一种塔台管制效能评价指标关联关系分析方法技术

本发明专利技术提供了一种塔台管制效能评价指标关联关系分析方法，包括：首先对原始数据进行清洗，去掉异常值、重复值，填补缺失值；基于过程方法选取部分可计算的空管塔台代表性指标，对指标对之间建立最大交互信息法非参数模型，求取最大信息系数(MIC)确定指标间的关联强度；再根据Spearman相关系数法辅助识别关联方向，最终得到空管塔台指标关联关系。Spearman相关系数法弥补了最大非参数模型无法确定指标间的关联方向的问题，最大非参数模型也改善了Spearman相关系数法对于非线性指标间关联程度判断的局限性与准确度，为提升塔台管制效能奠定基础。能奠定基础。能奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种塔台管制效能评价指标关联关系分析方法


[0001]本专利技术属于空中交通评价领域，特别涉及一种塔台管制效能评价指标关联关系分析方法。

技术介绍

[0002]塔台管制效能指标关联关系分析方法是评价过程的关键步骤，评价指标的选取要考虑到指标的科学性、独立性，适用性等原则；而指标关联关系计算即在分析指标之间的相关程度，对相关程度高的指标后期进行降维或简化指标，才能保证指标独立性原则，避免重复因素的计算导致评价结果失真。现阶段空管领域关联关系的计算多采用皮尔逊相关系数法，spearman相关系数法等线性关系方法，而实际上空管领域的指标间不单单全为线性相关，而最大交互信息法计算的范围为线性相关关系、非线性相关关系以及函数相关关系，但最大交互信息法不能得出指标之间的关联方向，因此关联方向的确认依旧采用传统方法进行判断，而相关程度采用较为准确的最大交互信息法进行指标间的计算。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：针对塔台管制效能评价，提出了一种基于MINE-Spearman模型的塔台管制效能评价指标关联关系分析方法。实现了对空管塔台评价指标的相关程度的计算，为以后指标简化与指标体系降维提供方向。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于MINE-Spearman模型的塔台管制效能评价指标关联关系分析方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1，分析塔台管制过程中相关要素，基于运行过程和计划数据选取可计算的代表性指标；
[0006]步骤2，对飞行计划数据进行数据清洗即数据预处理，并计算选取的塔台指标；
[0007]步骤3，创建指标对，两两指标对间建立MINE-Spearman模型，完成管制效能评价指标关联关系分析。
[0008]步骤1包括如下步骤：
[0009]步骤1-1：根据航班的飞行过程以及飞行计划数据，分析影响塔台管制效能的相关因素，获取起飞航班从准备起飞经历放行、推出、滑出、跑道等待、跑道起飞的时间节点；获取降落航班从准备着陆经历脱离跑道、滑入、到达停机位的时间节点；
[0010]步骤1-2，根据步骤1-1中的时间节点，选取代表性指标，包括起飞降落航班数量指标、滑出滑入时间指标、跑道等待时间指标、有关放行间隔及效率的指标，进离港延误航班指标，并定义指标计算模型。。
[0011]步骤1-2包括如下步骤：
[0012]步骤1-2-1，构建指标C1，即起飞航班数，其计算公式为：
[0013][0014]式中表示机场a在时段t内的第i架航班的实际起飞时刻值；Num(B)表示集合
B的数量。表示机场a在时段t内的起飞航班数；
[0015]步骤1-2-2，构建指标C2，即降落航班数，其计算公式为：
[0016][0017]式中表示机场a在时段t内的第i架航班的实际降落时刻值；表示机场a在时段t内的降落航班数；
[0018]步骤1-2-3，构建指标C3，即准时离港航班数，其计算公式为：
[0019][0020]式中表示机场a在时段t内的第i架航班的实际撤轮挡时刻值；表示机场a在时段t内的第i架航班的计划撤轮挡时刻值；表示机场a在时段t内的准时离港航班数；
[0021]步骤1-2-4，构建指标C4，即跑道利用率，在统计时段t内跑道起降量与跑道容量的比例，其计算公式为：
[0022][0023]式中表示机场a在时段t内的起降量；表示机场a在时段t内的跑道静态容量。表示机场a在时段t内的跑道利用率；
[0024]步骤1-2-5，构建指标C5，即平均滑出时间，在统计时段t内航班实际撤轮档时间与实际起飞时间之间的时间长度的平均值，其计算公式：
[0025][0026]式中表示机场a在时段t内的实际离港飞机数量；表示机场a在时段t内的第i架航班的实际起飞时刻；表示机场a在时段t内的第i架航班的实际撤轮档时刻值。表示机场a在时段t内的平均滑出时间；
