CN112233461A - 基于航路运行特征的航路利用率评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于航路运行特征的航路利用率评估方法,其以不同类型飞机在不同时间段具有不同的运行频率的特征构建了评估模型,所述评估模型优选为航路利用率=δ1×航路时间利用率+δ2×航路空间利用率+δ3×航路容量利用率。本发明融合了多个维度的因素,评估精度高于一般的航路利用率评估方法。
Description
技术领域
本发明涉及航路利用率评估方法的技术领域。
背景技术
航路利用率是飞机对空域环境的利用能力,是空域利用程度的指标。获得精确的航路利用率是了解航路资源利用程度的基础。而航路利用率在不同时段、不同航路上存在差异,且随航路运行时间特征的不同发生显著变化,通过常规统计难以得到准确结果。
近年来,现有技术对航路利用率的研究多集中于研究短时利用率,且是以确定的时间、空间条件为基础,研究航路容量利用率,并未实现时间、空间及容流三个角度的综合研究。如部分现有技术提出了基于流量需求的航路短时利用率计算模型,部分现有技术建立了基于高度层的航路短时利用率模型,部分现有技术建立了综合区域管制空域利用率计算模型。以上模型均只能计算短时利用率,且未考虑各类飞机在航路上运行的常用时段不同对航路利用率的影响,未实现多维影响因素的综合评估。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的航路利用率评估方法,其可获得高精度的航路利用率结果,对具有不同运行特征的飞机均适用。
为实现上述目的,本发明首先提出了如下的技术方案:
基于航路运行特征的航路利用率评估方法,其通过评估模型对航路利用率进行评估,所述评估模型包括以下构建条件:
不同类型飞机适宜的飞行的航线和时间段不同;
在不同时间段内,不同类型的飞机在其固定航路上的飞行频率不同;
在航路上飞行时,飞机间保持一定间隔以满足安全运行的需要;
其中,时间段分为:
常用时段[T1,T2];较常用时段[T3,T1]与[T2,T4];较不常用时段[T5,T3]与[T4,T6];及不常用时段T5之前与T6之后;
飞机的类型分为:
国际干线客机、国内干线客机、国内支线客机及货机。
在一些优选实施方式中,通过如下的评估模型对航路利用率进行评估:
航路利用率=δ1×航路时间利用率+δ2×航路空间利用率+δ3×航路容量利用率,
其中,δ1、δ2、δ3分别表示航路时间利用率、航路空间利用率、航路容量利用率在所述构件条件下的权重值。
在一些优选实施方式中,所述航路时间利用率通过如下的航路时间利用率模型获得:
其中,t表示飞机的实际占用时间,其通过统计在固定航路段的某一高度层上、有飞机飞行的时间片获得,T表示飞机的可用总飞行时间。
在一些优选实施方式中,所述飞机的实际占用时间t通过以下模型获得:
其中,tij表示不同类型飞机在不同时间段的实际占用时间,γij(i=1,2,3,4;j=1,2,3,4)。其中,其中i表示时间段类型,j表示飞机类型;
且所述飞机的可用总飞行时间T通过以下模型获得:
其中,Tij表示不同类型飞机在不同时间段的可用总飞行时间。
在一些优选实施方式中,所述航路空间利用率通过如下的航路空间利用率模型获得:
其中,l表示飞机的实际占用空间,其通过统计在给定时间片内某一高度层上、有飞机飞行的航路段获得,L表示飞机的可用总空间。
在一些优选实施方式中,所述航路空间利用率为全部fl高度层的航路空间利用率η'l的加和平均值,如下:
在一些优选实施方式中,所述航路容量利用率通过如下的航路容量利用率模型获得:
其中,f表示飞机的实际流量,其通过统计在给定时间片内某一高度层给定航路段上、飞行的飞机数量获得,F表示飞机的最大容量。
在一些优选实施方式中,所述航路容量利用率为对全部fl高度层的航路容量利用率ηf的加和求平均值,如下:
在一些优选实施方式中,:所述权重值通过CRITIC权重法确定。
在一些优选实施方式中,所述评估模型如下:
其中,fl表示全部高度层,nl表示全部航路段,nt表示全部时间片
本发明具有以下有益效果:
本发明针对不同类型飞机具有在时间上的不同运行特征,提出了一种新的航路利用率评估方法。
本发明融合了时间、空间、容流三个因素,考虑了各时间段对不同类型飞机的适用性的差异,能为不同类型飞机的航路利用率提出精确的评估,为其运行和调度提供更准确有效的决策信息。
本发明创新性的研究了各时间段对不同类型飞机的适用性,得到了更高效准确的评估模型。
附图说明
