CN109064019B - 一种用于管制员模拟训练效果自动测评的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于管制员模拟训练效果自动测评的系统及方法。该系统包括依次连接的雷达管制模拟机操作参数获取模块、训练效果分类指标参数计算模块、决策水平和管制技能量化评估模块。本发明解决了无法准确定量描述管制员的指挥习惯、判断控制能力和管制效率等内涵指标的难题，改变了目前在管制员技能考核时缺乏明确合理依据的现状，实现了由传统方法的定性经验评判到定量客观评判的跨越式转变，为保障空管系统的安全运行提供了理论依据和技术支持；同时有利于进行科学的班组资源搭配，便于对管制员组织专项的技能培训和针对性的复习训练，提高培训的效果与质量，实现各班组的最优化运行。

Description

一种用于管制员模拟训练效果自动测评的系统及方法
技术领域
本发明涉及民航空中交通的技术管理系统，特别是涉及一种用于管制员模拟训练效果自动测评的系统及方法。
背景技术
空中交通管制员在指挥中遇到飞行冲突时可用于思考的时间很短，在这极短的时间内所做出的瞬时决策将决定航空器的飞行安全。随着航班流量逐年增长，空域环境更加复杂，管制员的工作负荷和精神压力也不断增加，由于指挥失误和工作差错造成的空管不安全事件时有发生。
当前在我国空管一线单位中，对管制员工作能力和指挥水平的评估都是以民航局颁布的相关培训管理规则为基础，以考核要素检查单为依据，由评估教员对其在作业过程中的指令发布、管制意识、决策水平等方面进行人工打分评判。这种方式以人为经验和判断为决定性因素，存在明显的缺陷，主要表现在：
(1)评估缺乏全面性：由于精力受限，评估者无法完全观察到管制员在指挥中的全面表现，管制员也无法及时发现指挥工作中的问题，容易导致管制效能低下的恶性循环，失去了评判操作技能的意义。
(2)定量评估的难度大：缺少科学的量化评估方法，评估者对管制员普遍采取定性的主观评估，进行客观定量评估存在技术瓶颈，使得评估效果与真实能力存在偏差，导致公平性和可信度下降。
(3)评估标准的通用性差：行业内缺少在整体上具有普适性、规范性的评估标准，当前各评判指标之间重复性、冗余性问题突出，目前仍没有通用性较好的自动智能评价系统能够适用于广泛的评价对象和评价情景。
由此可见，管制员的可靠性评估在管制系统安全中的重要程度已愈发明显，当前一线空管单位过度依靠高强度、粗放式政策对管制队伍进行管理的现状必须进行改革。如何合理构建管制员资质评判标准，科学评估管制员的工作能力和决策水平，对保证空管体系的健康发展具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于管制员模拟训练效果自动测评的系统和方法，以解决无法准确定量描述管制员决策能力和管制水平的技术难题，实现集成化、定量化、智能化的综合评估，为防范人为差错、保证管制和飞行安全提供决策支持。
本发明采取的技术方案是：一种用于管制员模拟训练效果自动测评的系统，其特征在于，该系统包括三部分：用于提取管制员进行模拟训练操作的显示数据信息的雷达管制模拟机操作参数获取模块、用于对管制员在一次模拟训练中的决策水平和管制技能进行分类评估的训练效果分类指标参数计算模块和用于对管制员在一次模拟训练中的决策水平和管制技能进行量化评估的决策水平和管制技能量化评估模块；雷达管制模拟机操作参数获取模块、训练效果分类指标参数计算模块、决策水平和管制技能量化评估模块依次连接。
本发明所述的雷达管制模拟机操作参数获取模块包括管制扇区内所有航空器的运行参数数据、管制员的屏幕操作参数数据、模拟机长指令的输入参数数据和管制扇区的空域结构参数数据；其中，所述的管制扇区内所有航空器的运行参数数据是指在一次模拟训练中，管制员所指挥航空器飞行状态的相关参数，所述的管制员的屏幕操作参数是指在一次模拟训练中，管制员操控管制自动化系统时，使用鼠标移动或点击屏幕上航空器二次雷达标牌的相关参数；所述的模拟机长指令的输入参数数据是指在一次模拟训练中，模拟机长在自动化系统中输入的与管制员指令相一致的命令参数；所述的管制扇区空域结构参数数据是指在一次模拟训练中，管制权限所在的扇区结构数据。
本发明所述的训练效果分类指标参数计算模块包括三个子模块：用于对管制员在一次模拟训练中指挥航空器运行安全性的工作能力进行评估的飞行安全评估模块；用于对管制员在一次模拟训练中的工作效率和所指挥航空器的运行效率进行评估的管制效能评估模块；用于评估管制员在一次模拟训练中，是否按照民航局发布的空中交通管制规则与程序进行指挥的运行规则评估模块；其中，所述的飞行安全评估模块包括三个评估单元：用于评判管制员在一次模拟训练中，当发布改变航空器的高度指令时是否及时更新了雷达屏幕中对应航空器标牌的目标高度，使其与所发指令高度一致的指令高度评估单元；用于评判管制员在一次模拟训练中，所指挥的航空器之间是否出现了小于安全间隔的情况的安全间隔评估单元；用于评判管制员在一次模拟训练中，所指挥的航空器的飞行高度是否满足空域中最低安全高度的要求的安全高度评估单元。
本发明所述的管制效能评估模块包括三个评估单元：用于评估管制员在一次模拟训练中，所指挥航空器的实际飞行路径与标准飞行程序的偏差程度的航迹偏差评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，指挥航空器在规定时间内未完成飞行计划的延误程度的延误时间评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，所发布指令负荷的差异度的指令负荷评估单元；
本发明所述的运行规则评估模块包括五个评估单元：用于评估管制员在一次模拟训练中，对起始进入管制扇区的航空器是否进行了雷达识别的程序的飞机识别评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，对即将完成飞行计划的航空器是否按照标准程序移交给下一个管制单位的管制移交评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，引导航空器飞行的实时位置是否满足扇区空域的边界限制条件的雷达引导评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，指挥航空器是否满足管制权限的相关规则的管制权限评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，是否满足《民用航空空中交通管理规则》中关于对航空器调速的相关规定的航行调速评估单元。
本发明所述的决策水平和管制技能量化评估模块包括三个子模块：用于对训练效果分类指标参数计算模块中的各评价对象进行权重系数分配的权重集设定模块；用于建立评价矩阵的因素集设定模块；用于在确定因素集后得到对评价对象的可能评价结果的评价集设定模块。
本发明所述的一种采用用于管制员模拟训练效果自动测评的系统进行自动测评的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：雷达管制模拟机操作参数获取模块在一次模拟训练完成后，从模拟机服务器的数据库中提取本次训练的所有航空器的运行参数数据、管制员屏幕操作参数数据、模拟机长指令输入参数数据和扇区空域结构参数数据；在此基础上，将这些数据以结构数组的形式分类存储，作为评判训练效果分类指标的输入参数，具体步骤如下：
步骤A1：从雷达模拟机服务器数据库中提取所指挥航空器的运行参数数据，包括：航班号；任一飞行时刻的经纬度；任一飞行时刻的高度；任一飞行时刻的速度；任一飞行时刻的航向；在雷达管制模拟机操作参数获取模块中以结构数组的形式将任一航空器的飞行参数进行存储，作为评估对应评价对象的输入参数。
步骤A2：从雷达模拟机服务器数据库中提取管制员操控管制自动化系统时使用鼠标移动或点击屏幕上航空器二次雷达标牌的相关参数，包括：航空器标牌中的指令高度变化数据；航空器标牌中的识别状态变化数据；航空器标牌中的移交状态变化数据；在已存储的航空器飞行参数结构数组中添加对于该航空器二次雷达标牌操作的数据，作为评估对应评价对象的输入参数。
