ADS-B航迹清洗与校准装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种ADS‑B航迹清洗与校准装置。ADS‑B航迹清洗与校准装置包括：建立基于ADS‑B航迹数据的特征字段的数据样本，其中特征字段包括初始字段以及扩展字段，所述扩展字段通过所述初始字段计算得出；对数据样本进行去重；根据数据样本中的特征字段的数据特点选择特征字段，并用于字段数据异常检测和处理；依据局部遍历的DBSCAN密度聚类方法对数据样本的特征字段进行离群点识别，判断异常点，对异常点进行修正或删除；根据数据样本中的初始字段对航迹进行校准。使用局部遍历的DBSCAN密度聚类方法识别离群点，大幅提高清洗效率，通过航迹校准对时间戳进行修正，使整个飞行轨迹符合质点运动学规律。

ADS-B track cleaning and calibration device

【技术实现步骤摘要】
ADS-B航迹清洗与校准装置
本专利技术涉及航空领域，具体涉及一种ADS-B航迹清洗与校准装置。
技术介绍
航班的ADS-B飞行轨迹，由多个航迹点组成，并且每个航迹点都带有多个字段信息(例如时间戳、经度、纬度、高度、航向、速度等)。因此，利用航班的飞行轨迹数据可以开发出很多有价值的应用，例如航空器飞行状态异常监控、航空器油耗与污染物排放计算、航班运行效率评估、航空数据统计与预测、空域运行质量评价等等。ADS-B数据字段内容越丰富，飞行轨迹的利用价值就越高。但是，地形阻挡、电磁干扰、信号覆盖面限制、信道堵塞等诸多因素不可避免地影响着ADS-B数据质量，例如出现漏点、跳点、重复记录、更新延迟等异常现象。因此在对ADS-B飞行轨迹进行分析与应用之前，如何对航迹数据进行高效清洗(即预处理)是重中之重。如果航迹点数据不满足质点运动学规律，即时间戳、位置和速度三者不匹配的情况称为航迹失准，此时需要根据现有数据条件，尽可能地进行航迹校准，以满足航迹数据应用的要求。如何解决上述问题，是目前亟待解决的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种ADS-B航迹清洗与校准装置。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种ADS-B航迹清洗与校准装置，包括：数据样本建立模块，适于建立基于ADS-B航迹数据的特征字段的数据样本，其中特征字段包括初始字段以及扩展字段，所述扩展字段通过所述初始字段计算得出；去重模块，适于对数据样本进行去重；特征字段选择模块，适于根据数据样本中的特征字段的数据特点选择特征字段，并用于字段数据异常检测和处理；异常点处理模块，适于依据局部遍历的DBSCAN密度聚类方法对数据样本的特征字段进行离群点识别，通过相邻正常点进行插值的方法对离群点进行判断是否为异常点，对异常点进行修正或删除；校准模块，适于根据数据样本中的初始字段对航迹进行校准。本专利技术的有益效果是，本专利技术提供了一种ADS-B航迹清洗与校准装置。ADS-B航迹清洗与校准装置包括：建立基于ADS-B航迹数据的特征字段的数据样本，其中特征字段包括初始字段以及扩展字段，所述扩展字段通过所述初始字段计算得出；对数据样本进行去重；根据数据样本中的特征字段的数据特点选择特征字段，并用于字段数据异常检测和处理；依据局部遍历的DBSCAN密度聚类方法对数据样本的特征字段进行离群点识别，通过相邻正常点进行插值的方法对离群点进行判断是否为异常点，对异常点进行修正或删除；根据数据样本中的初始字段对航迹进行校准。使用局部遍历的DBSCAN密度聚类方法识别离群点，大幅提高清洗效率，通过航迹校准对时间戳进行修正，使整个飞行轨迹符合质点运动学规律。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术所提供的ADS-B航迹清洗与校准装置的智能终端的原理框图。