一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法。围绕空管雷达数据所能提供的信息，根据运行单位对交通流进行研究的需求，设计了一套系统的空中交通流特征参数指标体系，给出了指标定义和指标的提取方法。特征指标体系包含飞行流属性特征指标、运行安全特征指标和运行效率特征指标。这些特征参数值的计算结果，反映了空中交通流的运动状态和复杂程度，不同时段的连续指标的对比，可以反应交通流态势的变化。对空中交通流的运行态势进行定量的描述和评估，为研究者和使用者了解、认识和优化交通流提供基础分析数据方法和技术。

【技术实现步骤摘要】
一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法
本专利技术涉及空中交通领域，尤其涉及一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法。
技术介绍
由于空中交通需求的不断增加，在现有的运行环境下，空中局部区域或短时内出现了需求与容量不匹配的现象，导致了诸如空中交通拥挤、危险接近、航班延误等现象。为了更好分析上述现象产生的原因、发展的趋势以及更好的控制交通流运行效率，需要对现有的整个交通运行环境下，交通流现状的本身特征进行梳理和分析，建立可量化的指标体系。通过对这些指标的计算、分析、对比，从而掌握、控制和优化现有的交通流的分配和组织形式，从规律中创造效率。目前，国内还没有完整的针对空中交通流在不同的运行环境中的特征指标体系。
技术实现思路
鉴于现有技术状况，本专利技术的目的是提供一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法。该方法在于提供一种基于实际雷达轨迹数据的特征指标体系和有效、便捷、快速的提取分析技术，并在设置提取参数时考虑不同研究人员、不同研究对象时的一般需求。本专利技术采取的技术方案是：一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法，其特征在于，该指标体系分为飞行流属性特征指标、运行安全特征指标和运行效率特征指标，其中的飞行流属性特征指标中设有过点平均速度、流量和密度指标；运行安全特征指标中设有高度平均改变次数和航向平均改变次数指标；运行效率特征指标中设有延误时长、滞留度和通行率指标。本专利技术所述的过点平均速度的定义是指在观测时间内通过指定点断面的所有航空器瞬时速度的算术平均值；过点平均速度指标提取方法：依据定义，通过选择关注点的位置、高度范围和提取半径，计算该圆柱范围内的所有航空器的瞬时速度的算术平均值。本专利技术所述的流量的定义是指单位时间内，选定航路上航空器数；流量指标提取方法：在选定航路块的区域里，只要航班在不同航路块中出现的次数不少于2次，就认为该航班有效。本专利技术所述的密度指标的定义是指在某一时间段内且在选定区域内，所有航空器数量与可用区域水平面积比值；密度指标的提取方法：通过对在某一时间段内且在选定区域内，计算提取所有航空器数量与可用区域水平面积比值，根据区域特征选取区域半径。本专利技术所述的高度平均改变次数的定义是统计在指定航路上多架航空器飞过不同高度层时进行高度改变的次数，对选定航路上的航班，在选定区域内高度改变超过200米就算高度进行了改变，连续改变高度按一次计算；断续改变高度，按断续次数处理。本专利技术所述的航向平均改变次数的定义是指定空域内，航空器发生航向调整的平均次数，航向平均改变次数指标的提取方法：选取空域内统计航空器发生航向调整的平均次数，计算提取每架航空器航向改变次数的平均值。本专利技术所述的延误时长的定义是指选定航路上的航班晚于预计到达时刻的时长，延误时长指标的提取方法：将每天该航班在研究空域第一次出现的时间作为航班到达时间，对比n天的航班到达时间，最早的一个时间选为标杆时间，其他天的航班到达时间与该标杆时间相减，得到航班延误时间。本专利技术所述的滞留度的定义是在给定时间范围内，某空域单元流入交通量与流出交通量的差与流出交通量的比值，滞留度的计算公式如下：其中：k——滞留度；q1——流入交通量(架次)；q2——流出交通量(架次)；滞留度指标提取方法：选取空域，计算提取某空域单元流入交通量与流出交通量的差与流出交通量的比值。本专利技术所述的通行率的定义指在特定的飞行运行需求和路网条件下，单位时间内通过该区域的交通量与该航路最大通行能力的比值；计算公式如下：其中：υ——航路通行率；q——1小时内通过该航路的交通量；t机头时距——表示两个航空器在间隔标准对应的机头时距；Ki——表示空域结构对通行能力的影响系数，其中i表示不同高度层；通行率指标提取方法：计算提取在特定的飞行运行需求和路网条件下，单位时间内通过该区域的通行量与该区域最大通行量的比值。本专利技术所产生的有益效果是：通过对历史空中交通流雷达航迹数据初步特征分析，分别从飞行流属性特征指标、运行安全特征指标以及运行效率特征指标三个方面设定基础指标。