一种基于聚类分析法的空中交通管制模拟仿真异常检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种空中交通管制模拟仿真异常检测方法和装置，该方法包括：采集样本数据，通过雷达管制模拟机收集管制员在其上的输入参数，并将输入参数进行相似度计算，得到样本数据；采集模拟数据，管制员可以通过雷达管制模拟机进行模拟空中交通管制操作，并且通过雷达管制模拟机可以采集到管制员操作的实时模拟数据；模拟数据的相似度计算，将实时模拟数据进行相似度计算；阈值判断，当实时模拟数据超出样本数据预定范围时，提示管制员模拟操作异常；其中，相似度计算按照聚类处理算法得到相似度计算结果。因此，管制员在后续操作雷达管制模拟机的时候，就可以直接按照分好类的样本数据结合相似度阈值，提示管制员的模拟仿真操作是否异常。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空中交通管制的
，尤其涉及一种空中交通管制模拟仿真 异常检测方法和装置。
技术介绍
为了保证各类飞行活动的安全和有序，空中交通管制服务显得相当重要。现代空 中交通管制服务的主要内容是：空中交通管制员依托现代通信、导航、监视技术，对所辖航 空器实施管理和控制，协调和指导其运动路径和模式，以防止空中航空器与航空器相撞、以 及在机场机动区内航空器与障碍物相撞，维护和加快空中交通的有序流动。空中交通管制 扇区是空中交通管制的基本空间单元，一般情况下，为航空器提供空中交通管制服务的空 域被划设为若干管制扇区，每个管制扇区对应一个管制员工作席位。为了保证管制员能够 高效、准确地控制空域中的航空器有序流动，现有技术中提供一些模拟空中交通管制控制 的模拟仿真装置和方法。 例如，中国专利申请号为CN201410487083. 1的专利申请中公开了一种基于虚拟 管制员的空域仿真方法及其装置，该方法包括：获取预设的飞行计划和航迹冲突规则及风 条件；若判断获知飞行计划和航迹冲突规则合法，则获取航空器性能数据；根据飞行计划、 风条件及航空器性能数据获得航空器的第一轨迹信息，并检测是否接收到管制指令；若检 测到管制指令，则根据航空器性能数据、航迹冲突规则以及管制指令，获得航迹冲突统计信 息；若未检测到管制指令，则根据航空器性能数据、航迹冲突规则以及第一轨迹信息，获得 航迹冲突统计信息；从而提高仿真的实时性。 但是实际的空域管制中，会出现很多意料不到的问题，仅仅靠现有技术中的模拟 仿真装置和方法，很难满足对空中交通管制过程进行全面、综合仿真、检测的需求；而且发 明人在实现本专利技术的过程中发现，现有技术中的模拟仿真方法和装置并不能提示提示管制 员在仿真过程中的异常错误信息。
技术实现思路
为了解决现有技术中缺乏能够对空中交通管制过程进行全面、综合仿真、检测和 异常信息提示的技术问题，本专利技术提供一种能够很好地仿真、检测管制人员操作过程的空 中交通管制模拟仿真异常检测方法和装置。 为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案包括： -方面，提供一种空中交通管制模拟仿真异常检测方法，其特征在于，包括： 步骤1 :采集样本数据，通过雷达管制模拟机收集管制员输入参数样本数据； 步骤2 :基于样本数据，利用聚类分析法构建管制员操作参数档案； 步骤3 :采集模拟数据，通过雷达管制模拟机采集管制员输入参数的实时模拟数 据； 步骤4,参照管制员操作参数档案，对所述管制员输入参数的实时模拟数据进行相 似度计算，得到最小相似度值； 步骤5 :若所述最小相似度值大于预定的阈值，提示管制员模拟操作异常。 进一步地，所述管制员输入参数类型包括管制通行性参数、管制复杂性参数、管制 安全性参数、管制经济性参数、管制工作负荷参数。 进一步地，所述管制通行性参数包括管制员仿真测试的时长、扇区航行里程、扇区 航行时间、扇区交通流密度，所述管制复杂性参数包括扇区航空器爬升次数、扇区航空器下 降次数、扇区航空器改速次数、扇区航空器改行次数，所述管制安全性参数包括扇区短期冲 突告警频率、扇区最低安全高度告警频率，所述管制经济性参数包括扇区内航空器排队长 度、航空器延误架次率、航空器延误时间、航空器平均延误时间，所述管制工作负荷参数包 括陆空通话信道占用率、陆空通话次数，总计16项参数。 