一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法技术

本发明专利技术提供了一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，包括：将空域运行风险指标归纳为冲突风险指标和运行态势风险指标，建立综合运行风险评估指标体系；采用客观赋权法计算各评估指标权重；采用聚类算法分析空域运行风险物元模型经典域和节域；结合模糊数学理论对评估对象风险等级进行判定，采用隶属函数作为模糊性的客观度量，并给出隶属度计算方法；最后，根据上述步骤得出的指标权重及评估对象关于各风险等级的隶属度，以最大隶属度为原则，完成空域运行风险等级判定。该方法避免了人为主观因素对运行风险等级判定的干预，并且由于评估体系、风险等级总数等参数可灵活设置，保证了算法的实用性和扩展性，可为风险空域识别提供依据。域识别提供依据。域识别提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法


[0001]本专利技术涉及一种空域运行风险评估方法，特别是一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法。

技术介绍

[0002]随着我国航空运输产业的不断发展，空中交通运行复杂度与潜在运行风险不断增加，实时评估空域单元综合运行风险的重要性日益显现。空域综合运行风险评估是一个典型的多元关联分析问题，与多方面因素有关，包括航班计划的排布、空域结构等。客观、量化的空域运行风险评估对于提升空域运行安全、减少管制员工作负荷具有重要作用，并且能够有效辅助管理人员进行航班计划调整、运行方案设计、空域结构调整等决策。
[0003]目前，常用的空域综合运行风险评估方法有基于贝叶斯网络的安全风险评估方法(参考：基于贝叶斯网络的通用航空安全风险评估研究[J].舰船电子工程，2021，41(3)：4.)、基于层次分析法的综合风险评价方法(参考：基于层次分析法终端区天气特情应急处置风险评估模型研究[J].空中交通，2017(1)：4)、模糊综合评价方法(参考：低空空域飞行安全风险评估方法研究[J].青年科学：教师版，2014，35(5))以及传统的物元分析评价方法(基于物元可拓模型的机场站坪风险评估研究[J].民航学报，2018(5)：6)等。上述方法在权值分析、指标赋值、或是风险等级范围划分时往往根据经验值进行人为设定，其评估值的准确性依赖于管制人员的经验，很难对空域运行风险做到客观评估。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，构建空域运行风险评估的指标体系；
[0007]步骤2，对所述指标体系的权重进行确定；
[0008]步骤3，对所述指标体系进行经典域分析以及节域分析；
[0009]步骤4，对所述指标体系的模糊关联度进行分析；
[0010]步骤5，根据所述指标体系，对所述空域运行进行综合风险评估。
[0011]有益效果：
[0012]本专利技术构建了空域运行综合风险评估体系，采用熵值法为各指标赋值，结合聚类算法和历史运行数据分析物元模型经典域和节域，在此基础上给出了风险评估指标关于各风险等级的隶属度计算方法，最终可根据上述指标权重及隶属度矩阵得出空域运行风险的客观评估值。得出的运行风险评估值客观有效，可为风险空域识别、空域管制等提供依据。
附图说明
[0013]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
[0014]图1是本专利技术总体示意图。
[0015]图2本专利技术具体实现步骤示意图。
具体实施方式
[0016]如图1所示，一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1，构建空域运行风险评估的指标体系；
[0018]步骤2，对所述指标体系的权重进行确定；
[0019]步骤3，对所述指标体系进行经典域分析以及节域分析；
[0020]步骤4，对所述指标体系的模糊关联度进行分析；
[0021]步骤5，根据所述指标体系，对所述空域运行进行综合风险评估。
[0022]如图2所示，本方法具体包括以下步骤：
[0023]步骤1，构建空域运行风险评估指标体系
[0024]在某待评估空域中，结合空域运行特征，将空域运行风险指标Ind归纳为冲突风险指标Ind
C
和运行态势风险指标Ind
M
，即Ind＝{Ind
C
，Ind
M
}，指标体系的详细信息说明如下：
[0025]冲突风险指标Ind
C
包括航班冲突数C
num
、冲突发生率C
rate
、冲突持续时间C
time
、冲突严重程度C
degree
，表示为Ind
C
＝{C
num
，C
rate
，C
time
，C
degree
}。
[0026]冲突数C
num
：评估时段T内航班间距小于安全距离事件发生次数；
[0027]冲突发生率C
rat
：冲突数C
num
与航班总数n的比值，C
rate
＝C
num
/n；
[0028]冲突持续时间C
time
：评估时段T内所有航空器从发生运行冲突到完成冲突解脱所用的时间；
[0029]冲突严重程度C
degree
：衡量评估时段T内所有航空器之间的冲突严重程度；设时段T的起止时刻为t
start
、t
end
，存在运行冲突的航空器f
i
，f
j
之间距离为关于时间t的函数D
ij
(t)，安全间隔距离要求为Ds，η表示正比例增益系数，参数CS
ij
(t)表征航空器之间的危险接近程度，则航空器f
i
，f
j
之间的冲突严重程度表示为设评估时段T内存在运行冲突的航空器集合为U＝{F1，F2，...，F
num
}，F
pair
，(pair＝1，2，...，num)表示存在运行冲突的航空器对，则冲突严重程度
[0030]运行态势风险指标Ind
M
包括调航向数M
DirNum
、平均航向改变量M
DirAvg
、调高度数M
HeightNum
、平均高度改变量M
HeightAv
、调速度数M
SpdNum
、平均速度改变量M
SpdAvg
，表示为Ind
M
＝{M
DirNum
，M
DirAvg
，M
HeightNum