步骤A3：从雷达模拟机服务器数据库中提取模拟机长输入的与管制员指令相一致的命令数据，这些数据包括：改变航空器高度的命令数据；改变航空器速度的命令数据；改变航空器航向的命令数据；该模拟训练中航空器飞行诸元变化的指令负荷标准数据；在已存储的航空器飞行参数结构数组中添加对于操控该航空器的模拟机长的输入指令数据，作为评估对应评价对象的输入参数。
步骤A4：从雷达模拟机服务器数据库中提取本次模拟训练的管制扇区空域结构数据，这些数据包括：管制扇区边界坐标参数；移交区域坐标参数；标准飞行程序坐标参数；跑道入口坐标参数；不同空域内飞行的最低安全高度数据；不同扇区的移交高度数据；航空器之间水平间隔和垂直间隔的安全标准数据；不同机型沿标准飞行程序飞行的平均飞行时间数据；将这些数据存储于雷达管制模拟机操作参数获取模块中，作为评估对应评价对象的输入参数。
步骤B：训练效果分类指标参数计算模块中的飞行安全评估子模块选取特定的指标输入参数，对管制员在一次模拟训练中所指挥航空器的飞行安全性进行评估，分别计算和获取各项评估单元的评估参数，具体步骤如下：
步骤B1：模拟训练中，当航空器的实时高度与雷达屏幕标牌中的指令高度不一致时，该航空器的标牌会出现指令高度的告警显示；记录任意架次航空器出现指令高度告警的时间，所采用的方法为：对于第i架航空器，将其标牌中第k次出现指令高度告警的时刻记录为Ti k，将管制员发现此告警并更新标牌中指令高度的时刻记录为Ti k'，此时该航空器标牌中的告警标识消失；模拟训练结束后，计算本次训练中所有航空器的二次雷达标牌中出现指令高度告警的总时间，表示为：
Figure BDA0001749299490000041
其中：m1为未及时更新指令高度的航空器架次数量；n1为单架次航空器标牌中出现指令高度的告警次数。
步骤B2：记录任意航空器之间的垂直间隔和水平间隔同时小于安全间隔标准时的不安全事件，计算指标包括：冲突过程中航空器之间的最小的水平间隔XSL、最小垂直间隔XSV、最大航迹夹角XTC以及最大接近率XVC；所采用的方法为：设航空器i和航空器j在冲突过程中任一时刻t0的经度、纬度、高度和航向角分别为
Figure BDA0001749299490000042
和
Figure BDA0001749299490000043
则这两架冲突航空器在本次不安全事件持续过程中的最小水平间隔
Figure BDA0001749299490000044
最小垂直间隔
Figure BDA0001749299490000045
最大航迹夹角
Figure BDA0001749299490000046
其中TCON为此次不安全事件的持续时间，冲突航空器在本次不安全事件持续过程中的最大接近率表示为：
Figure BDA0001749299490000047
其中t1,t2为不安全事件持续时间TCON内任意相邻的两个时刻。
步骤B3：判断模拟训练中指挥航空器的飞行高度是否满足最低安全高度的要求，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的运行参数数据，包括：航空器的经纬度数据和高度数据；提取管制扇区的空域参数数据，包括管制扇区的边界坐标数据和最低安全高度数据；对于第i架航空器，根据该航空器的经纬度判断其所在的扇区，提取该扇区的最低安全高度数值；将该航空器的飞行高度第μ次小于扇区最低安全高度的时刻记为Ti μ，将该航空器的飞行高度大于此扇区最低安全高度的时刻记为Ti μ'；模拟训练结束后，计算在本次训练中所有航空器的飞行高度小于最低安全高度的总飞行时间，表示为：
Figure BDA0001749299490000051
其中m2为模拟训练中出现的飞行高度小于扇区最低安全高度的航空器架次，n2为单架次航空器在飞行中出现的小于最低安全高度的次数。
步骤C：训练效果分类指标参数计算模块中的管制效能评估子模块选取特定的指标输入参数，对管制员在一次模拟训练中的工作效能和所指挥航空器的运行效率进行评估，分别计算和获取各项评估单元的评估参数，具体步骤如下：
步骤C1：判断所指挥航空器的实际飞行里程与其按照标准飞行程序飞行的里程差异度，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的经纬度数据；提取管制扇区的空域结构参数数据，包括：管制扇区边界的坐标数据和标准飞行程序的坐标数据；对于第i架航空器，根据该航空器的经纬度判断其所在的管制扇区，提取该管制扇区的标准飞行程序的坐标并计算标准飞行里程
Figure BDA0001749299490000052
设航空器i在任一飞行时刻t的经纬度为
Figure BDA0001749299490000053
则该航空器在此管制扇区的实际飞行里程为：
Figure BDA0001749299490000054
其中p＝1,2,...,q表示航空器i在该扇区内飞行的q个时刻；计算模拟训练中所有航空器相对于标准飞行程序飞行的里程差异度表示为：
Figure BDA0001749299490000055
其中m为本次模拟训练中所有航空器的架次数量。
步骤C2：记录航空器在管制扇区的实际飞行时间，与标准飞行程序的平均飞行时间相比较，判断模拟训练中航空器的延误程度，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的运行参数数据，包括：航空器的经纬度数据和速度数据；提取管制扇区的空域结构数据，包括：管制扇区的边界坐标数据和移交区域的坐标数据；设任意航空器i进入管制扇区的时间为Ti s，进入移交区域后，管制员对其标牌中的移交状态进行操作的时间为Ti h；若该航空器在扇区内按照标准飞行程序飞行的平均时间为Ti a，则在本次模拟训练中所有航空器的延误时间表示为：
Figure BDA0001749299490000061
其中m为本次模拟训练中所有航空器的架次数量；模拟训练结束时，若尚有未进入移交区域的航空器，则以该航空器的当前位置和速度推算其进入移交区域的时间，以此为依据统计和评判该航空器的扇区飞行时间和延误程度。
步骤C3：以模拟机长的指令输入次数为依据，判断在一次模拟训练中，管制员发布的指令次数与标准通话负荷的差异度，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取模拟机长的指令输入参数数据，包括：航空器高度变化指令输入次数
Figure BDA0001749299490000062
航空器速度变化指令输入次数
Figure BDA0001749299490000063
航空器航向变化指令输入次数
Figure BDA0001749299490000064
以及该模拟训练中航空器飞行诸元变化的指令负荷标准数据，包括：任意航空器i的高度负荷标准
Figure BDA0001749299490000065
速度负荷标准
Figure BDA0001749299490000066
和航向负荷标准
Figure BDA0001749299490000067
以这些参数为依据计算该次模拟训练中指令负荷的差异度表示为：
Figure BDA0001749299490000068
其中m为本次模拟训练中所有航空器的架次数量。
步骤D：训练效果分类指标参数计算模块中的运行规则评估子模块选取特定的指标输入参数，对管制员在一次模拟训练中是否符合民航局规定的相关管制规则进行评估，分别计算和获取各项评估单元的评估参数，具体步骤如下：
步骤D1：记录任意架次航空器标牌中识别状态的变化来判断进行模拟训练的管制员对于航空器雷达识别程序的完成情况，所采用的方法为：设第i架航空器的标牌出现在雷达屏幕的时间为Ti b，管制员发现后对该航空器标牌上的识别状态进行操作的时间为Ti c，则管制员对于雷达识别程序的操作反应时间表示为：
Figure BDA0001749299490000069
其中m为模拟训练中所有航空器的架次数量。
