ;
[0150]
[0151] 聚類中屯、矩陣尸=^(巧4，吃哼<}，其中，Vi*,哼，1'_；分別是自由狀態(tài)、楊行 狀態(tài)、擁擠狀態(tài)及擁塞狀態(tài)的特征向量;m為加權(quán)指數(shù)，其取值大小影響模糊聚類結(jié)果的正 確性和聚類性能，本發(fā)明取m = 2。
[0152] (4)計(jì)貸FCM價(jià)估巧敬T:
[0153]
[0154] 其中dni為第n個(gè)分類的聚類中屯、與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù)，J的 值反映類內(nèi)緊致性，J越小，表明聚類越緊致。
[0155] 將前后兩次的價(jià)值函數(shù)值J進(jìn)行比較，如果價(jià)值函數(shù)值改變量A J小于闊值e，則轉(zhuǎn) 步驟(6)，否則轉(zhuǎn)步驟(5)。
[0156] (5)更新隸屬矩陣U:
[0157]
[0158] 具甲，dni刃弟n個(gè)分類的聚類中屯、與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù)。重 復(fù)步驟(3)、（4)。
[0159] (6)輸出隸屬度矩陣U，采用最大隸屬度的原則將各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擁擠狀態(tài)歸類，并 輸出聚類中屯、矩陣皆，對(duì)聚類中屯、進(jìn)行反歸一化得到扇區(qū)空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)參數(shù)。反 歸一化公式如下：
[0160]
[0161] 其中，為第n種擁擠狀態(tài)第j個(gè)指標(biāo)的聚類中屯、，xf為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最小值， 《ax為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最大值。
[0162] 步驟五:實(shí)時(shí)采集各重要點(diǎn)、各航線段、各高度層及全扇區(qū)單位時(shí)間片內(nèi)的空中交 通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)，采用歐式距離判別采集指標(biāo)距不同擁擠狀態(tài)指標(biāo)參數(shù)的距離大小，識(shí)別 該時(shí)段各重要點(diǎn)、各航線段、各高度層及全扇區(qū)的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，提取空中交通運(yùn)行狀態(tài)特征數(shù) 據(jù)，測(cè)算空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，采用模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)扇區(qū)空中交通擁堵 狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的空 中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，包括機(jī)動(dòng)等待次數(shù)、機(jī)動(dòng)等待行為比、流量比、平均速度、速度 比、密度、延誤、容流比、管制員工作負(fù)荷。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 所述監(jiān)測(cè)指標(biāo)中，機(jī)動(dòng)等待次數(shù)具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元的航 空器發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待行為的航空器數(shù)量，用以直觀衡量空域單元的擁擠影響程度其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的航空器發(fā)生空中等待行 為的航空器數(shù)量，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛 行為的航空器數(shù)量； 所述機(jī)動(dòng)等待行為比妙4具體為：管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元的航空器發(fā)生 機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待等行為的數(shù)量比，用以衡量該類航空器受擁擠影響程度其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元發(fā)生機(jī)動(dòng)繞飛、空中等待等行為的 航空器數(shù)量，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的所有航空器數(shù)量； 所述流量比具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元的流量與相等時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的 歷史平均流量之比，用以反映航空器飛行順暢狀態(tài)其中，表示管制扇區(qū)t〇-tl監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的流量，鮮_表示所有歷史 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)長(zhǎng)△ t( △ t = tl-t〇)內(nèi)空域單元的歷史平均流量； 所述平均速度PM具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元所有航空器的平均飛 行速度，平均速度越大，反映的空中交通流越為通暢其中，，4表示管制扇區(qū)t『tl監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的航空器數(shù)量，另表示航空 器i在監(jiān)測(cè)時(shí)段to-tift的平均速度； 所述速度比具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，單位空域單元所有航空器的平均 飛行速度與相等時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的歷史平均速度之比，用以反映空中交通流的通暢程度其中，Pd表示管制扇區(qū)tQ-tl監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元所有航空器的平均飛行速度， 表示所有歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，時(shí)長(zhǎng)△ t( △ t = tl-t〇)內(nèi)空域單元的歷史平均速度； 所述密度具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，單位空域單元內(nèi)包含的航空器平均數(shù) 量，衷示空域單元內(nèi)航空器的密集程度其中，Nt表示管制扇區(qū)瞬時(shí)時(shí)刻t，空域單元監(jiān)測(cè)到的航空器數(shù)量，P表示某一監(jiān)測(cè)區(qū)間， 可以是航線段長(zhǎng)度、扇區(qū)面積或者體積，如、以分別為監(jiān)測(cè)起始時(shí)間； 所述延誤辦》S管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器通過(guò)空域單元的實(shí)際所用時(shí)間與計(jì) 劃時(shí)間的差值，用以反映航空器運(yùn)行延誤情況，平均延誤越長(zhǎng)，說(shuō)明空中交通越為擁擠其中，tl表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器通過(guò)空域單元的實(shí)際所用時(shí)間，if表示 