飞行区运行态势评估方法技术

本发明专利技术公开了一种飞行区运行态势评估方法。通过对机场飞行区进离场航空器运行数据进行正规化处理，分别从微观视角和宏观视角对飞行区运行活动进行综合审视，以任意时段内单架航空器和单个时间片为评估对象，构建飞行区微观和宏观态势指标集，析取飞行区微观和宏观态势主成分，对任意一架航空器推出或着陆时刻以及任意一个时间片的飞行区运行态势进行综合评估，对于提升机场飞行区一体化运行态势动态感知水平具有重要意义。本发明专利技术实现了机场飞行区运行态势的多维化、定量化和综合化评估，有效解决了机场飞行区运行评估手段单一和滞后的技术难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机场运行评估方法，尤其涉及一种飞行区运行态势评估方法，属于航空系统

技术介绍
飞行区是空中交通在机场范围的主要活动区域，且航空器对其内部的跑道、滑行道和停机位等运行资源需求竞争激烈，极易成为机场的运行瓶颈。随着机场物理结构、空中交通以及运行环境的复杂程度不断增加，飞行区运行活动的复杂程度亦不断增加。如何系统性提炼飞行区运行态势指标体系，并采用科学的评估方法对飞行区运行态势进行综合评估，已成为机场运行管控过程中亟待解决的关键技术。飞行区运行评估的技术成果当前主要集中于运行安全和容量评估等方面，但仍缺乏对飞行区运行活动整体态势的评估技术成果。在高度复杂、动态和随机的机场运行环境中，由于航空运输管理人员无法对飞行区运行态势进行科学和准确度量，导致所采取的空中交通流量调配措施亦不能有效地满足空中交通运行需求，进而引发空中交通运行能力较为低下、机场拥堵和航班延误现象频发等一系列问题。目前，国内外在飞行区运行态势评估方面的技术成果非常少，仍存在一定的领域空白。因此，亟需构建一套系统全面的态势指标体系，并采用科学的态势评估方法，对机场飞行区运行态势进行综合评估，这对于多视角和定量化分析机场飞行区一体化运行活动的复杂程度，提升机场飞行区运行态势感知能力等具有重要意义。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种飞行区运行态势评估与方法，对机场飞行区内进离场一体化运行活动的复杂度进行综合定量分析，以提升飞行区运行态势的动态感知水平，为科学制定机场流量调配措施提供参考依据。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种飞行区运行态势评估方法，包括以下步骤：步骤一，对飞行区进离场航空器运行数据进行正规化处理；步骤二，划分飞行区运行态势评估视角：分别从微观视角和宏观视角对飞行区运行活动进行综合审视，以任意时段内单架航空器和单个时间片为评估对象；步骤三，构建飞行区微观和宏观态势指标集；步骤四，析取飞行区微观和宏观态势主成分；步骤五，对飞行区运行态势进行综合评估：对任意一架航空器推出或着陆时刻以及任意一个时间片的飞行区运行态势进行综合评估。进一步的，所述步骤一的具体步骤为：(1.1)采集机场飞行区空中交通运行数据，包括航空器撤轮挡时间、起飞时间、降落时间、挡轮挡时间、场面滑行时间的信息，构建飞行区运行活动原始数据库；(1.2)采用Z-Score正规化处理方法，对飞行区运行活动原始数据库中的相关数据进行无量纲化，得到均值为0、方差为1的标准化数据新序列，数据变换模型为：yi=xi-x‾s,i=1,2,...,n;]]>x‾=1nΣj=1nxj,s=1n-1Σj=1n(xj-x)2;]]>其中，n为数据样本容量，y1,y2,...,yn为标准化数据新序列，和s分别为原始数据序列x1,x2,...,xn的平均值和标准差。