进一步地，所述步骤1和步骤2之间还设有样本数据无量纲处理步骤，具体如下： 令第i个样本的第j项参数的实际值为x^j，yu为无量纲化处理后的参数值，^ 为第j项参数的均值，为第j项参数的标准差，则对于正向参数，对于逆向 参数，先取其倒数或取负使其正向化，再使用上述公式对其进行无量纲化处理。 进一步地，所述步骤2具体包括如下步骤： 步骤2.1 :初始化类 基于样本无量纲化参数值，制定聚类数目k，并确定每一类的初始类中心点； 步骤2. 2 :根据距离最近原则分类 计算每个样本到k个类中心点的之间的欧几里德距离，并按照距类中心点距离最 短的原则将所有数据分类，形成k个类，依次计算各类中变量的均值，并以均值作为新的k 个类的类中心点； 步骤2. 3 :聚类分析结果输出 计算新确定的类中心点距上个类中心点之间的偏移量，当最大偏移量大于设定值 时，返回步骤2. 2,否则聚类结束得到k个类，从而得到管制员操作参数档案。 进一步地，所述步骤4包括如下步骤： 步骤4. 1实时数据输入与标准化： 获取雷达管制模拟机采集管制员输入参数的实时模拟数据，令第1个管制员第j 项参数的实际值为ru ]，]为无量纲化处理后的参数值，$为第j项参数的均值，S]为第 j项参数的标准差，则对于正向参数，^对于逆向参数，先取其倒数或取负使其 正向化，再使用上述公式对其进行无量纲化处理；其中均值和标准差从管制员操作参数档 案中提取； 步骤4. 2最大相似类寻找： 计算管制员1的模拟数据无量纲化参数值t= {t u j = 1，2, ...，16}与管制员 操作参数档案中各个类的中心点(^的相似度sim (t i，ck)，并求得与管制员操作参数档案中 k个类中心点的最大相似度simlti, ck)及其类Class (k)，其中SimU1, ck)可记为： 其中，& ,为检测数据无量纲化后第j项参数值，c ki ]为第k个类中心点的第j项 无量纲化参数值。 进一步地，所述步骤5包括如下步骤： 计算^与Class(k)中各样本无量纲化数据的相似度，得到最大相似类中的最小 相似度minSim，若minSim超出设定的阈值范围，则输出异常操作报警信号。 另一方面，还提供一种空中交通管制模拟仿真异常检测装置，其特征在于，包括： 雷达管制模拟机，用于采集样本数据和管制员输入的实时模拟数据； 相似度计算单元，用于将所述样本数据和所述实时模拟数据进行相似度处理；其 中，所述相似度计算单元设置有对数据分类的聚类处理子单元； 样本数据存储单元，用于存储经过所述相似度计算单元计算的样本数据； 阈值判断单元，当经过相似度处理后的所述实时模拟数据超出所述样样本数据存 储单元中样本数据的预定范围时，提示管制员模拟操作异常。 进一步地，所述相似度计算单元还包括无量纲化处理子单元；所述聚类处理子单 元包括对数据集进行类处理的欧几里德距离计算模块。 采用本专利技术提供的上述技术方案，至少有以下有益效果： 1、对数据集采用聚类处理相似度，可以很好地将雷达管制模拟机的数据进行分 类，这样可以先将样本数据按照等级分好类；然后管制员在后续操作雷达管制模拟机的时 候，就可以直接按照分好类的样本数据结合相似度阈值，提示管制员的模拟仿真操作是否 异常。 2、采用聚类处理来对管制员模拟仿真机进行模拟仿真异常操作检测时，不仅可以 对单组数据进行异常检测，还可以同时对多组数据进行异常检测，即可以实现对单一管制 当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空中交通管制模拟仿真异常检测方法，其特征在于，包括：步骤1：采集样本数据，通过雷达管制模拟机收集管制员输入参数样本数据；步骤2：基于样本数据，利用聚类分析法构建管制员操作参数档案；步骤3：采集模拟数据，通过雷达管制模拟机采集管制员输入参数的实时模拟数据；步骤4，参照管制员操作参数档案，对所述管制员输入参数的实时模拟数据进行相似度计算，得到最小相似度值；步骤5：若所述最小相似度值大于预定的阈值，提示管制员模拟操作异常。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建平，叶青，张瑞平，张怀才，谢蕾，
申请(专利权)人：中国民用航空总局第二研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51