一种基于聚类分析的扇区运行性能综合检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空中交通管制扇区运行性能检测方法及系统，该方法包括步骤：步骤1：输入历史扇区运行性能指标数据，包括扇区通行性检测指标、扇区复杂性检测指标、扇区安全性检测指标、扇区经济性检测指标和管制员工作负荷检测指标；步骤2：基于聚类分析模型处理历史扇区运行性能指标数据，建立扇区运行性能档案；步骤3：输入当前扇区运行性能指标数据，对照扇区运行性能档案计算得到最大相似类和最小相似度；步骤4：根据最小相似度判断扇区运行性能是否异常。本发明专利技术将影响扇区运行性能的多维度指标进行全面、综合考虑，能够实现对扇区运行性能情况的有效检测，检测可靠性得以保证，能够满足空中交通管制单位对扇区运行性能情况进行实时检测和告警的实际需求，对于提升管制运行管理水平、优化管制空域结构具有数据支持作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空领域，尤指一种空中交通管制扇区运行性能综合检测方法及系统。
技术介绍
伴随着航空运输业的发展，为了保证各类飞行活动的安全和有序，空中交通管制服务应运而生并不断得到发展完善，至20世纪80年代趋于成熟。现代空中交通管制服务的主要内容是：空中交通管制员(简称为“管制员”，下同)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(简称为“管制扇区”，下同)是空中交通管制(简称为“管制”，下同)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。管制扇区运行性能是管制扇区内航空器运行态势的技术性指标提炼，既反映管制员对所辖管制扇区提供管制服务的质量和水准，又反映特定管制空域使用效能。因此，对管制扇区运行性能的有效检测是调整管制运行策略、优化管制空域结构的基础和前提。比如，公开号为CN104332073A的专利文献在2015-02-04公开了一种智能空中交通管制系统，包括数据接收接口模块、数据处理中心、应急超控模块、电子飞行计划显示模块、航班监控显示模块和航班控制指令发送模块。通过接收飞机准确的实时飞行信息，数据处理中心即可展开飞行计划的精确计算，并优化整个飞行队列，如缩短飞机间距，合理调配对应跑道的起降顺序，实时更改着陆角，曲线进近等，有效提高整个飞行队列的效率，加强安全性。最终，整个飞行计划将显示在管制员的监控显示器上。航空管制员可以随时通过显示器观察飞行队列起飞着陆的优先顺序，并通过更改飞机起飞/着陆航迹，航速等参数，调整队列顺序。从而提高机场通勤率，提高管制员的工作效率。但即便如此，目前针对空中交通管制扇区运行性能的研究较少，大部分研究主要体现在以下几个孤立方面：(1)空中交通流密度，分为战略和战术两层面，其中前者主要体现为空域复杂性指标，后者主要体现为管制单元空中交通拥挤程度判定。目前，空中交通流密度指标在应用上仍以管制单元的航空器架次统计作为主要呈现。(2)管制运行安全性能，包括定量和定性两方面。定量方面，国际民航组织(ICAO)依据碰撞风险分析制定的总的安全目标等级(TLS)是1.5×10-8次致命飞行事故/飞行小时，而我国民航空管系统根据危险接近风险分析将事故征候万架次率作为关键安全指标。定性方面，ICAO推荐采用威胁差错管理(ThreatandErrorManagement，TEM)或日常运行安全监测(NormalOperationsSafetySurvey，NOSS)方法，实施定性的管制运行安全性能评价。国内学者围绕人、机、环、管理等4类因素分别建立了安全风险评估指标体系，并开展了指标权重分析。(3)管制运行效率性能，主要围绕航班延误指标方面。目前，国外航班延误统计指标涉及延误架次率及延误时间。我国民航欠缺航班延误时间的细化统计，在航班延误原因界定、统计指标设计、统计方法及流程等方面亟待改善。(4)管制员工作负荷，是管制扇区容量评估的重要考量。国外学者从生理/行为特征、主观测评、工作细分的角度，分别提出了电击皮肤的反应、心率、心电图、血压、体液等生理指标，设备操作次数、陆空通话时间记录等行为指标；ATWIT技术、NASA–TLX量表、SWAT量表和MCH法等主观测评技术；DORATASK、MBB法、RAMS法等衡量管制员工作时间的方法。国内学者发展了主观测评方法，提出了基于可拓学的管制员工作负荷评价模型。例如，公开号为CN104636890A的专利文献在2015-05-20公开了一种空中交通管制员工作负荷测量方法，包括：步骤A：确定管制负荷测量指标，该管制负荷测量指标包括眼动指标和语音指标；步骤B：实时记录各眼动指标对应的眼动指标数据，以及各语音指标对应的语音指标数据；步骤C：对记录的眼动指标数据进行因子分析，计算出眼动指标数据的眼动综合因子；步骤D：以眼动综合因子和语音指标为输入因素，管制综合指标值为输出因素，建立管制负荷回归模型。该方法能够实时、无干扰的测量管制员的综合指标，实用性强。但该方法参考的数据比较局限，指标维度单一，不够全面、综合，该测量方法仅利用局限的数据片面的对管制员工作负荷进行了测量，存在一定的局限性，预测可靠度不高。