进一步的，所述步骤二的具体步骤为：(2.1)从多个视角审视飞行区运行活动，将飞行区运行态势视角分为微观视角和宏观视角两类；(2.2)在微观视角下，飞行区运行态势基本评估粒度为单架航空器，重点关注任意一架航空器推出或着陆时刻的飞行区运行态势；(2.3)在宏观视角下，飞行区运行态势基本评估粒度为单个时间片，重点关注任意一个时间片的飞行区运行态势。进一步的，所述步骤三的具体步骤为：(3.1)构建飞行区微观态势指标集，原始态势指标包括离场或进场滑行时间ξ1、离场瞬时流量ξ2、进场瞬时流量ξ3、离场累计流量ξ4、进场累计流量ξ5、起飞队列长度ξ6、降落队列长度ξ7、离场时隙需求ξ8和进场时隙需求ξ9，形成微观态势原始指标向量ξ＝(ξ1,ξ2,…,ξ9)T；(3.2)构建飞行区宏观态势指标集，原始态势指标包括离场滑行时间均值η1、进场滑行时间均值η2、起始时刻瞬时流量η3、终止时刻瞬时流量η4、时段累计离场流量η5、时段累计进场流量η6、跑道起飞服务架次η7、跑道降落服务架次η8、机位离场需求数量η9和机位进场需求数量η10，形成宏观态势原始指标向量η＝(η1,η2,…,η10)T。应注意到的是，由于飞行区微观态势评估面向单架航空器，对于任意一架航空器而言，离场和进场滑行时间仅能同时使用一个，因此飞行区微观态势指标集中离场或进场滑行时间ξ1为一个指标即可；而飞行区宏观态势评估面向单个时间片，对于任意一个时间片而言，离场和进场滑行时间均值可同时使用，因此飞行区宏观态势指标集中离场滑行时间均值η1和进场滑行时间均值η2为两个指标。进一步的，所述步骤四的具体步骤为：(4.1)在微观视角和宏观视角下，均采用主成分分析法对原始态势指标进行降维处理，计算各主成分Φi对方差的解释比例，主成分Φi的贡献率为：ωi=λiΣi=1pλi;]]>其中，p为飞行区运行态势评估主成分的总数量，λi为原始态势指标向量的协方差矩阵对应的特征值由大到小排序之后的第i个特征值；在此基础上，计算多个主成分的累计贡献率，前m个主成分的累计贡献率为：τm=Σi=1mωi=Σi=1mλiΣi=1pλi;]]>(4.2)在微观视角和宏观视角下，均采用累计贡献率大于85％的原则挑选前几个最大的主成分，析取出n1个飞行区微观态势主成分以及n2个飞行区宏观态势主成分(4.3)计算各个飞行区运行态势主成分对应的标准化系数矩阵，飞行区微观态势主成分的具体计算公式为：F1=a1Tξ,F2=a2Tξ,...,Fn1=an1Tξ;]]>飞行区宏观态势主成分的具体计算公式为：H1=b1Tη,H2=b2Tη,...,Hn2=bn2Tη;]]>其中，为主成分的标准化系数矩阵，为主成分的标准化系数矩阵。进一步的，所述步骤五的具体步骤为：(5.1)根据析取出的n1个飞行区微观态势主成分建立飞行区微观态势综合评估指标模型：F=Σi=1n1κiFi=aTξ;]]>a=Σi=1n1κiai;]]>其中，分别为微观态势主成分的贡献率；根据析取出的n2个飞行区宏观态势主成分建立飞行区宏观态势综合评估指标模型：H=Σi=1n2σiHi=bTη;]]>b=Σi=1n2σibi;]]>其中，分别为宏观态势主成分的贡献率；(5.2)在微观视角下，根据飞行区微观态势综合评估指标模型F，对任意一架航空器推出或着陆时刻的飞行区运行态势进行评估；(5.3)在宏观视角下，根据飞行区宏观态势综合评估指标模型H，对任意一个时间片的飞行区运行态势进行评估。有益效果：本专利技术从微观视角和宏观视角对飞行区运行活动进行综合审视，以任意时段内单架航空器和单个时间片为评估对象，构建飞行区微观和宏观态势指标集，析取飞行区微观和宏观态势主成分，对任意一架航空器推出或着陆时刻以及任意一个时间片的飞行区运行态势进行综合评估。