[发明专利]一种扇区空中交通拥堵状态监测方法

摘要

本发明属于空中交通拥挤识别领域，公开了扇区空中交通拥堵状态监测方法，用于监测扇区“点线面体”各维度空间及时间的空中交通拥堵状态。该方法通过分析空域单元结构数据和运行状态数据，建立了一套面向扇区重要点、航线段、高度层及全扇区等各维度空间的空中交通拥堵监测指标体系，包括机动等待次数、机动等待行为比、流量比、平均速度、密度、延误、容流比、管制员工作负荷等；通过分析空中交通拥堵监测指标之间的相关性和差异性，提出扇区空中交通拥堵状态综合模糊聚类识别方法。本发明完善了空中交通拥堵监测指标体系，提出一种扇区空中交通拥堵状态监测方法，兼具创新性、系统性和实用性，非常符合空中交通运行特点和空中交通管制实际需求。

主权项

1.一种扇区空中交通拥堵状态监测方法，其特征在于，提取空中交通运行状态特征数据，测算空中交通拥堵状态监测指标，采用模糊C均值聚类算法(FCM)对扇区空中交通拥堵状态进行识别；所述提取空中交通运行状态特征数据具体为：步骤一，提取空域单元结构数据和运行状态基础数据，包括扇区面积、航路结构、各航段长度、重要点位置及坐标、扇区走廊口分布及坐标，扇区内任意时刻每架航空器的位置、速度、航向、高度、起飞机场、落地机场、航空器预计过点数据，建立基础数据库；步骤二，分析空域单元空间结构，分别提取各重要点、航线段、高度层及整个扇区拥挤监测所需的各类数据，计算监测时间片内扇区“点线面体”空中交通拥堵监测指标值，形成空中交通拥堵状态监测指标体系；所述的空中交通拥堵状态监测指标，包括机动等待次数、机动等待行为比、流量比、平均速度、速度比、密度、延误、容流比、管制员工作负荷；所述监测指标中，机动等待次数具体为：管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元的航空器发生机动绕飞、空中等待行为的航空器数量，用以直观衡量空域单元的拥挤影响程度其中，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元监测到的航空器发生空中等待行为的航空器数量，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元监测到的发生机动绕飞行为的航空器数量；所述机动等待行为比具体为：管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元的航空器发生机动绕飞、空中等待行为的数量比，用以衡量该类航空器受拥挤影响程度其中，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元发生机动绕飞、空中等待行为的航空器数量，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元监测到的所有航空器数量；所述流量比具体为：管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元的流量与相等时长内的历史平均流量之比，用以反映航空器飞行顺畅状态其中，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元监测到的流量，表示所有历史监测数据中，时长Δt，Δt＝t₁‑t₀内空域单元的历史平均流量；所述平均速度具体为：管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元所有航空器的平均飞行速度，平均速度越大，反映的空中交通流越为通畅其中，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元监测到的航空器数量，表示航空器i在监测时段t₀‑t₁内的平均速度；所述速度比具体为：管制扇区t₀‑t₁监测时段内，单位空域单元所有航空器的平均飞行速度与相等时长内的历史平均速度之比，用以反映空中交通流的通畅程度其中，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元所有航空器的平均飞行速度，表示所有历史监测数据中，时长Δt，Δt＝t₁‑t₀内空域单元的历史平均速度；所述密度具体为：管制扇区t₀‑t₁监测时段内，单位空域单元内包含的航空器平均数量，表示空域单元内航空器的密集程度其中，Nt表示管制扇区瞬时时刻t，空域单元监测到的航空器数量，P表示某一监测区间，是航线段长度、扇区面积或者体积，t0、t1分别为监测起始时间；所述延误管制扇区t₀‑t₁监测时段内，航空器通过空域单元的实际所用时间与计划时间的差值，用以反映航空器运行延误情况，平均延误越长，说明空中交通越为拥挤其中，t_i表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，航空器通过空域单元的实际所用时间，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，航空器通过空域单元的计划时间，若则所述容流比具体为：管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元的实际流量与运行容量之比，用以反映空域单元的饱和程度其中，表示管制扇区t₀‑t₁监测时段内，空域单元监测到的实际流量，C表示空域单元的运行容量值；所述管制员工作负荷W(t0‑t1)具体为：管制员用于缓解承受到的压力和完成客观任务的要求所消耗的时间长短其中，W(t₀‑t₁)表示监测时段t₀‑t₁内的总工作负荷；表示监测时段t₀‑t₁内管制员的通信工作负荷；表示监测时段t₀‑t₁内管制员的非通信工作负荷；表示监测时段t₀‑t₁内管制员的思考负荷。