CN109637197B - 基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法 - Google Patents

基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，包括：建立航路点繁忙程度指标；依据繁忙程度指标建立航路点繁忙程度计算模型；获取采样数据；依据采样数据通过航路点繁忙程度计算模型计算各航路点繁忙程度取值；得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线；依据航路点繁忙程度概率分布拟合曲线基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级。以航路点为研究对象，按航路点连接航段间的物理结构及航路点流量的时空分布状态，构建航路点繁忙程度计算模型，并对众多航路点的繁忙程度计算结果进行了统计分析，对运行特点各异的空域单元的繁忙程度进行分级，以满足空域单元的管理需求。

Description

基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法
技术领域
本发明涉及航空领域，具体涉及一种基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法。
背景技术
随着我国民航运输需求的不断增长，空中交通的繁忙程度也随之日益加剧，由于空中交通流量在空域上的分布不均，不同空域单元之间的繁忙程度存在较大的差异。掌握各个空域单元的交通繁忙程度和变化趋势是指定精细化流量管理策略的需要，因此准确地评估空域单元繁忙程度是关键所在。
目前，空中交通领域对于空域单元繁忙程度的研究多集中于从管制员工作负荷和复杂性的角度分析空域单元的繁忙程度。动态密度是代表性研究之一，2001年，RichardH.Mogford发表了《Development of Metrics for Measuring Complexity and DynamicDensity inAir TrafficControl》，文中将动态密度作为经典的空中交通复杂性评估指标，侧重于航空器在空间上的聚集程度及相互影响，其通过管制员工作负荷作为复杂性划分依据；2012年，张晨发表了《空中交通管理中的交通行为复杂性研究》，文中进一步基于空域的内禀复杂性，综合不同交通状态的度量指标建立了多维度的空域复杂性模型与指标体系，用于空中交通系统总体态势各个侧面复杂性的综合分析。空域繁忙程度研究除了对衡量指标进行研究之外，为了便于分类管理，还应对其进行分级分类。2014年，张琼方发表了《基于管制复杂性的扇区繁忙等级划分研究》，文中基于扇区结构、交通流特性以及管制员工作负荷对扇区的繁忙等级进行了划分，并以管制员工作负荷作为分级标准；2015年，丛玮等人在《交通运输系统工程与信息》上发表《基于指标体系的扇区复杂性评估方法》，文中基于客观的角度，利用复杂性指标体系基于K-means方法对扇区的结构复杂性与运行复杂性进行了等级划分。
可以看出，以上繁忙程度以及分级的研究多以扇区为研究对象，还未涉及对航路交叉点/汇聚点的繁忙程度的研究。并且，以上研究均基于单一的量纲标准进行多个空域单元的繁忙程度对比，忽略了各个空域单元间的差异对指标值域和分级区间的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，包括：
建立航路点繁忙程度指标；
依据繁忙程度指标建立航路点繁忙程度计算模型；
获取采样数据；
依据采样数据通过航路点繁忙程度计算模型计算各航路点繁忙程度取值；
得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线；
依据航路点繁忙程度概率分布拟合曲线基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级。
本发明的有益效果是，本发明提供了一种基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，包括：建立航路点繁忙程度指标；依据繁忙程度指标建立航路点繁忙程度计算模型；获取采样数据；依据采样数据通过航路点繁忙程度计算模型计算各航路点繁忙程度取值；得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线；依据航路点繁忙程度概率分布拟合曲线基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级。以航路点为研究对象，按航路点连接航段间的物理结构及航路点流量的时空分布状态，构建一种航路点的繁忙程度计算模型，并对众多航路点的繁忙程度计算结果进行了统计分析，给出一种基于概率等分的航路点繁忙程度分级方法，对运行特点各异的空域单元的繁忙程度进行分级，以满足空域单元的管理需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所提出的基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法的流程示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法。以航路点为研究对象，按航路点连接航段间的物理结构及航路点流量的时空分布状态，构建一种航路点的繁忙程度计算模型，并对众多航路点的繁忙程度计算结果进行了统计分析，给出一种基于概率等分的航路点繁忙程度分级方法，对运行特点各异的空域单元的繁忙程度进行分级，以满足空域单元的管理需求。基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法包括：