技术实现思路
本专利技术提供一种可以提高扇区性能的检测结果的可靠性的空中交通管制扇区运行性能检测方法和系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种扇区运行性能综合检测方法，包括步骤：步骤1：输入历史扇区运行性能指标数据，包括扇区通行性检测指标、扇区复杂性检测指标、扇区安全性检测指标、扇区经济性检测指标和管制员工作负荷检测指标；步骤2：基于聚类分析模型处理历史扇区运行性能指标数据，建立扇区运行性能档案；步骤3：输入当前扇区运行性能指标数据，对照扇区运行性能档案寻找最大相似类，以此判断扇区运行性能等级，并计算得到最小相似度；步骤4：根据最小相似度确定是否触发扇区异常运行响应告警。进一步的，所述步骤1中的所述扇区通行性检测指标为扇区流量、扇区航行里程、扇区航行时间和扇区交通流密度；所述扇区复杂性检测指标为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、扇区航空器改航次数；所述扇区安全性检测指标为扇区短期冲突告警频率和扇区最低安全高度告警频率；所述扇区经济性检测指标为扇区饱和度、扇区排队长度、扇区航空器延误架次率、扇区航空器延误时间、扇区航空器平均延误时间；所述管制员工作负荷检测指标为陆空通话信道占用率、陆空通话次数。进一步的，在所述步骤1与步骤2之间还包括对历史扇区运行性能指标数据进行无量纲化处理，具体过程如下：令第i个样本的第j项指标的实际值为xi,j，yi,j为无量纲化处理后的指标值，为第j项指标的均值，sj为第j项指标的标准差，则对于正向指标，对于逆向指标，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。进一步的，所述步骤2具体包括如下过程：步骤2.1：根据预设的聚类数目k对历史扇区运行性能指标数据点进行分类，形成k个初始类，并确定每一初始类中心结点；步骤2.2：计算历史扇区运行性能指标数据中的每个数据点到k个初始类中心结点之间的欧几里德距离，并根据距离类中心结点最短的原则将所有的数据进行重新分类形成k个类；步骤2.3：依次计算各类变量的均值，并以均值作为新的k个类的类中心结点；步骤2.4：计算新确定的类中心结点距上一个类中心结点之间的偏移量，当最大偏移量大于设定值时，返回分类模块，否则聚类结束得到k个类，从而得到扇区正常运行性能档案。进一步的，所述步骤3具体包括如下步骤：步骤3.1：实时数据输入与标准化：获取当前扇区运行性能的上述17项指标数据r＝{rj,j＝1,2,...,17本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扇区运行性能综合检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：输入历史扇区运行性能指标数据，包括扇区通行性检测指标、扇区复杂性检测指标、扇区安全性检测指标、扇区经济性检测指标和管制员工作负荷检测指标；步骤2：基于聚类分析模型处理历史扇区运行性能指标数据，建立扇区运行性能档案；步骤3：输入当前扇区运行性能指标数据，对照扇区运行性能档案寻找最大相似类，以此判断扇区运行性能等级，并计算得到最小相似度；步骤4：根据最小相似度确定是否触发扇区异常运行响应告警。

【技术特征摘要】
1.一种扇区运行性能综合检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：输入历史扇区运行性能指标数据，包括扇区通行性检测指标、扇区
复杂性检测指标、扇区安全性检测指标、扇区经济性检测指标和管制员工作负荷
检测指标；
步骤2：基于聚类分析模型处理历史扇区运行性能指标数据，建立扇区运行
性能档案；
步骤3：输入当前扇区运行性能指标数据，对照扇区运行性能档案寻找最大
相似类，以此判断扇区运行性能等级，并计算得到最小相似度；
步骤4：根据最小相似度确定是否触发扇区异常运行响应告警。
2.如权利要求1所述的扇区运行性能综合检测方法，其特征在于，所述步
骤1中的所述扇区通行性检测指标为扇区流量、扇区航行里程、扇区航行时间和
扇区交通流密度；
所述扇区复杂性检测指标为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、扇区航空器改航次数；
所述扇区安全性检测指标为扇区短期冲突告警频率和扇区最低安全高度告
警频率；
所述扇区经济性检测指标为扇区饱和度、扇区排队长度、扇区航空器延误架
次率、扇区航空器延误时间、扇区航空器平均延误时间；
所述管制员工作负荷检测指标为陆空通话信道占用率、陆空通话次数。
3.如权利要求1所述的扇区运行性能综合检测方法，其特征在于，在所
述步骤1与步骤2之间还包括对历史扇区...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建平，刘卫东，叶青，程延松，
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