本专利技术提出的飞行区运行态势评估方法，可从微观层面对任意一架航空器推出或着陆时刻的飞行区运行态势进行评估，亦可从宏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行区运行态势评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，对飞行区进离场航空器运行数据进行正规化处理；步骤二，划分飞行区运行态势评估视角：分别从微观视角和宏观视角对飞行区运行活动进行综合审视，以任意时段内单架航空器和单个时间片为评估对象；步骤三，构建飞行区微观和宏观态势指标集；步骤四，析取飞行区微观和宏观态势主成分；步骤五，对飞行区运行态势进行综合评估：对任意一架航空器推出或着陆时刻以及任意一个时间片的飞行区运行态势进行综合评估。

【技术特征摘要】
1.一种飞行区运行态势评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，对飞行区进离场航空器运行数据进行正规化处理；步骤二，划分飞行区运行态势评估视角：分别从微观视角和宏观视角对飞行区运行活动进行综合审视，以任意时段内单架航空器和单个时间片为评估对象；步骤三，构建飞行区微观和宏观态势指标集；步骤四，析取飞行区微观和宏观态势主成分；步骤五，对飞行区运行态势进行综合评估：对任意一架航空器推出或着陆时刻以及任意一个时间片的飞行区运行态势进行综合评估。2.如权利要求1所述的飞行区运行态势评估方法，其特征在于：所述步骤一的具体步骤为：(1.1)采集机场飞行区空中交通运行数据，包括航空器撤轮挡时间、起飞时间、降落时间、挡轮挡时间、场面滑行时间的信息，构建飞行区运行活动原始数据库；(1.2)采用Z-Score正规化处理方法，对飞行区运行活动原始数据库中的相关数据进行无量纲化，得到均值为0、方差为1的标准化数据新序列，数据变换模型为：yi=xi-x‾s,i=1,2,...,n;]]>x‾=1nΣj=1nxj,s=1n-1Σj=1n(xj-x)2;]]>其中，n为数据样本容量，y1,y2,...,yn为标准化数据新序列，和s分别为原始数据序列x1,x2,...,xn的平均值和标准差。3.如权利要求1所述的飞行区运行态势评估方法，其特征在于：所述步骤二的具体步骤为：(2.1)从多个视角审视飞行区运行活动，将飞行区运行态势视角分为微观视角和宏观视角两类；(2.2)在微观视角下，飞行区运行态势基本评估粒度为单架航空器，重点关注任意一架航空器推出或着陆时刻的飞行区运行态势；(2.3)在宏观视角下，飞行区运行态势基本评估粒度为单个时间片，重点关注任意一个时间片的飞行区运行态势。4.如权利要求1所述的飞行区运行态势评估方法，其特征在于：所述步骤三的具体步骤为：(3.1)构建飞行区微观态势指标集，原始态势指标包括离场或进场滑行时间ξ1、离场瞬时流量ξ2、进场瞬时流量ξ3、离场累计流量ξ4、进场累计流量ξ5、起飞队列长度ξ6、降落队列长度ξ7、离场时隙需求ξ8和进场时隙需求ξ9，形成微观态势原始指标向量ξ＝(ξ1,ξ2,…,ξ9)T；(3.2)构建飞行区宏观态势指标集，原始态势指标包括离场滑行时间均值η1、进场滑行时间均值η2、起始时刻瞬时流量η3、终止时刻瞬时流量η4、时段累计离场流量η5、时段累计进场流量η6、跑道起飞服务...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹嘉男，马园园，胡明华，田文，彭瑛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32