S110：建立航路点繁忙程度指标；
S120：依据繁忙程度指标建立航路点繁忙程度计算模型；
S130：获取采样数据；
S140：依据采样数据通过航路点繁忙程度计算模型计算各航路点繁忙程度取值；
S150：得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线；
S160：依据航路点繁忙程度概率分布拟合曲线基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级。
其中，步骤S110包括，分析航路点在实际运行条件下的航路结构和航空器实际运行情况，建立航段连接繁忙程度、航路点相关航段繁忙程度以及航路点出入复杂度3种航路点繁忙程度指标，较为全面的刻画航路点的航路结构特征，指标说明如下：
航段连接繁忙程度指标，即，两条航段a，b间的航段连接繁忙程度为
Figure BDA0001951471850000041
公式为：
Figure BDA0001951471850000042
其中，
Figure BDA0001951471850000043
分别表示a航段在统计时间段内x高度层上的总流量、流量分布标准差与机型混杂比，
Figure BDA0001951471850000044
表示a航段在统计时间段内各个高度层之间的流量标准差；可见，在计算航段的繁忙程度时，
Figure BDA0001951471850000045
综合考虑了航段上航空器的时空分布特征。p和q分表表示a和b航段上的高度层数量。
航路点相关航段繁忙程度指标，即，航路点连接的相互关联航段之间的繁忙程度表示为ri，公式为：
Figure BDA0001951471850000046
其中，mi表示航路点i同时链接的航段数量，航路点的繁忙程度ri受各航段繁忙程度及航段边之间夹角的共同作用，设置
Figure BDA0001951471850000047
其中θ表示航段边之间的夹角；
航路点出入复杂度指标，即，航路点i所连航段数量及交通流方向对其繁忙程度的影响，航路点出入度复杂度表示为di，公式为：
Figure BDA0001951471850000051
用
Figure BDA0001951471850000052
修正出入度差异的影响，其中din和dout分别表示航路点的入度和出度，e为自然底数。
在本实施例中，步骤S120包括：依据航段连接繁忙程度、航路点相关航段繁忙程度和航路点出入复杂度三个指标，建立航路点繁忙程度计算模型Busyi，即，
Figure BDA0001951471850000053
其中，fi表示在统计时间段内通过航路点i的流量，
Figure BDA0001951471850000054
为统计时间段内过航路点的总流量，其中n表示扇区内的航路点个数，i表示航路点标号，
Figure BDA0001951471850000055
为航路点i的流量占有率。
在本实施例中，步骤S130包括：
根据所划设扇区内部航路点及航段的结构信息提取空域结构数据，包括航路点位置信息、航段与航路点从属关系、航段覆盖范围、航段所属高度层，处理航班动态数据，实时采集民航局空管局的航班计划和二次雷达数据。
步骤S140，依据采样数据通过航路点繁忙程度计算模型计算各航路点繁忙程度取值，即，选取24小时的交通数据，根据统计时段内航路点及航段上的交通流量信息，采用航路点繁忙程度计算模型得出航路点的繁忙程度数值，得到各航路点繁忙程度取值。
具体的，步骤S150包括：
对采样数据中的每个计算结果进行清理，保证数据的准确性。
对清理后的计算结果采用插值函数对曲线进行光滑处理，清楚地表达繁忙程度的分布及趋势，得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线。
在本实施例中，步骤S160包括：
依据繁忙程度分析所有取值的情况和各种繁忙程度计算数值出现的概率；
结合点繁忙程度概率分布拟合曲线，基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级，即为对概率曲线与坐标轴围成的面积进行面积等分，从而完成对航路点繁忙等级的分级。