步骤D2：记录任意架次航空器标牌中的移交状态变化来判断进行模拟训练的管制员对于航空器移交程序的完成情况，若管制员对航空器标牌中的移交状态进行了操作，则判断标牌在被操作状态下，航空器的位置和高度是否满足移交规则的要求；所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的运行参数数据，包括：航空器的经纬度数据和高度数据；提取扇区的空域结构参数数据，包括扇区边界坐标数据和移交区域坐标数据；提取对于航空器标牌移交状态的操作数据；设第i架航空器在任意飞行时刻t的经度、纬度和高度分别为
Figure BDA0001749299490000071
移交区域的坐标范围为Zh，移交高度的范围为Hh；若该航空器的标牌移交状态始终未被操作或在标牌被操作时该航空器已飞出责任扇区边界之外，则记录该航空器为未移交，计数器Nuh的数量增加1；若当标牌被操作时且满足条件：
Figure BDA0001749299490000072
时，则记录该航空器为未按管制规则移交，计数器Nrh的数量增加1；测评中反映管制员对于所指挥航空器的管制移交程序执行情况的评估参数表示为：XCH＝Nrh+Nuh。
步骤D3：判断管制员引导航空器是否满足空域边界条件的限制规则；所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的经纬度数据；提取管制扇区空域结构坐标数据，包括扇区边界坐标数据、移交区域坐标数据和水平间隔的安全间隔标准数据；设第i架航空器在管制扇区内任意飞行时刻t的经度、纬度分别为
Figure BDA0001749299490000073
其位置距扇区各边界的最小距离为Db，水平间隔的安全间隔标准为SSL，判断任意飞行时刻航空器的位置关系，若
Figure BDA0001749299490000074
则记录此时的时间为Ti v；此后，当该航空器的运行参数满足
Figure BDA0001749299490000075
时，记录此时的时间为Ti v'；当模拟训练结束时，计算管制员所指挥的航空器中所有不满足边界引导规则的航空器的违规时间表示为：
Figure BDA0001749299490000076
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量。
步骤D4：判断管制员是否遵守管制权限要求的规则，即在管制责任扇区外不得改变任意架次航空器的高度、速度和航向的管制规则，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的经纬度数据；提取管制扇区的边界坐标数据；提取模拟机长的指令输入数据，包括：高度变化指令、速度变化指令和航向变化指令数据；设第i架航空器在任意时刻t的经度、纬度分别为
Figure BDA0001749299490000077
管制责任扇区的坐标范围为Zc，模拟机长的指令输入集合为No，若
Figure BDA0001749299490000078
则记录满足该条件时航空器的高度、速度和航向指令的变化次数分别为
Figure BDA0001749299490000079
和
Figure BDA00017492994900000710
当训练结束时，计算在该次模拟训练中管制员所指挥的航空器不满足管制权限规则的违规次数，表示为：
Figure BDA00017492994900000711
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量。
步骤D5：判断管制员在指挥中是否遵守航行调速的相关管制规则；所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的运行参数数据，包括：航空器的经纬度数据和高度数据；提取管制扇区内的跑道入口坐标数据；提取模拟机长指令输入的航空器速度指令数据；设第i架航空器在管制扇区内飞行任意时刻t的经度、纬度和高度分别为
Figure BDA0001749299490000081
航空器的位置到跑道入口的距离为Dt；若
Figure BDA0001749299490000082
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于250节的指令次数为
Figure BDA0001749299490000083
若
Figure BDA0001749299490000084
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于210节的指令次数为
Figure BDA0001749299490000085
若
Figure BDA0001749299490000086
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于170节的指令次数为
Figure BDA0001749299490000087
当模拟训练结束时，计算在该次模拟训练中管制员所指挥的航空器不满足航行调速规则的违规次数表示为：
Figure BDA0001749299490000088
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量。
步骤E：将在步骤B、步骤C、步骤D中计算得到的各项指标参数作为评估管制员模拟训练效果的评价对象，通过层次分析和德尔菲法将各评价对象的相对重要程度进行比较后计算任一评价对象的权重值，在此基础上建立评价矩阵和评价等级，最终得到评估管制员模拟训练效果的量化分值，具体步骤如下：
步骤E1：根据层次分析和德尔菲法，两两比较各评价对象的重要程度并构建判断矩阵，计算矩阵的最大特征根及相应的特征向量，通过一致性检验后，将特征向量进行归一化处理，得到各评价对象的权重W＝(w1,w2,...,wl)，其中l为评价对象的数量。
步骤E2：设定U＝{u1,u2,L,ul}为量化描述管制员模拟训练效果的l种因素(评价对象)，通过建立各评价对象的隶属函数计算和获得评价矩阵Al×e＝(R1,R2,...,Ra,...,Rl)T，其中Ra＝(ra1,ra2,L,raε,L,rae）为第a个因素ua的评价向量，raε表示第a(1≤a≤l)个因素ua在第ε(1≤ε≤e)个评价等级vε上的频率分布，将其归一使之满足
Figure BDA0001749299490000089
e为评价等级个数。
步骤E3：将描述任一因素的e个评价等级设定为V＝(v1,v2,L,vε,...,ve)，用来表示被评价对象具有评价等级vε的程度；按百分制将0至100分划分为e个区间(cε,cε+1]，分别对应e个评价等级，将任意评价等级赋值为vε＝(cε+cε+1)/2；在此基础上，进行复合运算B＝W×Al×e×VT，得到评估模拟训练效果的量化评价结果B，直观反映管制员在一次模拟训练中的工作效能和决策水平。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明从整体上将由管制意识、管制方法、管制规则等因素组成的众多微观问题和管制员模拟训练技能量化评估这一具有层次结构的宏观问题相统一，实现由传统方法的定性经验评判到定量客观评判的跨越式转变，为保障空管系统的安全运行和管制队伍的科学管理提供了理论依据和技术支持。
(2)依托雷达管制模拟仿真实验平台，结合管制员情景意识、航空器飞行轨迹和空域运行环境的影响因素，设计了量化评估管制模拟训练效果的方法和流程，解决了无法准确定量描述管制员的指挥习惯、判断控制能力和管制效率等内涵指标的难题。
(3)空管单位可以使用本发明中的系统和方法进行管制员的绩效考核评估，获取体现管制安全意识、决策水平和综合业务能力的评估数据，彻底改变目前在管制员技能考核时缺乏明确合理依据的现状，同时有利于进行科学的班组资源搭配，实现各班组的最优化运行。
(4)空管单位可以将本发明中的系统和方法应用于管制培训的各项环节，通过建立每位受训管制员的数据库，对个人的训练进程进行纵向比较以找出薄弱环节，从而便于对管制员组织专项的技能培训和针对性的复习训练，提高培训的效果与质量。
附图说明