[0027]步骤1-2-6：构建指标C6，即平均滑入时间，在统计时段t的航班实际落地时间至实际上轮档时间之间的时间长度的平均值，其计算公式：
[0028][0029]式中表示机场a在时段t内的实际离港飞机数量；表示机场a在时段t内的第i架航班的实际上轮档时刻值；表示机场a在时段t内的第.i.架航班的实际落地时刻值。表示机场a在时段t内的平均滑入时间；
[0030]步骤1-2-7：构建指标C7，即连续航班平均放行间隔，连续航班指同跑道，两离场航班离场时未插入进场航班，连续航班平均放行间隔计算公式：
[0031][0032]式中表示机场a在时段t内的连续离场航班对的数量；表示机场a在时段t内的第j对连续离场航班的放行间隔。表示机场a在时段t内的连续航班平均放行间隔；
[0033]步骤1-2-8：构建指标C8，即连续离场航班放行效率，统计时段t内的连续离场的航班放行间隔平均值与尾流间隔标准加权结果的比值。其计算公式：
[0034][0035]式中表示机场a在时段t内的连续离场航班对的数量；表示机场a在时段t内的第j对连续离场航班的放行间隔；表示机场a在时段t内的尾流间隔标准加权值。表示机场a在时段t内的连续离场航班放行效率；
[0036]步骤1-2-9：构建指标C9，即连续进场航班平均进场间隔，统计时段t内的连续进场航班的平均进场间隔，其中同跑道，两进场航班进场时不插入离场航班即判断为连续进场航班。其计算公式：
[0037][0038]式中表示机场a在时段t内的连续进场航班对的数量；表示机场a在时段t内的第j对连续进场航班的进场间隔。表示机场a在时段t内的连续进场航班平均进场间隔；
[0039]步骤1-2-10：构建指标C
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，即跑道平均等待时间，统计时段t内的航班进入跑道时间与排队时间的时间长度的平均值。其计算公式：
[0040][0041]式中表示机场a在时段t内的实际离港航班数量；表示机场a在时段t内的第i架航班的进入跑道时刻值；表示机场a在时段t内的第i架航班的排队时刻值。表示机场a在时段t内的跑道平均等待时间；
[0042]步骤1-2-11：构建指标C
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，即CTOT(Calculated Take-off Time，计算的起飞时间)执行符合率，在统计时段t内根据系统计算的CTOT执行航班的数量与总离场航班数量的比例。计算公式如下：
[0043][0044]式中表示机场a在统计时段t内的第i架航班的实际起飞时刻值；表示机场a在统计时段t内的第i架航班的计算起飞时刻值；表示机场a在统计时段t内的第i架航班设定的提前偏差值；表示机场a在统计时段t内的第i架航班设定的滞后偏差值；表示机场a在时段t内的实际离港飞机数量；表示机场a在统计时段t内的CTOT执行符合率；
[0045]步骤1-2-12：构建指标C
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，即离港航班延误架次，在统计时段t内的所延误的离场航班数量。其计算公式为：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔台管制效能评价指标关联关系分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，分析塔台管制过程中相关要素，基于运行过程和计划数据选取代表性指标；步骤2，对飞行计划数据进行预处理，并计算选取的塔台指标；步骤3，创建指标对，两两指标对间建立MINE-Spearman模型，完成管制效能评价指标关联关系分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：步骤1-1：根据航班的飞行过程以及飞行计划数据，分析影响塔台管制效能的相关因素，获取起飞航班从准备起飞经历放行、推出、滑出、跑道等待、跑道起飞的时间节点；获取降落航班从准备着陆经历脱离跑道、滑入、到达停机位的时间节点；步骤1-2，根据步骤1-1中的时间节点，选取代表性指标，包括起飞降落航班数量指标、滑出滑入时间指标、跑道等待时间指标、有关放行间隔及效率的指标，进离港延误航班指标，并定义指标计算模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1-2包括如下步骤：步骤1-2-1，构建指标C1，即起飞航班数，其计算公式为：式中表示机场a在时段t内的第i架航班的实际起飞时刻值；Num(B)表示集合B的数量；表示机场a在时段t内的起飞航班数；步骤1-2-2，构建指标C2，即降落航班数，其计算公式为：式中表示机场a在时段t内的第i架航班的实际降落时刻值；表示机场a在时段t内的降落航班数；步骤1-2-3，构建指标C3，即准时离港航班数，其计算公式为：式中表示机场a在时段t内的第i架航班的实际撤轮挡时刻值；表示机场a在时段t内的第i架航班的计划撤轮挡时刻值；表示机场a在时段t内的准时离港航班数；步骤1-2-4，构建指标C4，即跑道利用率，其计算公式为：式中表示机场a在时段t内的起降量；表示机场a在时段t内的跑道静态容量；表示机场a在时段t内的跑道利用率；步骤1-2-5，构建指标C5，即平均滑出时间，其计算公式：