这些基础一是保证不用添加其他参数，从现有的雷达数据中可以计算提取；二是用指标反应运行环境特征，不需要输入空域参数；三是指标都选择的是基础指标，这些基础指标通过一定的关系组合，可以计算更复杂的复合指标，其目的是为使用者搭建涉及交通流的基础数据，并可根据需要延伸出空中交通综合评价指标，为我国空中交通运行指标的优化提升提供科学方法指导、辅助决策支持。本专利技术围绕空管雷达数据所能提供的信息，根据运行单位对交通流进行研究的需求，设计了一套系统的空中交通流特征参数指标体系，并对首次提出的特征指标给出了指标定义和指标的提取方法。这些特征参数值的计算结果，反映了空中交通流的运动状态和复杂程度，不同时段的连续指标的对比，可以反应交通流态势的变化。对空中交通流的运行态势进行定量的描述和评估，为研究者和使用者了解、认识和优化交通流提供基础分析数据方法和技术。附图说明图1为本专利技术的空中交通流总体特征参数指标体系框图；图2为图1中的过点平均速度指标提取流程图；图3为图1中的流量指标提取流程图；图4为图1中的密度指标提取流程图；图5为图1中的高度平均改变次数指标提取流程图；图6为图1中的航向平均改变次数指标提取流程图；图7为图1中的延误时长指标提取流程图；图8为图1中的滞留度指标提取流程图；图9为图1中的通行率指标提取流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。一、构建交通流特征指标体系通过与相关的研究人员、运行单位的管制员、管理层反复沟通，结合提取到的不同地区的空中交通雷达轨迹数据，最后得到空中交通流的特征参数指标体系。参照图1，指标体系如下：1、飞行流属性特征指标飞行流属性特征指标可以从微观的航空器运行角度出发，按照运动学的过程，分为微观运行过程中的加速度、平均速度、航向、飞行时间、航空器位置、以及多架航空器运动时的平均间隔和通过某区域时的平均速度，前几点是单个航空器的五要素，后两点着重体现航空器之间相互作用的关系。由多架航空器整体运行过程形成的宏观飞行流属性包括在同一个区域内的，起点和终地点(O-D)的需求分布情况、机型种类所占比例、航路密度、航空器位置分布概率、交通流量和区域可压缩性。2、运行安全特征指标空中交通安全运行从交通流属性出发主要由两方面要素构成，一个是空域固有的结构导致交通流表现的运行属性，另一个表现为交通流因动态调整和干扰体现出的扰动特征。因此，运行安全特征指标可以分为静态和动态指标来反映空中交流安全方面的特征。运行安全特征中静态指标主要包括航路网中冲突点的个数、航线间的汇聚夹角、平均通过时间和汇聚流的条数。动态指标主要包括航空器高度平均改变次数、航向平均改变次数、位置误差(纵向、垂直和侧向误差)、冲突次数和接近率。3、运行效率特征指标运行效率特征指标可以从时间延误状况和空间通行状况进行分析，结合空中交通流的属性从时间上体现的是航空器运行速度减慢、滞留和延误；对于多架航空器造成不同延误情况。这几个指标彼此相关性较高，但各自反映交通流状况又各有侧重。因此，在时间上的效率指标主要包括单架航空器的延误时长(针对过点的和通过某个区域的延误时长)，针对多架航空器在一个区域内的平均飞行时长，过点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法，其特征在于，该指标体系分为飞行流属性特征指标、运行安全特征指标和运行效率特征指标，其中的飞行流属性特征指标中设有过点平均速度、流量和密度指标；运行安全特征指标中设有高度平均改变次数和航向平均改变次数指标；运行效率特征指标中设有延误时长、滞留度和通行率指标；所述的过点平均速度是指在观测时间内通过指定点断面的所有航空器瞬时速度的算术平均值；过点平均速度指标提取方法：依据定义，通过选择关注点的位置、高度范围和提取半径，计算该圆柱范围内的所有航空器的瞬时速度的算术平均值；所述的流量的定义是指单位时间内，选定航路上航空器数；流量指标提取方法：在选定航路块的区域里，只要航班在不同航路块中出现的次数不少于2次，就认为该航班有效；所述的密度指标的定义是指在某一时间段内且在选定区域内，所有航空器数量与可用区域水平面积比值；密度指标的提取方法：通过对在某一时间段内且在选定区域内，计算提取所有航空器数量与可用区域水平面积比值，根据区域特征选取区域半径；所述的高度平均改变次数的定义是统计在指定航路上多架航空器飞过不同高度层时进行高度改变的次数，对选定航路上的航班，在选定区域内高度改变超过200米就算高度进行了改变，连续改变高度按一次计算；断续改变高度，按断续次数处理；所述的航向平均改变次数的定义是指定空域内，航空器发生航向调整的平均次数，航向平均改变次数指标的提取方法：选取空域内统计航空器发生航向调整的平均次数，计算提取每架航空器航向改变次数的平均值；所述的延误时长的定义是指选定航路上的航班晚于预计到达时刻的时长，延误时长指标的提取方法：将每天该航班在研究空域第一次出现的时间作为航班到达时间，对比n天的航班到达时间，最早的一个时间选为标杆时间，其他天的航班到达时间与该标杆时间相减，得到航班延误时间；所述的滞留度的定义是在给定时间范围内，某空域单元流入交通量与流出交通量的差与流出交通量的比值，滞留度的计算公式如下：...