图1为本发明涉及的管制员模拟训练效果自动测评系统的组成示意图；
图2为图1中飞行安全评估模块基本单元组成及支持数据示意图；
图3为图2中指令高度测量评估流程图；
图4为图2中安全间隔测量评估流程图；
图5为图2中安全高度测量评估流程图；
图6为图1中管制效能评估模块基本单元组成及支持数据示意图；
图7为图6中航迹偏差测量评估流程图；
图8为图6中延误时间测量评估流程图；
图9为图6中指令负荷测量评估流程图；
图10为图1中运行规则评估模块基本单元组成及支持数据示意图；
图11为图10中飞机识别评估流程图；
图12为图10中管制移交评估流程图；
图13为图10中雷达引导评估流程图；
图14为图10中管制权限评估流程图；
图15为图10中航行调速评估流程图；
图16为图1中决策水平和管制技能量化评估模块组成及评估方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
本发明的用于管制员模拟训练效果自动测评的系统如图1所示，包括雷达管制模拟机操作参数获取模块101、训练效果分类指标参数计算模块102、决策水平和管制技能量化评估模块103。以下对各部分的具体实施方式分别进行详细阐述。
1.雷达管制模拟机操作参数获取模块
雷达管制模拟机操作参数获取模块101用于提取管制员进行模拟训练操作的显示数据信息，并将相关信息进行分类存储，为训练效果分类指标参数计算模块提供输入参数数据。如图1所示，这些参数数据具体是指：
(1)管制扇区内所有航空器的运行参数1011，即在一次模拟训练中，管制员所指挥航空器的航班号、任一飞行时刻的经纬度、任一飞行时刻的高度、任一飞行时刻的速度、任一飞行时刻的航向。
(2)管制员的屏幕操作参数1012，即在一次模拟训练中，管制员操控管制自动化系统时使用鼠标移动或点击屏幕上航空器二次雷达标牌的相关参数，包括：航空器标牌的指令高度、航空器标牌中的识别状态、航空器标牌中的移交状态。
(3)模拟机长指令的输入参数1013，即在一次模拟训练中，模拟机长在自动化系统中输入的与管制员指令相一致的命令参数，包括：改变航空器高度的命令、改变航空器速度的命令、改变航空器航向的命令、航空器飞行诸元变化的指令负荷标准数据。
(4)管制扇区的空域结构参数1014，即在一次模拟训练中，管制权限所在的扇区结构数据，包括：管制扇区边界坐标参数、移交区域坐标参数、标准飞行程序坐标参数、跑道入口坐标参数、不同空域内飞行的最低安全高度数据、不同扇区的移交高度数据、航空器之间水平间隔和垂直间隔的安全标准数据、不同机型沿标准飞行程序飞行的平均飞行时间数据。
2.训练效果分类指标参数计算模块
训练效果分类指标参数计算模块102用于对管制员在一次模拟训练中的决策水平和管制技能进行分类评估。如图1所示，该模块包括飞行安全评估模块1021、管制效能评估模块1022、运行规则评估模块1023。以下对各模块的具体实施方式分别进行详细描述。
(1)飞行安全评估模块
飞行安全评估模块1021用于对管制员在一次模拟训练中指挥航空器运行安全性的工作能力进行评估。如图2所示，该评估模块包括指令高度评估单元201、安全间隔评估单元202、安全高度评估单元203。其中，指令高度评估单元201需要扇区航空器运行参数1011和管制员屏幕操作参数1012的支持；安全间隔评估单元202需要扇区航空器运行参数1011的支持；安全高度评估单元203需要扇区航空器运行参数1011和扇区空域结构参数1014的支持。各评估单元的具体实施方案如下：
指令高度评估单元201用于评判管制员在一次模拟训练中，当发布改变航空器的高度指令时是否及时更新了雷达屏幕中对应航空器标牌的目标高度，使其与所发指令高度一致。如图3所示，对于第i架航空器，如果出现未及时更新该航空器标牌目标高度的情况，标牌指令高度会出现指令高度告警显示。将其标牌中第k次出现指令高度告警的时刻记录为Ti k，将管制员发现此告警并更新标牌中指令高度的时刻记录为Ti k'，此时该航空器标牌中的告警标识消失；模拟训练结束后，计算本次训练中所有航空器的二次雷达标牌中出现指令高度告警的总时间，表示为：
Figure BDA0001749299490000111
其中：m1为未及时更新指令高度的航空器架次数量；n1为单架次航空器标牌中出现指令高度的告警次数。
安全间隔评估单元202用于评判管制员在一次模拟训练中，所指挥的航空器之间是否出现了小于安全间隔的情况。如图4所示，模拟训练开始时，该评估单元将根据航空器实时飞行的经纬度和高度，判断航空器之间的位置关系：当任意两架航空器的高度差小于规定的最小垂直安全间隔，同时水平距离小于规定的最小水平安全间隔时，该评估单元将计算和记录这两架航空器在整个不安全事件持续过程中的最小的水平间隔XSL、最小垂直间隔XSV、最大航迹夹角XTC以及最大接近率XVC。设航空器i和航空器j在冲突过程中任一时刻t0的经度、纬度、高度和航向角分别为
Figure BDA0001749299490000112
和
Figure BDA0001749299490000113
则这两架冲突航空器在本次不安全事件持续过程中的最小水平间隔
Figure BDA0001749299490000114
最小垂直间隔
Figure BDA0001749299490000115
最大航迹夹角
Figure BDA0001749299490000116
其中TCON为此次不安全事件的持续时间，冲突航空器在本次不安全事件持续过程中的最大接近率表示为：
Figure BDA0001749299490000117
其中t1,t2为不安全事件持续时间TCON内任意相邻的两个时刻。
安全高度评估单元203用于评判管制员在一次模拟训练中，所指挥航空器的飞行高度是否满足空域中最低安全高度的要求。如图5所示，对于第i架航空器，根据其飞行的经纬度，从扇区空域结构参数1014中提取该扇区的最低安全高度数值，判断此时航空器的飞行高度与最低安全高度的关系，若飞行高度小于最低安全高度，则记录该航空器不满足最低安全高度的时间。将该航空器的飞行高度第μ次小于扇区最低安全高度的时刻记为Ti μ，将该航空器的飞行高度大于此扇区最低安全高度的时刻记为Ti μ'；模拟训练结束后，计算在本次训练中所有航空器的飞行高度小于最低安全高度的总飞行时间，表示为：
Figure BDA0001749299490000121
其中m2为模拟训练中出现的飞行高度小于扇区最低安全高度的航空器架次，n2为单架次航空器在飞行中出现的小于最低安全高度的次数。
(2)管制效能评估模块
管制效能评估模块1022用于对管制员在一次模拟训练中的工作效率和所指挥航空器的运行效率进行评估。如图6所示，该评估模块包括航迹偏差评估单元301、延误时间评估单元302、指令负荷评估单元303。其中，航迹偏差评估单元301和延误时间评估单元302需要扇区航空器运行参数1011和扇区空域结构参数1014的支持；指令负荷评估单元303需要模拟机长指令输入参数1013的支持。各评估单元的具体实施方案如下：
航迹偏差评估单元301用于评估管制员在一次模拟训练中，所指挥航空器的实际飞行路径与标准飞行程序的偏差程度。如图7所示，对于第i架航空器，根据该航空器的经纬度判断其所在的管制扇区，提取该管制扇区的标准飞行程序的坐标并计算标准飞行里程
Figure BDA0001749299490000122
设航空器i在任一飞行时刻t的经纬度为
Figure BDA0001749299490000123
则该航空器在此管制扇区的实际飞行里程为：
Figure BDA0001749299490000124
其中p＝1,2,...,q表示航空器i在该扇区内飞行的q个时刻；计算模拟训练中所有航空器相对于标准飞行程序飞行的里程差异度表示为：
Figure BDA0001749299490000125
其中m为本次模拟训练中所有航空器的架次数量。
延误时间评估单元302用于评估管制员在一次模拟训练中，指挥航空器在规定时间内未完成飞行计划的延误程度。如图8所示，该评估单元将记录航空器在管制扇区的实际飞行时间，将其与按标准飞行程序飞行的平均飞行时间相比较，从而判断航空器的延误程度。设任意航空器i进入管制扇区的时间为Ti s，进入移交区域后，管制员对其标牌中的移交状态进行操作的时间为Ti h；若该航空器在扇区内按照标准飞行程序飞行的平均时间为Ti a，则在模拟训练中所有航空器的延误时间表示为：