图2是本专利技术所提供的ADS-B航迹清洗与校准装置的原理框图；图3是某样本航班ADS-B轨迹点的经度Lon、纬度Lat、压力高度PA和垂直速度VS剖面图；图4是某样本航班ADS-B轨迹点的地速GS/校准地速GSc、航迹角TA/校准航迹角TAc剖面图；图5是ADS-B时间戳与经纬度位置不协调时的修正示意图；图6是数据队列中离群点与异常点示意图；图7是某样本航班ADS-B轨迹点各特征字段剖面在经过数据清洗与校准前后的对比图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。请参阅图1，是本专利技术实施例提供的ADS-B航迹清洗与校准装置的智能终端300的方框示意图。可以包括ADS-B航迹清洗与校准装置200、存储器210、存储控制器220、处理器230、外设接口250、显示触摸屏240。存储器210、存储控制器220、处理器230、外设接口250、显示触摸屏240各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可以通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。ADS-B航迹清洗与校准装置200可以包括至少一个可以软件或固件的形式存储于存储器210中或固化在智能终端300的操作系统中的软件模块，例如手ADS-B航迹清洗与校准装置200所包括的软件功能模块及计算机程序等。其中，存储器210可以是，但不限于，随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)，只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(FlectricErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器210用于存储程序，处理器230在接收到执行指令后，执行所述程序。处理器230以及其他可能的组件对存储器210的访问可以在存储控制器220的控制下进行。处理器230可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器230可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本专利技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。外设接口250将各种输入/输出装置耦合至处理器230以及存储器210.在一些实施例中，外设接口250、处理器230以及存储控制器220可以在单个芯片中实现，在其他一些实施例中，他们可以分别由独立的芯片实现。显示触摸屏240用于接收外部的触摸操作，并将外部操作发送给处理器230处理，从而将外部表的操作转化为手势轨迹。可以理解，图1所示的结构仅为示意，智能终端300还可以包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或者其组合实现。实施例1如图2所示，本实施例1提供了一种ADS-B航迹清洗与校准装置。使用局部遍历的DBSCAN密度聚类方法识别离群点，大幅提高清洗效率，通过航迹校准对时间戳进行修正，使整个飞行轨迹符合质点运动学规律。具体的包括：数据样本建立模块，适于建立基于ADS-B航迹数据的特征字段的数据样本，其中特征字段包括初始字段以及扩展字段，所述扩展字段通过所述初始字段计算得出；去重模块，适于对数据样本进行去重；特征字段选择模块，适于根据数据样本中的特征字段的数据特点选择特征字段，并用于字段数据异常检测和处理；异常点处理模块，适于依据局部遍历的DBSCAN密度聚类方法对数据样本的特征字段进行离群点识别，通过相邻正常点进行插值的方法对离群点进行判断是否为异常点，对异常点进行修正或删除；校准模块，适于根据数据样本中的初始字段对航迹进行校准。在本实施例中，所述数据样本建立模块中的所述数据样本由N个航迹点P组成的某一航班轨迹Traj＝{P1，P2…Pi…PN}，Pi表示第i个航迹点所述初始字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ADS‑B航迹清洗与校准装置，其特征在于，包括：数据样本建立模块，适于建立基于ADS‑B航迹数据的特征字段的数据样本，其中特征字段包括初始字段以及扩展字段，所述扩展字段通过所述初始字段计算得出；去重模块，适于对数据样本进行去重；特征字段选择模块，适于根据数据样本中的特征字段的数据特点选择特征字段，并用于字段数据异常检测和处理；异常点处理模块，适于依据局部遍历的DBSCAN密度聚类方法对数据样本的特征字段进行离群点识别，通过相邻正常点进行插值的方法对离群点进行判断是否为异常点，对异常点进行修正或删除；校准模块，适于根据数据样本中的初始字段对航迹进行校准。

