CN108206762A - 一种加权空管技术保障系统网络模型构建方法 - Google Patents

Abstract

一种空管技术保障系统网络的建模方法，包括以下步骤：确认以导航设备为节点，导航通讯监视保障设备能力为边加权的简化思想；构建以导航设备为节点，航路为边的基础网络；根据三种设备的工作特点和地理位置，对通讯监视设备用可靠度的概念表示它们的保障能力，用飞行容量表示导航设备的保障能力；对基础网络的边进行加权；得到加权空管技术保障系统网络模型。本发明能较好的反映真实空管技术保障系统网络的属性。

Description

一种加权空管技术保障系统网络模型构建方法

技术领域

本发明提供一种对结合设备工作特性和地理位置的多源加权空管技术保障系统网络构建方法，本发明属于系统科学领域。

背景技术

空中交通管理是空中交通畅通和安全的重要保障。空管技术保障系统是支撑空中交通管理实现其既定功能的重要基础设施，包含通信、导航、监视等多种设备。随着空管技术保障系统的不断扩建，它的网络化趋势也越来越明显对于空管技术保障系统，要分析它的功能特点和提出扩建意见，一个符合现实的网络模型是必不可少的。目前对空管技术保障系统网络模型的构建中，有着以下几种实现的方式。仅以导航设备与导航设备之间的边构建网络，网络模型为无向无权网络；分别构建导航设备网络、通信设备网络、监视设备网络，网络模型为加权网络，网络的边以两段节点的度值等无权属性进行加权；将三种设备构建在同一个网络中，网络模型为加权网络，仅仅考虑了设备的工作特性。

而空管技术保障系统网络是一个反映系统保障能力的网络模型，具有实际的物理含义，网络中的节点是空管技术保障系统的设备，网络中的边是设备之间保障能力的联系，建立空管技术保障系统网络需要结合系统中设备的工作特性和地理位置信息，合理构建网络的拓扑结构，并对网络中的边进行有关保障能力的加权。

发明内容

鉴于以上所述的现有对于空管技术保障系统网络的分析方法的缺点，本发明的目的在于提供一种准确包含系统设备工作特性和地理位置信息的建模方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种包含设备工作特性和地理位置信息的空管技术保障系统网络模型构建方法，所述模型构建方法包括：

对空管技术保障系统，由通信、导航、监视三种设备组成。通信设备主要是甚高频(VHF)通信台站，用于飞机和地面以及飞机和飞机之间的语音通讯和数据传播。导航设备主要有甚高频全向信标台(VOR)、测距机(DME)，用于引导飞机进行起飞、降落，并保证飞机沿航线正确飞行。监视设备主要有空管一次雷达(PSR)、二次雷达(SSR)等，用于对飞机的飞行状况进行监控的跟踪。

而对于空管技术保障系统网络，它与航路网络结构相似，用途不同，因此我们在构建空管技术保障系统网络时，可以同时作为航路网络节点的导航设备为空管技术保障系统网络的节点，导航设备之间受到三种设备保障的航路为边，构建空管技术保障系统网络。

以图论的角度，空管技术保障系统网络可定义为：

G＝(V，E，R，S)

其中V＝(v₁，v₂，v₃，v₄)表示导航设备节点集合；

E＝(e₁，e₂，e₃，e₄)表示航路集合；

表示该网络的邻接矩阵；

其中r取值为0或1.当两个节点间有航路连接时取1，否则取0。S为航路上的保障能力权值，航路上的保障能力由三种设备的保障能力总和确定。

一条航路上的保障能力权值可以通过归一化处理表示为：

S_ij＝(aX_ij+bY_ij+cZ_ij)

其中X_ij代表监视设备的保障能力，Y_ij代表通信设备的保障能力，Z_ij代表导航设备的保障能力。a+b+c＝1。

对于监视和通信设备，他们的工作特性相似，对整片空域进行分块覆盖，而不是针对某个航路，每块区域都可以被两种设备提供同等条件的保障，因此，对于这两种设备，他们的保障能力的取决于它们是否正常工作。它们的工作寿命服从威布尔分布，在此处我们可以采用可靠度的概念表示监视和通信设备的这两种设备的保障能力。可靠度表示为工作一段时间后可正常工作的设备占总设备的比例。可以表示为：