Figure BDA0001749299490000126
其中m为模拟训练中所有航空器的架次数量；模拟训练结束时，若尚有未进入移交区域的航空器，则以该航空器的当前位置和速度推算其进入移交区域的时间，以此为依据统计和评判该航空器的扇区飞行时间和延误程度。
指令负荷评估单元303用于评估管制员在一次模拟训练中，所发布指令负荷的差异度。如图9所示，该评估单元将以一次模拟训练中的标准指令负荷为依据对管制员的通话负荷水平进行评估。分别从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取模拟机长的指令输入参数数据，包括：航空器高度变化指令输入次数
Figure BDA0001749299490000131
航空器速度变化指令输入次数
Figure BDA0001749299490000132
航空器航向变化指令输入次数
Figure BDA0001749299490000133
以及该模拟训练中航空器飞行诸元变化的指令负荷标准数据，包括：任意航空器i的高度负荷标准
Figure BDA0001749299490000134
速度负荷标准
Figure BDA0001749299490000135
和航向负荷标准
Figure BDA0001749299490000136
计算该次模拟训练中指令负荷的差异度为
Figure BDA0001749299490000137
其中m为模拟训练中所有航空器的架次数量。
(3)运行规则评估模块
运行规则评估模块1023用于对管制员在一次模拟训练中的操作是否符合民航局规定的相关管制规则进行评估。如图10所示，该评估模块包括飞机识别评估单元401、管制移交评估单元402、雷达引导评估单元403、管制权限评估单元404、航行调速评估单元405。其中，飞机识别评估单元401需要扇区航空器运行参数1011和管制员屏幕操作参数1012的支持；管制移交评估单元402需要扇区航空器运行参数1011、管制员屏幕操作参数1012和扇区空域结构参数1014的支持；雷达引导评估单元403需要扇区航空器运行参数1011和扇区空域结构参数1014的支持；管制权限评估单元404需要扇区航空器运行参数1011、模拟机长指令输入参数1013和扇区空域结构参数1014的支持；航行调速评估单元405需要扇区航空器运行参数1011、模拟机长指令输入参数1013和扇区空域结构参数1014的支持。各评估单元的具体实施方案如下：
飞机识别评估单元401用于评估在一次模拟训练中，管制员对起始进入扇区的航空器是否进行了雷达识别程序。如图11所示，该评估单元将记录未及时进行雷达识别程序的航空器的延时识别时间，设第i架航空器的标牌出现在雷达屏幕的时间为Ti b，管制员发现后对该航空器标牌上的识别状态进行操作的时间为Ti c，则管制员对于雷达识别程序的操作反应时间表示为：
Figure BDA0001749299490000138
其中m为模拟训练中所有航空器的架次数量。
管制移交评估单元402用于评估管制员在一次模拟训练中，对即将完成飞行计划的航空器是否按照标准程序移交给下一个管制单位。如图12所示，该评估单元将记录不符合移交规则的航空器架次数量和未进行移交程序的航空器架次数量。设第i架航空器在任意飞行时刻t的经度、纬度和高度分别为
Figure BDA0001749299490000139
移交区域的坐标范围为Zh，移交高度的范围为Hh；若该航空器的标牌移交状态始终未被操作或在标牌被操作时该航空器已飞出责任扇区边界之外，则记录该航空器为未移交，计数器Nuh的数量增加1；若当标牌被操作时且满足条件：
Figure BDA0001749299490000141
时，则记录该航空器为未按管制规则移交，计数器Nrh的数量增加1。测评中反映管制员对于所指挥航空器的管制移交程序执行情况的评估参数表示为：XCH＝Nrh+Nuh。
雷达引导评估单元403用于评估管制员在一次模拟训练中，引导航空器飞行的实时位置是否满足扇区空域的边界限制条件。如图13所示，该评估单元将记录一次模拟训练中管制员引导航空器不满足空域边界限制条件时航空器的飞行时间。设第i架航空器在管制扇区内任意飞行时刻t的经度、纬度分别为
Figure BDA0001749299490000142
其位置距扇区各边界的最小距离为Db，水平间隔的安全间隔标准为SSL，判断任意飞行时刻航空器的位置关系，若
Figure BDA0001749299490000143
则记录此时的时间为Ti v；此后，当该航空器的运行参数满足
Figure BDA0001749299490000144
时，记录此时的时间为Ti v'；当训练结束时，计算管制员所指挥的航空器中所有不满足边界引导规则的航空器的违规时间表示为：
Figure BDA0001749299490000145
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量。
管制权限评估单元404用于评估管制员在一次模拟训练中指挥航空器是否满足管制权限的相关规则。如图14所示，该评估单元将记录管制员在管制责任扇区外调整航空器的高度、速度和航向的次数。设第i架航空器在任意时刻t的经度、纬度分别为
Figure BDA0001749299490000146
管制责任扇区的坐标范围为Zc，模拟机长的指令输入集合为No，若
Figure BDA0001749299490000147
则记录满足该条件时航空器的高度、速度和航向指令的变化次数分别为
Figure BDA0001749299490000148
和
Figure BDA0001749299490000149
当模拟训练结束时，计算在该次模拟训练中管制员所指挥的航空器不满足管制权限规则的违规次数，表示为：
Figure BDA00017492994900001410
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量。
航行调速评估单元405用于评估管制员在一次模拟训练中，是否满足对航空器调速的相关管制规定。如图15所示，该评估单元将记录所有不满足调速规定的相关指令次数。设第i架航空器在管制扇区内飞行任意时刻t的经度、纬度和高度分别为
Figure BDA00017492994900001411
航空器的位置到跑道入口的距离为Dt；若
Figure BDA00017492994900001412
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于250节的指令次数为
Figure BDA00017492994900001413
若
Figure BDA00017492994900001414
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于210节的指令次数为
Figure BDA0001749299490000151
若
Figure BDA0001749299490000152
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于170节的指令次数为
Figure BDA0001749299490000153
当模拟训练结束时，计算管制员所指挥的航空器不满足航行调速规则的违规次数表示为：
Figure BDA0001749299490000154
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量。
3.决策水平和管制技能量化评估模块
决策水平和管制技能量化评估模块103用于对管制员在一次模拟训练中的决策水平和管制技能进行量化评估。如图16所示，该模块包括权重集设定模块1031、因素集设定模块1032、评价集设定模块1033。以下对各模块的具体实施方式分别进行详细描述。