管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器通過(guò)空域單元的計(jì)劃時(shí)間，若<0，則= 0 ; 所述容流比具體為:管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元的實(shí)際流量與運(yùn)行容量 之比，用以反映空域單元的飽和程度其中，表示管制扇區(qū)to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，空域單元監(jiān)測(cè)到的實(shí)際流量，C表示空域單 元的運(yùn)行容量值； 所述管制員工作負(fù)荷WUo-tO具體為:管制員用于緩解承受到的壓力和完成客觀任務(wù) 的要龍所消耗的時(shí)_萇短其中，WUo-ti)表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)的總工作負(fù)荷;表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)管制 員的通信工作負(fù)荷；表示監(jiān)測(cè)時(shí)段to-ti內(nèi)管制員的非通信工作負(fù)荷，如填寫(xiě)電子 進(jìn)程單、屏幕操作等負(fù)荷;表示監(jiān)測(cè)時(shí)段tQ- t#管制員的思考負(fù)荷。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述提取 空中交通運(yùn)行狀態(tài)特征數(shù)據(jù)具體為： 步驟一，提取空域單元結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括扇區(qū)面積、航路結(jié)構(gòu)、各航 段長(zhǎng)度、重要點(diǎn)位置及坐標(biāo)、扇區(qū)走廊口分布及坐標(biāo)，扇區(qū)內(nèi)任意時(shí)刻每架航空器的位置、 速度、航向、高度、起飛機(jī)場(chǎng)、落地機(jī)場(chǎng)、航空器預(yù)計(jì)過(guò)點(diǎn)等數(shù)據(jù)，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟二，分析空域單元空間結(jié)構(gòu)，分別提取各重要點(diǎn)、航線段、高度層及整個(gè)扇區(qū)擁擠 監(jiān)測(cè)所需的各類數(shù)據(jù)，計(jì)算監(jiān)測(cè)時(shí)間片內(nèi)扇區(qū)"點(diǎn)線面體"空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)值，形成 空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述采用 模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)進(jìn)行識(shí)別具體指對(duì)整個(gè)扇區(qū)的"點(diǎn)線面 體"各空間維度的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)進(jìn)行識(shí)別，具體指： 步驟三，采用相關(guān)系數(shù)分析法分別對(duì)"點(diǎn)線面體"各監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，篩除相 關(guān)性較大的指標(biāo)，計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù):其中，Xij、xik分別為第j、第k個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，\,、％分別為第j、k個(gè)指 標(biāo)的樣本均值，I為樣本個(gè)數(shù)； 步驟四，基于模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，采用模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)扇區(qū)重要點(diǎn)、航 線段、高度層及全扇區(qū)的空中交通擁堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)分別進(jìn)行聚類，并得出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)參 數(shù)； 步驟五，實(shí)時(shí)采集各重要點(diǎn)、各航線段、各高度層及全扇區(qū)單位時(shí)間片內(nèi)的空中交通擁 堵監(jiān)測(cè)指標(biāo)，采用歐式距離判別采集指標(biāo)距不同擁擠狀態(tài)指標(biāo)參數(shù)的距離大小，識(shí)別該時(shí) 段各重要點(diǎn)、各航線段、各高度層及全扇區(qū)的空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種扇區(qū)空中交通擁堵?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟 四包括： 步驟4.1:歸一化指標(biāo)數(shù)據(jù)其中，Μ為第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列值，為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最小值，為第J_ 個(gè)指標(biāo)的樣本最大值； 步驟4.2:初始化隸屬度矩陣U 建立初始隸屬度矩陣U，令\τ 其中，Uni表示第i個(gè)指標(biāo)樣本序列隸屬于第η個(gè)安全等級(jí)分類的程度，N為擁擠狀態(tài)等級(jí) 分類數(shù)，本發(fā)明均取Ν = 4,即重要點(diǎn)擁擠狀態(tài)等級(jí)、航線段擁擠狀態(tài)等級(jí)和扇區(qū)擁擠狀態(tài)等 級(jí)均分為自由、暢行、擁擠、擁塞四類，即： Class ={〃自由〃，〃暢行〃，〃擁擠〃，〃擁塞〃} 步驟4.3:計(jì)算N個(gè)分類的聚類中心冗:聚類中心矩陣分別是自由狀態(tài)、暢行狀 態(tài)、擁擠狀態(tài)及擁塞狀態(tài)的特征向量;m為加權(quán)指數(shù)； 步驟4.4:計(jì)算FCM價(jià)值函數(shù)J:其中CU為第η個(gè)分類的聚類中心與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù)，J的值反 映類內(nèi)緊致性，J越小，表明聚類越緊致； 將前后兩次的價(jià)值函數(shù)值J進(jìn)行比較，如果價(jià)值函數(shù)值改變量△ J小于閾值ε，則轉(zhuǎn)步驟 4.6,否則轉(zhuǎn)步驟4.5; 步驟4.5:審新隸屬矩陣U:重復(fù)步驟4.3、步驟4.4; 步驟4.6:輸出隸屬度矩陣U，采用最大隸屬度的原則將各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擁擠狀態(tài)歸類，并 輸出聚類中心矩陣對(duì)聚類中心進(jìn)行反歸一化得到實(shí)際擁擠指標(biāo)參數(shù)，反歸一化公式如 下.其中，<為第η種擁擠狀態(tài)第j個(gè)指標(biāo)的聚類中心，τ_為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最小值，Xjax 為第j個(gè)指標(biāo)的樣本最大值。
【文檔編號(hào)】G08G5/00GK106023655SQ201610514176
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】張洪海, 蔣京芩, 邱啟倫, 劉皞, 江程鵬
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)