综上所述，本发明提供了一种基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，包括：建立航路点繁忙程度指标；依据繁忙程度指标建立航路点繁忙程度计算模型；获取采样数据；依据采样数据通过航路点繁忙程度计算模型计算各航路点繁忙程度取值；得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线；依据航路点繁忙程度概率分布拟合曲线基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级。以航路点为研究对象，按航路点连接航段间的物理结构及航路点流量的时空分布状态，构建一种航路点的繁忙程度计算模型，并对众多航路点的繁忙程度计算结果进行了统计分析，给出一种基于概率等分的航路点繁忙程度分级方法，对运行特点各异的空域单元的繁忙程度进行分级，以满足空域单元的管理需求。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，其特征在于，包括：
建立航路点繁忙程度指标；
依据繁忙程度指标建立航路点繁忙程度计算模型；
获取采样数据；
依据采样数据通过航路点繁忙程度计算模型计算各航路点繁忙程度取值；
得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线；
依据航路点繁忙程度概率分布拟合曲线基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级；
所述建立航路点繁忙程度指标的方法包括：
航段连接繁忙程度指标，即，两条航段a,b间的航段连接繁忙程度为
Figure FDA0002897235540000016
公式为：
Figure FDA0002897235540000011
其中，
Figure FDA0002897235540000012
分别表示a航段在统计时间段内x高度层上的总流量、流量分布标准差与机型混杂比，
Figure FDA0002897235540000013
表示a航段在统计时间段内各个高度层之间的流量标准差，p和q分别表示a和b航段上的高度层数量；
航路点相关航段繁忙程度指标，即，航路点连接的相互关联航段之间的繁忙程度表示为ri，公式为：
Figure FDA0002897235540000014
其中，mi表示航路点i同时链接的航段数量，航路点的繁忙程度ri受各航段繁忙程度及航段边之间夹角的共同作用，设置
Figure FDA0002897235540000015
其中θ表示航段边之间的夹角；
航路点出入复杂度指标，即，航路点i所连航段数量及交通流方向对其繁忙程度的影响，航路点出入度复杂度表示为di，公式为：
Figure FDA0002897235540000021
用
Figure FDA0002897235540000022
修正出入度差异的影响，其中din和dout分别表示航路点的入度和出度，e为自然底数。
2.如权利要求1所述的基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，其特征在于，所述依据繁忙程度指标建立航路点繁忙程度计算模型的方法包括：
依据航段连接繁忙程度、航路点相关航段繁忙程度和航路点出入复杂度三个指标，建立航路点繁忙程度计算模型Busyi，即，
Figure FDA0002897235540000023
其中，fi表示在统计时间段内通过航路点i的流量，
Figure FDA0002897235540000024
为统计时间段内过航路点的总流量，其中n表示扇区内的航路点个数，i表示航路点标号，
Figure FDA0002897235540000025
为航路点i的流量占有率。
3.如权利要求2所述的基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，其特征在于，所述获取采样数据的方法包括根据所划设扇区内部航路点及航段的结构信息提取空域结构数据，包括航路点位置信息、航段与航路点从属关系、航段覆盖范围、航段所属高度层。
4.如权利要求3所述的基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，其特征在于，依据采样数据通过航路点繁忙程度计算模型计算各航路点繁忙程度取值，即，选取24小时的交通数据，根据统计时段内航路点及航段上的交通流量信息，采用航路点繁忙程度计算模型得出航路点的繁忙程度数值。
5.如权利要求4所述的基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，其特征在于，所述得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线的方法包括：
对采样数据中的每个计算结果进行清理；
对清理后的计算结果采用插值函数对曲线进行光滑处理，得出采样数据的航路点繁忙程度概率分布拟合曲线。
6.如权利要求5所述的基于概率密度的航路点繁忙等级分级方法，其特征在于，所述依据航路点繁忙程度概率分布拟合曲线基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级包括：
依据繁忙程度分析所有取值的情况和各种繁忙程度计算数值出现的概率；
结合点繁忙程度概率分布拟合曲线，基于概率等分的方法对各个航路点的繁忙程度进行分级。
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