空中交通管制系统延误传播特性发现方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法、系统及设备，包括根据所有机场的延误时间序列，构建每个机场的延误时间序列初始父节点集；并进行独立性检验，得到每个机场延误时间序列筛选后的父节点集；之后进行因果发现，得到每个机场的延误因果链接；利用所有机场的延误因果链接，构建机场间的延误传播网络；对机场间的延误传播网络进行特性分析，得到待分析空中交通管制系统的延误传播特性；本发明专利技术采用真实系统的运行数据，避免了基于假设进行研究的片面性；对构建的延误传播网络进行分析，有明确的定性和定量分析依据；不仅从宏观层面发现机场间延误传播的依赖关系，还能在微观层面发现不同机场间延误传播的具体时延关系。体时延关系。体时延关系。

【技术实现步骤摘要】
空中交通管制系统延误传播特性发现方法、系统及设备


[0001]本专利技术属于空中交通管制系统
，特别涉及一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]随着世界经济水平的不断发展，对民航业的保障需求逐渐升高，致使其发展速度逐步加快，世界航空运输的各项生产指标保持持续增长的态势；然而随着航空器的数量越来越多，空域容量与交通流量的不平衡日益加剧，导致空中交通网络的拥挤，航班延误事件屡次发生；不仅造成了民众对航空业的不满，而且造成了巨大的经济损失。
[0003]为了加强对空域的控制和感知，空中交通管制系统的发展结合了越来越多的新兴数字技术，使其成为一个典型的网络物理系统(Cyber
‑
Physical System，CPS)；尽管该系统能够在理想状态达到更好的控制和更少的延迟，有效改善空中管制的效率，但同时其系统的威胁面也被扩展；在物理层面，传统的外界影响和物理设备的攻击会对系统造成影响；在网络层面，由于其对信息系统的严重依赖，并随着信息网络威胁的不断发展，会带来更高的网络威胁；在真实世界中，对空中交通管制系统的黑客入侵也确实存在，系统的中断频率也越来越高，故障和威胁正变的越来越普遍、多样及有影响力，随之而来的则是越来越多延误的产生；虽然延误是在局部范围内产生的，但由于空中交通管制系统是一个复杂的系统，机场间因航班的连接而存在相互作用，产生的延误会在整个航空运输网络中引起复杂的传播影响；因此，对延误传播机理的研究是一个意义重大并具有挑战的课题。
[0004]现有空中交通管制系统的延误传播机理研究是通过不同方式的建模实现的，对延误产生及传播机理有了一定的理解；然而这类方法主要存在以下几个方面的不足：第一，以建模方法进行研究得到的结果较为片面；第二，对延误传播的现象的描述没有科学的定性和定量分析指标；第三，延误传播现象仅能够从宏观层面观察，无法反映细粒度的传播关系。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法、系统及设备，以解决现有的延误传播研究结果具有片面性，对延误传播的现象无定性和定量分析指标，无法反映细粒度的传播关系的技术问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本专利技术提供了一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法，包括以下步骤：
[0008]对待分析空中交通管制系统中的每个机场，构建延误时间序列；
[0009]根据所有机场的延误时间序列，构建每个机场的延误时间序列初始父节点集；
[0010]分别对每个机场的延误时间序列与其对应的初始父节点集进行独立性检验，得到每个机场延误时间序列筛选后的父节点集；
[0011]分别对每个机场的延误时间序列与其对应筛选后的初始父节点集进行因果发现，
得到每个机场的延误因果链接；
[0012]利用所有机场的延误因果链接，构建机场间的延误传播网络；
[0013]利用复杂网络理论指标，对机场间的延误传播网络进行特性分析，得到待分析空中交通管制系统的延误传播特性。
[0014]进一步的，对待分析空中交通管制系统中的每个机场，构建延误时间序列的过程，具体如下：
[0015]获取待分析空中交通管制系统中每个机场的航班起降数据；
[0016]利用获取的航班起降数据，计算每个航班的到达延误；
[0017]对每个机场，在预设时间窗口内对该机场所有航班的到达延误进行汇总，得到预设时间窗口的到达延误时间；
[0018]将若干预设时间窗口的到达延误时间，按时间先后顺序排列得到每个机场的延误时间序列。
[0019]进一步的，利用获取的航班起降数据，计算每个航班的到达延误的过程，具体为：
[0020][0021]其中，d
f
为航班f的到达延误，t
f,a
为航班f的实际到达时间，t
f,p
为航班f的计划到达时间；其中，对于改道或取消的航班设定其到达延误为180min。
[0022]进一步的，利用所有机场的延误时间序列，构建每个机场的延误时间序列初始父节点集的过程，具体如下：
[0023]根据每个机场的延误时间序列，构建所有机场的延误时间序列集合；其中，所有机场的延误时间序列集合X
t
的表达式为：
[0024][0025]其中，为第j个机场的延误时间序列，N为待分析空中交通管制系统中的机场个数；
[0026]对所有机场的延误时间序列集合X
t
，分别进行不超过τ
max
个时间单元的负时延移动，得到每个机场的延误时间序列初始父节点集；
[0027]其中，第j个机场的延误时间序列初始父节点集的表达式为：