(1)权重集设定模块
权重集设定模块1031用于对训练效果分类指标参数计算模块102中的各指标参数进行权重系数分配，这些指标参数包括：航空器指令高度告警时间XCA、冲突过程中航空器之间的最小的水平间隔XSL、最小垂直间隔XSV、最大航迹夹角XTC、最大接近率XVC、航空器的飞行高度小于最低安全高度的飞行时间XSA、航空器相对于标准飞行程序飞行的里程差异度XFD、航空器扇区飞行的延误时间XTD、模拟训练中指令负荷的差异度XOD、管制员对于雷达识别程序的操作反应时间XRC、管制员对于管制移交程序执行情况的评估参数XCH、管制员违反边界引导规则的时间XBV、管制员违反管制权限规则的次数XCL以及管制员违反航行调速规则的次数XFS。将每一个指标参数作为一个评价对象，利用层次分析和德尔菲法两两比较各评价对象的重要程度并构建判断矩阵，计算矩阵的最大特征根及相应的特征向量，通过一致性检验后，将特征向量进行归一化处理，得到各评价对象的权重W＝(w1,w2,...,wl)，其中l为评价对象的数量。例如利用层次分析和德尔菲法计算得到的各评价对象的权重值如表1所示。
表1
Figure BDA0001749299490000155
(2)因素集设定模块
为量化描述管制员模拟训练效果，将分类指标参数计算模块102中得到的各评价对象设定为因素集U＝{u1,u2,L,ul}，其中l为评价对象的数量。通过建立各因素的隶属函数计算和获得评价矩阵Al×e＝(R1,R2,...,Ra,...,Rl)T，其中Ra＝(ra1,ra2,L,raε,L,rae)为第a个因素ua的评价向量，raε表示第a(1≤a≤l)个因素ua在第ε(1≤ε≤e)个评价等级vε上的频率分布，将其归一使之满足
Figure BDA0001749299490000161
e为评价等级个数。例如设定五个评价等级，计算得到各因素的单因素评价向量如表2所示。
表2
评价对象 评价向量 评价对象 评价向量
X<sub>CA</sub> R<sub>1</sub>＝(0,0.15,0.85,0,0) X<sub>TD</sub> R<sub>8</sub>＝(0.95,0.05,0,0,0)
X<sub>SL</sub> R<sub>2</sub>＝(0.3,0.7,0,0,0) X<sub>OD</sub> R<sub>9</sub>＝(0,0.55,0.45,0,0)
X<sub>SV</sub> R<sub>3</sub>＝(0,0.6,0.4,0,0) X<sub>RC</sub> R<sub>10</sub>＝(0,0,0.2,0.8,0)
X<sub>TC</sub> R<sub>4</sub>＝(0,0,0.25,0.75,0) X<sub>CH</sub> R<sub>11</sub>＝(0,0.75,0.25,0,0)
X<sub>VC</sub> R<sub>5</sub>＝(0,0.1,0.9,0,0) X<sub>BV</sub> R<sub>12</sub>＝(0,0,0,0.85,0.15)
X<sub>SA</sub> R<sub>6</sub>＝(0,0,0,0.35,0.65) X<sub>CL</sub> R<sub>13</sub>＝(0,0.35,0.65,0,0)
X<sub>FD</sub> R<sub>7</sub>＝(0,0.6,0.4,0,0) X<sub>FS</sub> R<sub>14</sub>＝(0.8,0.2,0,0,0)
(3)评价集设定模块
将描述任一因素的e个评价等级设定为V＝(v1,v2,L,vε,...,ve)，用来表示被评价对象具有评价等级vε的程度。例如，将评价集分成优、良、中、及格、不及格五个等级，按百分制将0至100分划分为五个区间分别对应相应等级，并将该等级赋值为区间的平均分值，如表3所示。
表3
Figure BDA0001749299490000162
将由权重集设定模块1031获得的权重向量W、因素集设定模块1032获得的各单因素评价向量组合成的评价矩阵Al×e、评价集设定模块1033获得的评价等级V进行复合运算，得到对于模拟训练效果的量化评价结果B，直观反映管制员在一次模拟训练中的工作效能和决策水平。按照上述计算流程获得的最终测评成绩为：
Figure BDA0001749299490000171

Claims (2)

1.一种用于管制员模拟训练效果自动测评的系统，其特征在于，该系统包括三部分：用于提取管制员进行模拟训练操作的显示数据信息的雷达管制模拟机操作参数获取模块、用于对管制员在一次模拟训练中的决策水平和管制技能进行分类评估的训练效果分类指标参数计算模块和用于对管制员在一次模拟训练中的决策水平和管制技能进行量化评估的决策水平和管制技能量化评估模块；雷达管制模拟机操作参数获取模块、训练效果分类指标参数计算模块、决策水平和管制技能量化评估模块依次连接；
所述的雷达管制模拟机操作参数获取模块包括管制扇区内所有航空器的运行参数数据、管制员的屏幕操作参数数据、模拟机长指令的输入参数数据和管制扇区的空域结构参数数据；其中，所述的管制扇区内所有航空器的运行参数数据是指在一次模拟训练中，管制员所指挥航空器飞行状态的相关参数，所述的管制员的屏幕操作参数是指在一次模拟训练中，管制员操控管制自动化系统时，使用鼠标移动或点击屏幕上航空器二次雷达标牌的相关参数；所述的模拟机长指令的输入参数数据是指在一次模拟训练中，模拟机长在自动化系统中输入的与管制员指令相一致的命令参数；所述的管制扇区空域结构参数数据是指在一次模拟训练中，管制权限所在的扇区结构数据；
所述的训练效果分类指标参数计算模块包括三个子模块：用于对管制员在一次模拟训练中指挥航空器运行安全性的工作能力进行评估的飞行安全评估模块；用于对管制员在一次模拟训练中的工作效率和所指挥航空器的运行效率进行评估的管制效能评估模块；用于评估管制员在一次模拟训练中，是否按照民航局发布的空中交通管制规则与程序进行指挥的运行规则评估模块；其中，所述的飞行安全评估模块包括三个评估单元：用于评判管制员在一次模拟训练中，当发布改变航空器的高度指令时是否及时更新了雷达屏幕中对应航空器标牌的目标高度，使其与所发指令高度一致的指令高度评估单元；用于评判管制员在一次模拟训练中，所指挥的航空器之间是否出现了小于安全间隔的情况的安全间隔评估单元；用于评判管制员在一次模拟训练中，所指挥的航空器的飞行高度是否满足空域中最低安全高度的要求的安全高度评估单元；
所述的管制效能评估模块包括三个评估单元：用于评估管制员在一次模拟训练中，所指挥航空器的实际飞行路径与标准飞行程序的偏差程度的航迹偏差评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，指挥航空器在规定时间内未完成飞行计划的延误程度的延误时间评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，所发布指令负荷的差异度的指令负荷评估单元；
所述的运行规则评估模块包括五个评估单元：用于评估管制员在一次模拟训练中，对起始进入管制扇区的航空器是否进行了雷达识别的程序的飞机识别评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，对即将完成飞行计划的航空器是否按照标准程序移交给下一个管制单位的管制移交评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，引导航空器飞行的实时位置是否满足扇区空域的边界限制条件的雷达引导评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，指挥航空器是否满足管制权限的相关规则的管制权限评估单元；用于评估管制员在一次模拟训练中，是否满足《民用航空空中交通管理规则》中关于对航空器调速的相关规定的航行调速评估单元；
所述的决策水平和管制技能量化评估模块包括三个子模块：用于对训练效果分类指标参数计算模块中的各评价对象进行权重系数分配的权重集设定模块；用于建立评价矩阵的因素集设定模块；用于在确定因素集后得到对评价对象的可能评价结果的评价集设定模块。