或

其中n₁(t)，n₂(t)分别表示工作到t时刻时仍可正常工作的监视、通信设备数，N₁、N₂分别表示总监视、通信设备数；α₁，α₂分别表示监视、通信设备形状参数；β₁，β₂分别表示监视、通信设备特征寿命；γ₁，γ₂分别表示监视、通信设备第一次故障发生时间。

对于导航设备，航路的导航保障能力在无权空管技术保障系统网络中可以用度值的乘积来反映，而对于加权网络，我们可以通过航路上的飞行容量来反映该航路上导航设备的保障能力。保障能力越强，航路上的飞行容量越大。又根据民航的规定，民航飞机之间的飞行间隔是固定的，因此航路上的飞行容量跟航路的长度有关，最终我们可以以航路两端导航设备的地理距离来反映导航设备保障能力大小。可以表示为：

其中，l表示节点i，j之间的航程，L表示该网络中最大的航路航程，λ表示保障能力参数。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

一.通过对航路网络的类比，将空管技术保障系统的网络模型构建简化；

现阶段对空管技术保障系统网络模型构建难点主要集中在通信与监视设备布置位置通常与航路相去甚远，如果只针对导航设备，网络的构建会显得不全面，如果将三种设备都视为节点，通信与监视设备的节点与其它节点间并没有直接航路联系，网络的构建会不符合真实情况。

二.将设备的工作特性和地理信息结合加权到网络的边；

现阶段对空管技术保障系统的加权方式有结合度值和设备可靠度两种，而设备的地理位置信息，对设备的保障能力有着巨大的影响，本发明成功将地理信息与保障能力进行结合，网络的边权进一步贴近真实情况。

具体实施方法

(1)确定系统网络抽象化原则：以导航设备为网络节点，以航路为网络边；

(2)明确系统中的导航设备节点集合；

(3)构建无向无权空管技术保障系统基础网络；

(4)结合空管技术保障系统中各类设备的工作特性和地理位置，对网络中的边进行加权；

(5)得到包含工作特性和地理信息的加权空管技术保障系统网络。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式进行说明，其中：

图1是本发明提出的网络构建方法流程图；

图2是基于西南地区空管技术保障系统构建的网络模型；

图3是西南地区网络模型各条边的加权状况。

Claims (8)

1.对于监视和通信设备，他们的工作特性相似，对整片空域进行分块覆盖，而不是针对某个航路，每块区域都可以被两种设备提供同等条件的保障，因此，对于这两种设备，他们的保障能力的取决于它们是否正常工作。

2.它们的工作寿命服从威布尔分布，在此处我们可以采用可靠度的概念表示监视和通信设备的这两种设备的保障能力。

3.可靠度表示为工作一段时间后可正常工作的设备占总设备的比例。

4.可以表示为：

或

其中n₁(t)，n₂(t)分别表示工作到t时刻时仍可正常工作的监视、通信设备数，N₁、N₂分别表示总监视、通信设备数；α₁，α₂分别表示监视、通信设备形状参数；β₁，β₂分别表示监视、通信设备特征寿命；γ₁，γ₂分别表示监视、通信设备第一次故障发生时间。

5.对于导航设备，航路的导航保障能力在无权空管技术保障系统网络中可以用度值的乘积来反映，而对于加权网络，我们可以通过航路上的飞行容量来反映该航路上导航设备的保障能力。

6.保障能力越强，航路上的飞行容量越大。

7.又根据民航的规定，民航飞机之间的飞行间隔是固定的，因此航路上的飞行容量跟航路的长度有关，最终我们可以以航路两端导航设备的地理距离来反映导航设备保障能力大小。

8.可以表示为：

其中，l表示节点i，j之间的航程，L表示该网络中最大的航路航程，λ表示保障能力参数。