【技术特征摘要】
1.一种ADS-B航迹清洗与校准装置，其特征在于，包括：数据样本建立模块，适于建立基于ADS-B航迹数据的特征字段的数据样本，其中特征字段包括初始字段以及扩展字段，所述扩展字段通过所述初始字段计算得出；去重模块，适于对数据样本进行去重；特征字段选择模块，适于根据数据样本中的特征字段的数据特点选择特征字段，并用于字段数据异常检测和处理；异常点处理模块，适于依据局部遍历的DBSCAN密度聚类方法对数据样本的特征字段进行离群点识别，通过相邻正常点进行插值的方法对离群点进行判断是否为异常点，对异常点进行修正或删除；校准模块，适于根据数据样本中的初始字段对航迹进行校准。2.如权利要求1所述的ADS-B航迹清洗与校准装置，其特征在于，所述数据样本建立模块中的所述数据样本由N个航迹点P组成的某一航班轨迹Traj＝{P1，P2…Pi…PN}，Pi表示第i个航迹点所述初始字段包括航班唯一识别编码FID、时间戳T、经度Lon、纬度Lat、压力高度PA、地速GS、航迹角TA以及垂直速度VS；所述扩展字段包括校准时间戳Tc、校准地速GSc、校准航迹角TAc以及校准垂直速度VSc；所述扩展字段通过所述初始字段计算得出的方法包括：第i个航迹点Pi上的TAci、GSci和VSci由下式计算得到：TAci＝DirGreatCircle(i，i+1)；GSci＝DistGreatCircle(i，i+1)/(Ti+1-Ti)；VSci＝(PAi+1-PAi)/(Ti+1-Ti)；其中，DirGreatCircle(i，i+1)和DistGreatCircle(i，i+1)分别为Pi到Pi+1点的大圆航线航迹角和距离长度，并根据Pi到Pi+1两点的经纬度计算获得。3.如权利要求2所述的ADS-B航迹清洗与校准装置，其特征在于，所述去重模块包括：时序排序单元，适于将所有航迹点按照时间戳字段T从早到晚进行排序；时间戳重复点删除单元，适于删除时间戳重复的航迹点；经纬度同时重合点删除单元，适于删除经度和纬度同时重复的相邻航迹点。4.如权利要求3所述的ADS-B航迹清洗与校准装置，其特征在于，所述异常点处理模块，适于依据局部遍历的DBSCAN密度聚类方法对数据样本的特征字段进行离群点识别，通过相邻正常点进行插值的方法对离群点进行判断是否为异常点，对异常点进行修正或删除，即：特征字段的数据集D＝{x1，x2...xi...xN}，其中xi即为航迹点Pi的对应字段数值，定义δ为局部域长度，ε为邻域距离阈值，MinPts为核心点邻域内点数量阈值，并且满足MinPts≤2δ，则进行局部遍历的DBSCAN聚类时异常点处理模块包括：字段距离计算单元，适于对任意数据点xi，在数量为2δ+1的局部域数据集L＝{xi-δ，...，xi+δ}内计算字段距离函数Dist(xi，xk)，其中k＝i-δ，...，i+δ；分域单元，适于将满足Dist(xi，xk)≤ε的所有L域数据点加入到xi的ε邻域Nε，i中，若Nε，i内点数量≥MinPts，则xi标记为核心点，并加入核心域C中；反之，则xi标记为离群点，并加入到离群域O中，其中L域数据点表示以数据点xi为中心，在两侧δ范围内所有数据点集合，称为局部数据集L，δ表示局部数据点数量范围的控制参数；重复计算单元，适于将下一个点xi+1，代入字段距离计算单元以及分域单元，直到最后一个点xN计算结束；集合获取单元，适于将离群域O内的所有离群点及其邻域点，进行合并得到离群点集合Outliers...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，刘芳子，谢华，薛磊，唐仲民，李杰，张颖，袁立罡，陈海燕，
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