2.一种采用如权利要求1所述的用于管制员模拟训练效果自动测评的系统进行自动测评的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：雷达管制模拟机操作参数获取模块在一次模拟训练完成后，从模拟机服务器的数据库中提取本次训练的所有航空器的运行参数数据、管制员屏幕操作参数数据、模拟机长指令输入参数数据和扇区空域结构参数数据；在此基础上，将这些数据以结构数组的形式分类存储，作为评判训练效果分类指标的输入参数，具体步骤如下：
步骤A1：从雷达模拟机服务器数据库中提取所指挥航空器的运行参数数据，包括：航班号；任一飞行时刻的经纬度；任一飞行时刻的高度；任一飞行时刻的速度；任一飞行时刻的航向；在雷达管制模拟机操作参数获取模块中以结构数组的形式将任一航空器的飞行参数进行存储，作为评估对应评价对象的输入参数；
步骤A2：从雷达模拟机服务器数据库中提取管制员操控管制自动化系统时使用鼠标移动或点击屏幕上航空器二次雷达标牌的相关参数，包括：航空器标牌中的指令高度变化数据；航空器标牌中的识别状态变化数据；航空器标牌中的移交状态变化数据；在已存储的航空器飞行参数结构数组中添加对于该航空器二次雷达标牌操作的数据，作为评估对应评价对象的输入参数；
步骤A3：从雷达模拟机服务器数据库中提取模拟机长输入的与管制员指令相一致的命令数据，这些数据包括：改变航空器高度的命令数据；改变航空器速度的命令数据；改变航空器航向的命令数据；该模拟训练中航空器飞行诸元变化的指令负荷标准数据；在已存储的航空器飞行参数结构数组中添加对于操控该航空器的模拟机长的输入指令数据，作为评估对应评价对象的输入参数；
步骤A4：从雷达模拟机服务器数据库中提取本次模拟训练的管制扇区空域结构数据，这些数据包括：管制扇区边界坐标参数；移交区域坐标参数；标准飞行程序坐标参数；跑道入口坐标参数；不同空域内飞行的最低安全高度数据；不同扇区的移交高度数据；航空器之间水平间隔和垂直间隔的安全标准数据；不同机型沿标准飞行程序飞行的平均飞行时间数据；将这些数据存储于雷达管制模拟机操作参数获取模块中，作为评估对应评价对象的输入参数；
步骤B：训练效果分类指标参数计算模块中的飞行安全评估子模块选取特定的指标输入参数，对管制员在一次模拟训练中所指挥航空器的飞行安全性进行评估，分别计算和获取各项评估单元的评估参数，具体步骤如下：
步骤B1：模拟训练中，当航空器的实时高度与雷达屏幕标牌中的指令高度不一致时，该航空器的标牌会出现指令高度的告警显示；记录任意架次航空器出现指令高度告警的时间，所采用的方法为：对于第i架航空器，将其标牌中第k次出现指令高度告警的时刻记录为Ti k，将管制员发现此告警并更新标牌中指令高度的时刻记录为Ti k'，此时该航空器标牌中的告警标识消失；模拟训练结束后，计算本次训练中所有航空器的二次雷达标牌中出现指令高度告警的总时间，表示为：
Figure FDA0003157781230000031
其中：m1为未及时更新指令高度的航空器架次数量；n1为单架次航空器标牌中出现指令高度的告警次数；
步骤B2：记录任意航空器之间的垂直间隔和水平间隔同时小于安全间隔标准时的不安全事件，计算指标包括：冲突过程中航空器之间的最小的水平间隔XSL、最小垂直间隔XSV、最大航迹夹角XTC以及最大接近率XVC；所采用的方法为：设航空器i和航空器j在冲突过程中任一时刻t0的经度，纬度，高度和航向角分别为
Figure FDA0003157781230000032
和
Figure FDA0003157781230000033
则这两架冲突航空器在本次不安全事件持续过程中的最小水平间隔
Figure FDA0003157781230000034
最小垂直间隔
Figure FDA0003157781230000035
最大航迹夹角
Figure FDA0003157781230000036
其中TCON为此次不安全事件的持续时间，冲突航空器在本次不安全事件持续过程中的最大接近率表示为：
Figure FDA0003157781230000037
其中t1,t2为不安全事件持续时间TCON内任意相邻的两个时刻；
步骤B3：判断模拟训练中指挥航空器的飞行高度是否满足最低安全高度的要求，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的运行参数数据，包括：航空器的经纬度数据和高度数据；提取管制扇区的空域参数数据，包括管制扇区的边界坐标数据和最低安全高度数据；对于第i架航空器，根据该航空器的经纬度判断其所在的扇区，提取该扇区的最低安全高度数值；将该航空器的飞行高度第μ次小于扇区最低安全高度的时刻记为Ti μ，将该航空器的飞行高度大于此扇区最低安全高度的时刻记为Ti μ'；模拟训练结束后，计算在本次训练中所有航空器的飞行高度小于最低安全高度的总飞行时间，表示为：
Figure FDA0003157781230000041
其中m2为模拟训练中出现的飞行高度小于扇区最低安全高度的航空器架次，n2为单架次航空器在飞行中出现的小于最低安全高度的次数；
步骤C：训练效果分类指标参数计算模块中的管制效能评估子模块选取特定的指标输入参数，对管制员在一次模拟训练中的工作效能和所指挥航空器的运行效率进行评估，分别计算和获取各项评估单元的评估参数，具体步骤如下：
步骤C1：判断所指挥航空器的实际飞行里程与其按照标准飞行程序飞行的里程差异度，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的经纬度数据；提取管制扇区的空域结构参数数据，包括：管制扇区边界的坐标数据和标准飞行程序的坐标数据；对于第i架航空器，根据该航空器的经纬度判断其所在的管制扇区，提取该管制扇区的标准飞行程序的坐标并计算标准飞行里程
Figure FDA0003157781230000045
设航空器i在任一飞行时刻t的经纬度为
Figure FDA0003157781230000046
则该航空器在此管制扇区的实际飞行里程为：
Figure FDA0003157781230000042
其中p＝1,2,...,q表示航空器i在该扇区内飞行的q个时刻；计算模拟训练中所有航空器相对于标准飞行程序飞行的里程差异度表示为：
Figure FDA0003157781230000043
其中m为本次模拟训练中所有航空器的架次数量；
步骤C2：记录航空器在管制扇区的实际飞行时间，与标准飞行程序的平均飞行时间相比较，判断模拟训练中航空器的延误程度，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的运行参数数据，包括：航空器的经纬度数据和速度数据；提取管制扇区的空域结构数据，包括：管制扇区的边界坐标数据和移交区域的坐标数据；设任意航空器i进入管制扇区的时间为Ti s，进入移交区域后，管制员对其标牌中的移交状态进行操作的时间为Ti h；若该航空器在扇区内按照标准飞行程序飞行的平均时间为Ti a，则在本次模拟训练中所有航空器的延误时间表示为：
Figure FDA0003157781230000044
其中m为本次模拟训练中所有航空器的架次数量；模拟训练结束时，若尚有未进入移交区域的航空器，则以该航空器的当前位置和速度推算其进入移交区域的时间，以此为依据统计和评判该航空器的扇区飞行时间和延误程度；
步骤C3：以模拟机长的指令输入次数为依据，判断在一次模拟训练中，管制员发布的指令次数与标准通话负荷的差异度，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取模拟机长的指令输入参数数据，包括：航空器高度变化指令输入次数
Figure FDA0003157781230000053
航空器速度变化指令输入次数
Figure FDA0003157781230000054
航空器航向变化指令输入次数
Figure FDA0003157781230000055
