[发明专利]一种基于图论和谱聚类算法的终端扇区划分方法

说明书

技术领域

本发明涉及空域规划领域，特别涉及一种基于图论和谱聚类算法的终端扇区划分方法，应用本方法实现终端空域规划、降低管制员工作负荷。

背景技术

终端区空域复杂性高，飞行流量大，航空器完成机动飞行受实际地域限制较大，对空域系统安全及容量影响较大。扇区是国家空域系统的基本单元，我国的空域系统约由200个空域扇区组成。每个空域扇区均由一名管制员负责对航班飞行实施指挥。目前，随着航空运输的发展，终端区扇区边界的现存划设方法已表现出表现出两方面的不足：1）某些扇区内的空中交通流量经常出现超出其容量限值的情况；2）扇区间的空中交通流量的时空分布极不均衡。因此，根据空中交通流量的实际需求对终端区扇区边界重新进行优化，对保障空中交通安全、减少航班延误和提高整个空域容量均有重要意义。

虽然目前也存在一些针对终端空域扇区划分方法，但本质上都是组合优化问题，计算效率不高，并且划分的扇区边界往往呈现锯齿状，并不能直接使用，必须在此基础上还需要进行边界调整，但尚未发现对扇区边界调整方法的报道。

考虑到现有终端区扇区划分的现状，尚缺少一种能够快速、有效、实用的终端扇区划分方法。

发明内容

鉴于现有技术领域的不足，本发明的目的在于，提供一种新的终端空域扇区划分方法，该方法基于图论和谱聚类算法来实现终端扇区划分，以求能够快速、有效的划分扇区，从而降低管制员指挥难度，保障飞行安全。

本发明是这样实现的，一种基于图论和谱聚类算法的终端扇区划分方法，通过计算机系统辅助实现，所述计算机系统主要由客户端/服务器（C/S）模式构成，计算机系统包括空域导航数据库、仿真计算引擎、空域建模子系统、交通流生成子系统和显示与交互子系统，其特征在于，计算机系统中还包括运行在一个客户端的终端区扇区划分子系统，所述终端区扇区划分子系统用作终端扇区划分方法的实现平台； 

终端区扇区划分子系统包括空域图模型构建模块、空域图分割模块、扇区边界划设模块和扇区边界调整模块； 

空域图模型构建模块应用图论知识将管制空域抽象为拓扑网络结构，对满足一定距离的顶点进行合并，将航线离散成更短的航线，其顶点数目相应增加，构建空域图的关系矩阵；

空域图分割模块应用谱聚类算法对顶点聚类完成空域图的分割产生子图；

扇区边界划设模块用于应用MAKLINK图、Dijkstra算法，通过执行扇区边界划设模块的过程来产生初始扇区边界，实现扇区连续且无交叉，执行扇区边界划设模块，又会产生锯齿状扇区边界；

扇区边界调整模块基于已划出的边界，对已经获得的扇区边界点进行处理，在保证不影响各扇区交通流量的情况下，尽量去除产生较大锯齿状的点，通过执行扇区边界调整模块的过程来消除扇区边界的锯齿状；

扇区划分子系统中包括利用构建空域图模型、谱聚类算法生成子图和利用MAKLINK图、Dijkstra算法进行计算的步骤。

所述终端区扇区划分方法，包括如下步骤：

步骤1：在空域建模子系统中输入空域结构数据、进离场程序数据，将空域结构转换成拓扑网络结构，在交通流生成子系统中编制航班计划数据，确定待划分终端区的上下边界，统计每条航线上的交通流量；