，M
HeightAvg
，M
SpdNum
，M
SpdAvg
}。
[0031]调航向数M
DirNum
：评估时段T内航空器发生航向调整事件的次数；
[0032]平均航向改变量M
DirAvg
：设发生航向调整事件时，航向改变量为，Dir
d
，(d＝1，
2，...，M
DirNum
)，则评估时段T内
[0033]调高度数M
HeightNum
：评估时段T内航空器发生高度调整事件的次数；
[0034]平均高度改变量M...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建空域运行风险评估的指标体系；步骤2，对所述指标体系的权重进行确定；步骤3，对所述指标体系进行经典域分析以及节域分析；步骤4，对所述指标体系的模糊关联度进行分析；步骤5，根据所述指标体系，对所述空域运行进行综合风险评估。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤1中所述的构建空域运行风险评估的指标体系的方法包括：在待评估空域中，结合所述空域运行特征，将空域运行风险指标Ind归纳为冲突风险指标Ind
C
和运行态势风险指标Ind
M
，即Ind＝{Ind
C
，Ind
M
}，指标体系的详细信息说明如下：冲突风险指标Ind
C
包括航班冲突数C
num
、冲突发生率C
rate
、冲突持续时间C
time
以及冲突严重程度C
degre
，表示为：Ind
C
＝{C
num
，C
rate
，C
time
，C
degree
}；冲突数C
num
：评估时段T内航班间距小于安全距离事件发生次数；冲突发生率C
rate
：冲突数C
num
与航班总数n的比值，C
rate
＝C
num
/n；冲突持续时间C
time
：评估时段T内所有航空器从发生运行冲突到完成冲突解脱所用的时间；冲突严重程度C
degree
：衡量评估时段T内所有航空器之间的冲突严重程度；设时段T的起止时刻为t
start
、t
end
，存在运行冲突的航空器f
i
和航空器f
j
之间距离为关于时间t的函数D
ij
(t)，安全间隔距离要求为Ds，η表示正比例增益系数，参数CS
ij
(t)表征航空器之间的危险接近程度，则航空器f
i
，f
j
之间的冲突严重程度表示为设评估时段T内存在运行冲突的航空器集合为U＝{F1，F2，...，F
num
}，F
pair
，(pair＝1，2，...，num)表示存在运行冲突的第pair号航空器对，num表示航空器总数，则冲突严重程度运行态势风险指标Ind
M
包括调航向数M
DirNum
、平均航向改变量M
DirAvg
、调高度数M
HeightNu
、平均高度改变量M
HeightAvg
、调速度数M
SpdNum
以及平均速度改变量M
SpdAvg
，表示为：Ind
M
＝{M
DirNum
，M
DirAvg
，M
HeightNum
，M
HeightAvg
，M
SpdNum
，M
SpdAvg
}；调航向数M
DirNum
：评估时段T内航空器发生航向调整事件的次数；平均航向改变量M
DirAvg
：设发生航向调整事件时，航向改变量为，Dir
d
，(d＝1，2，...，M
DirNum
)，则评估时段T内调高度数M
HeightNum
：评估时段T内航空器发生高度调整事件的次数；平均高度改变量M
HeightAvg
：设发生高度调整事件时，高度改变量为Hgt
h
，(h＝1，2，...，M
HeightNum
)，则评估时段T内调速度数M
SpdNum
：评估时段T内航空器发生速度调整事件的次数；平均速度改变量M
SpdAvg
：设发生速度调整事件时，速度改变量为Spd
s
，(s＝1，2，...，
M
SpdNum
)，则评估时段T内3.根据权利要求2所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2
‑
1，所述指标体系中指标的归一化处理，具体方法如下：取待评估空域的m条历史运行数据作为样本，设样本集合D＝{Ind1，Ind2，...，Ind
m
}，表示样本合集中第row条样本的指标体系，其中，表示样本合集中第row条样本的指标体系，其中，表示样本合集中第row条样本的指标体系，其中，表示样本Ind
row
的指标值；用编号Code
col
，(col＝1，2，...，n)表示风险评估指标体系中第col个指标，样本Ind
row
的指标值记作Ind
row
＝{x
row1
，...，x
row，col
，...，x
row，n
}，x
row，col
表示样本Ind
row
中编号为Code
col
指标值，n＝10表示指标体系中指标个数；对所有历史数据采用直线型无量纲化处理；对步骤1中所述的空域运行风险评估指标体系，采用公式：进行归一化处理，min(x
col
)表示样本集合D中编号为Code
col
的指标的最小值，max(x
col
)表示编号为Code
col
的指标的最大值，x
′
row，col
表示数据归一化后的值。4.根据权利要求3所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2
‑
2，对所述指标体系中的指标权重进行计算：步骤2
‑2‑
1，样本指标权重计算；计算第row个样本第col项指标占所有样本的该项指标的比重p
row，col
：步骤2
‑2‑
2，熵值和信息熵冗余度计算；指标col的熵值2，熵值和信息熵冗余度计算；指标col的熵值其中满足e
col
≥0；指标Code
col
的信息熵冗余度d
col
＝1
‑
e
col
；步骤2
‑2‑
3，评估指标权重；用ω
col
表示指标Code
col
的权重，各风险评估指标权重的计算公式为5.根据权利要求4所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3
‑
1，指标体系节域分析；基于样...

【专利技术属性】
技术研发人员：施书成，张明伟，丁辉，童明，付胜豪，董斌，王凯，
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：