以及该模拟训练中航空器飞行诸元变化的指令负荷标准数据，包括：任意航空器i的高度负荷标准
Figure FDA0003157781230000056
速度负荷标准
Figure FDA0003157781230000057
和航向负荷标准
Figure FDA0003157781230000058
以这些参数为依据计算该次模拟训练中指令负荷的差异度表示为：
Figure FDA0003157781230000051
其中m为本次模拟训练中所有航空器的架次数量；
步骤D：训练效果分类指标参数计算模块中的运行规则评估子模块选取特定的指标输入参数，对管制员在一次模拟训练中是否符合民航局规定的相关管制规则进行评估，分别计算和获取各项评估单元的评估参数，具体步骤如下：
步骤D1：记录任意架次航空器标牌中识别状态的变化来判断进行模拟训练的管制员对于航空器雷达识别程序的完成情况，所采用的方法为：设第i架航空器的标牌出现在雷达屏幕的时间为Ti b，管制员发现后对该航空器标牌上的识别状态进行操作的时间为Ti c，则管制员对于雷达识别程序的操作反应时间表示为：
Figure FDA0003157781230000052
其中m为模拟训练中所有航空器的架次数量；
步骤D2：记录任意架次航空器标牌中的移交状态变化来判断进行模拟训练的管制员对于航空器移交程序的完成情况，若管制员对航空器标牌中的移交状态进行了操作，则判断标牌在被操作状态下，航空器的位置和高度是否满足移交规则的要求；所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的运行参数数据，包括：航空器的经纬度数据和高度数据；提取扇区的空域结构参数数据，包括扇区边界坐标数据和移交区域坐标数据；提取对于航空器标牌移交状态的操作数据；设第i架航空器在任意飞行时刻t的经度、纬度和高度分别为
Figure FDA0003157781230000059
移交区域的坐标范围为Zh，移交高度的范围为Hh；若该航空器的标牌移交状态始终未被操作或在标牌被操作时该航空器已飞出责任扇区边界之外，则记录该航空器为未移交，计数器Nuh的数量增加1；若当标牌被操作时且满足条件：
Figure FDA00031577812300000510
时，则记录该航空器为未按管制规则移交，计数器Nrh的数量增加1；测评中反映管制员对于所指挥航空器的管制移交程序执行情况的评估参数表示为：XCH＝Nrh+Nuh；
步骤D3：判断管制员引导航空器是否满足空域边界条件的限制规则；所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的经纬度数据；提取管制扇区空域结构坐标数据，包括扇区边界坐标数据、移交区域坐标数据和水平间隔的安全间隔标准数据；设第i架航空器在管制扇区内任意飞行时刻t的经度、纬度分别为
Figure FDA0003157781230000065
其位置距扇区各边界的最小距离为Db，水平间隔的安全间隔标准为SSL，判断任意飞行时刻航空器的位置关系，若
Figure FDA0003157781230000061
则记录此时的时间为Ti v；此后，当该航空器的运行参数满足
Figure FDA0003157781230000062
时，记录此时的时间为Ti v'；当模拟训练结束时，计算管制员所指挥的航空器中所有不满足边界引导规则的航空器的违规时间表示为：
Figure FDA0003157781230000063
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量；
步骤D4：判断管制员是否遵守管制权限要求的规则，即在管制责任扇区外不得改变任意架次航空器的高度、速度和航向的管制规则，所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的经纬度数据；提取管制扇区的边界坐标数据；提取模拟机长的指令输入数据，包括：高度变化指令、速度变化指令和航向变化指令数据；设第i架航空器在任意时刻t的经度、纬度分别为
Figure FDA0003157781230000066
管制责任扇区的坐标范围为Zc，模拟机长的指令输入集合为No，若
Figure FDA0003157781230000067
则记录满足该条件时航空器的高度、速度和航向指令的变化次数分别为
Figure FDA0003157781230000068
和
Figure FDA0003157781230000069
当训练结束时，计算在该次模拟训练中管制员所指挥的航空器不满足管制权限规则的违规次数，表示为：
Figure FDA0003157781230000064
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量；
步骤D5：判断管制员在指挥中是否遵守航行调速的相关管制规则；所采用的方法为：从雷达管制模拟机操作参数获取模块中提取航空器的运行参数数据，包括：航空器的经纬度数据和高度数据；提取管制扇区内的跑道入口坐标数据；提取模拟机长指令输入的航空器速度指令数据；设第i架航空器在管制扇区内飞行任意时刻t的经度、纬度和高度分别为
Figure FDA00031577812300000610
航空器的位置到跑道入口的距离为Dt；若
Figure FDA00031577812300000611
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于250节的指令次数为
Figure FDA00031577812300000612
若
Figure FDA00031577812300000613
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于210节的指令次数为
Figure FDA0003157781230000073
若
Figure FDA0003157781230000074
则记录满足该条件下的输入指令中速度小于170节的指令次数为
Figure FDA0003157781230000075
当模拟训练结束时，计算在该次模拟训练中管制员所指挥的航空器不满足航行调速规则的违规次数表示为：
Figure FDA0003157781230000071
其中m为该模拟训练中所有航空器的架次数量；
步骤E：将在步骤B、步骤C、步骤D中计算得到的各项指标参数作为评估管制员模拟训练效果的评价对象，通过层次分析和德尔菲法将各评价对象的相对重要程度进行比较后计算任一评价对象的权重值，在此基础上建立评价矩阵和评价等级，最终得到评估管制员模拟训练效果的量化分值，具体步骤如下：
步骤E1：根据层次分析和德尔菲法，两两比较各评价对象的重要程度并构建判断矩阵，计算矩阵的最大特征根及相应的特征向量，通过一致性检验后，将特征向量进行归一化处理，得到各评价对象的权重W＝(w1,w2,...,wl)，其中l为评价对象的数量；
步骤E2：设定U＝{u1,u2,…,ul}为量化描述管制员模拟训练效果的l种评价对象，通过建立各评价对象的隶属函数计算和获得评价矩阵Al×e＝(R1,R2,...,Ra,...,Rl)T，其中Ra＝(ra1,ra2,…,raε,…,rae)为第a个评价对象ua的评价向量，raε表示第a(1≤a≤l)个评价对象ua在第ε(1≤ε≤e)个评价等级vε上的频率分布，将其归一使之满足
Figure FDA0003157781230000072
e为评价等级个数；
步骤E3：将描述任一评价对象的e个评价等级设定为V＝(v1,v2,…,vε,...,ve)，用来表示被评价对象具有评价等级vε的程度；按百分制将0至100分划分为e个区间(cε,cε+1]，分别对应e个评价等级，将任意评价等级赋值为vε＝(cε+cε+1)/2；在此基础上，进行复合运算B＝W×Al×e×VT，得到评估模拟训练效果的量化评价结果B，直观反映管制员在一次模拟训练中的工作效能和决策水平。
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