式中表示机场a在时段t内的实际离港飞机数量；表示机场a在时段t内的第i架航班的实际起飞时刻；表示机场a在时段t内的第i架航班的实际撤轮档时刻值；表示机场a在时段t内的平均滑出时间；步骤1-2-6：构建指标C6，即平均滑入时间，其计算公式：式中表示机场a在时段t内的实际离港飞机数量；表示机场a在时段t内的第i架航班的实际上轮档时刻值；表示机场a在时段t内的第i架航班的实际落地时刻值；表示机场a在时段t内的平均滑入时间；步骤1-2-7：构建指标C7，即连续航班平均放行间隔，连续航班指同跑道，两离场航班离场时未插入进场航班，连续航班平均放行间隔计算公式：式中表示机场a在时段t内的连续离场航班对的数量；表示机场a在时段t内的第j对连续离场航班的放行间隔；表示机场a在时段t内的连续航班平均放行间隔；步骤1-2-8：构建指标C8，即连续离场航班放行效率，其计算公式：式中表示机场a在时段t内的连续离场航班对的数量；表示机场a在时段t内的第j对连续离场航班的放行间隔；表示机场a在时段t内的尾流间隔标准加权值；表示机场a在时段t内的连续离场航班放行效率；步骤1-2-9：构建指标C9，即连续进场航班平均进场间隔，其计算公式为：式中表示机场a在时段t内的连续进场航班对的数量；表示机场a在时段t内的第j对连续进场航班的进场间隔；表示机场a在时段t内的连续进场航班平均进场间隔；步骤1-2-10：构建指标C
10
，即跑道平均等待时间，其计算公式：
式中表示机场a在时段t内的实际离港航班数量；表示机场a在时段t内的第i架航班的进入跑道时刻值；表示机场a在时段t内的第i架航班的排队时刻值；表示机场a在时段t内的跑道平均等待时间；步骤1-2-11：构建指标C
11
，即CTOT执行符合率，计算公式如下：式中表示机场a在统计时段t内的第i架航班的实际起飞时刻值；表示机场a在统计时段t内的第i架航班的计算起飞时刻值；表示机场a在统计时段t内的第i架航班设定的提前偏差值；表示机场a在统计时段t内的第i架航班设定的滞后偏差值；表示机场a在时段t内的实际离港飞机数量；表示机场a在统计时段t内的CTOT执行符合率；步骤1-2-12：构建指标C
12
，即离港航班延误架次，其计算公式为：式中表示机场a在统计时段t内的第i架航班计算的起飞时刻值；表示机场a在统计时段t内的第i架航班的实际起飞时刻值；表示机场a在统计时段t内的离港航班延误架次；步骤1-2-13：构建指标C
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，即离港航班延误平均时长，计算公式如下：式中：B代表计算的集合；表示机场a在统计时段t内的第i架航班计划撤轮档时刻；表示机场a在统计时段t内的第i架航班的经验离港滑行时间；N
+
(C)表示C的正整数集合，表示机场a在统计时段t内的离港航班延误平均时长。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2包括如下步骤：步骤2-1，对飞行计划数据，使用Python的isnull函数查看数据缺失值；步骤2-2，根据缺失值的比例确定处理方法；如果缺失行在5％以内，采用删除法删除缺失行；如果缺失值比例非常高，删除缺失值所对应的变量；如果缺失值在50％以内，用均值替换法对缺失值进行填补。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3包括如下步骤：步骤3-1，指标两两分组，即(C1,C2)，(C1,C3)
…
(C
12
,C
13
)，共78组；
步骤3-2，指标对之间使用最大交互信息法，计算最大信息系数MIC值，判断关联程度强弱，越接近于1关联程度越强；步骤3-3，指标对之间使用Spearman相关法，求取Spearman秩相关系数值，判断指标对之间关联方向；步骤3-4，根据MINE-Spea...

【专利技术属性】
技术研发人员：李印凤，付胜豪，徐萌，王小文，董斌，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：