【技术特征摘要】
1.一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法，其特征在于，该指标体系分为飞行流属性特征指标、运行安全特征指标和运行效率特征指标，其中的飞行流属性特征指标中设有过点平均速度、流量和密度指标；运行安全特征指标中设有高度平均改变次数和航向平均改变次数指标；运行效率特征指标中设有延误时长、滞留度和通行率指标；所述的过点平均速度是指在观测时间内通过指定点断面的所有航空器瞬时速度的算术平均值；过点平均速度指标提取方法：依据定义，通过选择关注点的位置、高度范围和提取半径，计算该圆柱范围内的所有航空器的瞬时速度的算术平均值；所述的流量的定义是指单位时间内，选定航路上航空器数；流量指标提取方法：在选定航路块的区域里，只要航班在不同航路块中出现的次数不少于2次，就认为该航班有效；所述的密度指标的定义是指在某一时间段内且在选定区域内，所有航空器数量与可用区域水平面积比值；密度指标的提取方法：通过对在某一时间段内且在选定区域内，计算提取所有航空器数量与可用区域水平面积比值，根据区域特征选取区域半径；所述的高度平均改变次数的定义是统计在指定航路上多架航空器飞过不同高度层时进行高度改变的次数，对选定航路上的航班，在选定区域内高度改变超过200米就算高度进行了改变，连续改变高度按一次计算；断续改变高度，按断续次数处理；所述的航向平均改变次数的定义是指定空域内，航空器发生航向调整的平均次数，航向平均改变次数指标的提取方法：选取空域内统计航空器发生航向调整的平均次数，计算提取每架航空器航向改变次数的平均值；所述的延误时长的定义是指选定航路上的航班晚于预计到达时刻的时长，延误时长指标的提取方法：将每天该航班在研究空域第一次出现的时间作为航班到达时间，对比n天的航班到达时间，最早的一个时间选为标杆时间，其他天的航班到达时间与该标杆时间相减，得到航班延误时间；所述的滞留度的定义是在给定时间范围内，某空域单元流入交通量与流出交通量的差与流出交通量的比值，滞留度的计算公式如下：其中：k——滞留度；q1——流入交通量；q2——流出交通量；滞留度指标提取方法：选取空域，计算提取某空域单元流入交通量与流出交通量的差与流出交通量的比值；所述的通行率的定义指在特定的飞行运行需求和路网条件下，单位时间内通过该区域的交通量与该航路最大通行能力的比值；计算公式如下：其中：υ——航路通行率；q——1小时内通过该航路的交通量；t机头时距——表示两个航空器在间隔标准对应的机头时距；Ki——表示空域结构对通行能力的影响系数，其中i表示不同高度层；通行率指标提取方法：计算提取在特定的飞行运行需求和路网条件下，单位时间内通过该区域的通行量与该区域最大通行量的比值。2.根据权利要求1所述的一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法，其特征在于，提取过点平均速度执行以下操作：程序初始化后，加载雷达数据，在指标计算中选择过点平均速度模块的计算，自动获取鼠标光标的位置为圆心，同时记录圆心所在位置的经纬度，以过点半径中输入参数为半径，然后对是否选择该点所有高度进行判断，如果选择所有高度，则获取圆柱体中所有航空器的速度信息并统计航空器架次数值用n表示，否则选取高度输入模块中的上限和下限作为圆柱体的高度，获取圆柱体中所有航空器的速度信息并统计航空器架次n，将统计的航空器速度求和并除以n得到过点平均速度，输出圆心所在位置经纬度和过点平均速度。3.根据权利要求1所述的一种空中交通流特征参数指标体系中参数指标的提取方法，其特征在于，提取流量指标程序执行以下操作：程序初始化后，加载雷达数据，在指标计算中选择流量模块的计算，设定流量统计区域，获取区域内所有航空器的呼号、架次、航向以及时间信息，对区域内航班架次是否大于2进行判断，如果是大于2，则统计区域内半小时、一小时和一天的航空器架次，否则在数据库中删除该航班信息，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉莉，吴维，范征，彭勃，
申请(专利权)人：中国民航大学，波音中国投资有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12