[0028][0029]1≤m≤τ
max
[0030]其中，X
t
‑
m
为所有机场的延误时间序列集合进行m个时间单元的负时延移动后的序列元素。
[0031]进一步的，分别对每个机场的延误时间序列与其对应的初始父节点集进行独立性检验，得到每个机场延误时间序列筛选后的父节点的过程，具体如下：
[0032]选取某一机场的延误时间序列及其对应的初始父节点集，取q＝0时，对该延误时间序列及其对应的初始父节点集进行无条件独立性检验，记录初始父节点集中每个序列元素的检验统计量值，并将所有满足与机场的延误时间序列相独立的序列元素从初始父节点
集中移除，令q
′
＝q+1；
[0033]将无条件独立性检验中，检验统计量值最大的q
′
个序列元素作为条件集，对该延误时间序列及其对应的初始父节点集进行条件独立性检验，并将所有满足与机场的延误时间序列相独立的序列元素从初始父节点集中移除，令q
″
＝q
′
+1；
[0034]重复上述操作，当条件集内序列元素个数大于初始父节点集中的序列元素个数时结束，得到该机场延误时间序列筛选后的父节点集；
[0035]重复上述操作，依次对剩余机场的延误时间序列及其对应的初始父节点集进行独立性检验，即得到每个机场延误时间序列筛选后的父节点集。
[0036]进一步的，分别对每个机场的延误时间序列与其对应筛选后的初始父节点集进行因果发现，得到每个机场的延误因果链接，具体过程如下：
[0037]选取某一机场j的延误时间序列及其对应筛选后的初始父节点集，从筛选后的初始父节点集中选取一个序列元素对该机场的延误时间序列与该序列元素进行条件独立性检验；
[0038]其中，条件集为将选择的序列元素从对应筛选后的初始父节点集中移除后的父节点集和所选择序列元素的父节点集
[0039]若满足独立性条件，则将选取的序列从其对应筛选后的初始父节点集中移除；
[0040]依次选择其对应筛选后的初始父节点集中的所有序列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法，其特征在于，包括以下步骤：对待分析空中交通管制系统中的每个机场，构建延误时间序列；根据所有机场的延误时间序列，构建每个机场的延误时间序列初始父节点集；分别对每个机场的延误时间序列与其对应的初始父节点集进行独立性检验，得到每个机场延误时间序列筛选后的父节点集；分别对每个机场的延误时间序列与其对应筛选后的初始父节点集进行因果发现，得到每个机场的延误因果链接；利用所有机场的延误因果链接，构建机场间的延误传播网络；利用复杂网络理论指标，对机场间的延误传播网络进行特性分析，得到待分析空中交通管制系统的延误传播特性。2.根据权利要求1所述的一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法，其特征在于，对待分析空中交通管制系统中的每个机场，构建延误时间序列的过程，具体如下：获取待分析空中交通管制系统中每个机场的航班起降数据；利用获取的航班起降数据，计算每个航班的到达延误；对每个机场，在预设时间窗口内对该机场所有航班的到达延误进行汇总，得到预设时间窗口的到达延误时间；将若干预设时间窗口的到达延误时间，按时间先后顺序排列得到每个机场的延误时间序列。3.根据权利要求2所述的一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法，其特征在于，利用获取的航班起降数据，计算每个航班的到达延误的过程，具体为：其中，d
f
为航班f的到达延误，t
f,a
为航班f的实际到达时间，t
f,p
为航班f的计划到达时间；其中，对于改道或取消的航班设定其到达延误为180min。4.根据权利要求1所述的一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法，其特征在于，利用所有机场的延误时间序列，构建每个机场的延误时间序列初始父节点集的过程，具体如下：根据每个机场的延误时间序列，构建所有机场的延误时间序列集合；其中，所有机场的延误时间序列集合X
t
的表达式为：其中，为第j个机场的延误时间序列，N为待分析空中交通管制系统中的机场个数；对所有机场的延误时间序列集合X
t
，分别进行不超过τ
max
个时间单元的负时延移动，得到每个机场的延误时间序列初始父节点集；其中，第j个机场的延误时间序列初始父节点集的表达式为：
1≤m≤τ
max
其中，X
t
‑
m
为所有机场的延误时间序列集合进行m个时间单元的负时延移动后的序列元素。5.根据权利要求1所述的一种空中交通管制系统延误传播特性发现方法，其特征在于，分别对每个机场的延误时间序列与其对应的初始父节点集进行独立性检验，得到每个机场延误时间序列筛选后的父节点的过程，具体如下：选取某一机场的延误时间序列及其对应的初始父节点集，取q＝0，对该延误时间序列及其对应的初始父节点集进行无条件独立性检验，记录初始父节点集中每个序列元素的检验统计量值，并将所有满足与机场的延误时间序列相独立的序列元素从初始父节点集中移除，令q
′
＝q+1；将无条件独立性检验中，检验统计量值最大的q
′
个序列元素作为条件集，对该延误时间序列及其对应的初始父节点集进行条件独立性检验，并将所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾乐雅，王布宏，郭戎潇，崔捷，田继伟，王振，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：