图1为具体实施方式所述各时段航路上的飞机架次统计折线图。
图2为具体实施方式所述航路利用率获取流程示意图。
图3为具体实施方式所述航路时间利用率获取流程示意图。
图4为具体实施方式所述航路空间利用率获取流程示意图。
图5为具体实施方式所述航路容量利用率获取流程示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述,但需要理解的是,所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述,而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
在下述具体实施方式及实施例中,模型符合以下运行特征:
时间特征:
如附图1所示,当时间周期为一天时,不同时段内在航路上运行的飞机架次数存在显著差异,其特征体现为:
(1)在一天的时间周期内,航路上运行的飞机架次数随时间的不同波动显著,较为突出的是凌晨0点至早上6点的时段,这是由于依据国际惯例,大多数机场实行宵禁政策,该时段内在航路上运行的飞机架次数相对较小,但仍有一部分国际远程航班或货运航班在航路上运行。
(2)航路上的飞机架次数呈中间多、两端少的整体趋势,这是受旅客的生理需求及出行习惯的影响,使航路上的飞机架次数出现早上骤增、晚上骤降的现象,但晚上下降幅度明显小于早上。
飞机类型特征:
由航路运行时间特征可知,不同时段内在航路上运行的飞机架次数不同,客机与货机在航路上运行的常用时段不同,国际航班与国内航班的客机在航路上运行的时段也不同。而各类客机适宜飞行的航线不同,常被划分为干线客机与直线客机,干线客机与直线客机的速度、飞行高度层等存在差异,对航路的时间利用率也不同。
基于上述特征,本发明从其在时间、空间、容流三个维度的表现,得到利用率评估模型,综合得到给定时段内固定航路的空域利用率。
具体的,包括:
在时间、空间、容流三个因素上,由航路运行特征可知,航路时间利用率受不同时段内在航路上运行的飞机架次数影响,与不同类型飞机在各时段内在固定航路上运行的频率密切相关,即在固定环境下,航路的时间利用率、空间利用率及容量利用率是相对同步的。因此,可设置不同因素对应的航路利用率权重不同;并可设置不同的时段类型,并获得不同类型飞机在航路上运行的常用时段,进一步设置不同类型飞机在各类型时段上对应的利用率权重不同。
具体的,基于上述特征,该模型包括以下设定:
根据运行特征的不同,飞机类型分为国际干线客机、国内干线客机、国内支线客机及货机。
根据运行特征的不同,时段类型分为常用时段[T1,T2];较常用时段[T3,T1]与[T2,T4];较不常用时段[T5,T3]与[T4,T6];及不常用时段T5之前与T6之后。
在不同的时段类型上,不同类型的飞机在模型中对应不同的权重值。
更具体为:
不同类型飞机在各时段内在固定航路上运行的频率不同,在航路上运行的常用时段也不同。当飞机在常用时段[T1,T2]内飞行时,飞机对航路的利用率达到最高,在较常用时段、较不常用时段、不常用时段内飞行时,对航路资源的利用程度也不同。依据不同类型飞机在给定时段内在固定航路上运行的频率,设置航路利用权重值,如表1所示。
表1不同类型飞机在各类型时段的航路利用权重表
国际干线客机 | 国内干线客机 | 国内支线客机 | 货机 | |
[T<sub>1</sub>,T<sub>2</sub>] | γ<sub>11</sub> | γ<sub>12</sub> | γ<sub>13</sub> | γ<sub>14</sub> |
[T<sub>3</sub>,T<sub>1</sub>]、[T<sub>2</sub>,T<sub>4</sub>] | γ<sub>21</sub> | γ<sub>22</sub> | γ<sub>23</sub> | γ<sub>24</sub> |
[T<sub>5</sub>,T<sub>3</sub>]、[T<sub>4</sub>,T<sub>6</sub>] | γ<sub>31</sub> | γ<sub>32</sub> | γ<sub>33</sub> | γ<sub>34</sub> |
T<sub>5</sub>之前、T<sub>6</sub>之后 | γ<sub>41</sub> | γ<sub>42</sub> | γ<sub>43</sub> | γ<sub>44</sub> |
综上,即,不同类型飞机在各类型时段内飞行时,其对应的权重值为γij(i=1,2,3,4;j=1,2,3,4)。其中,其中i表示时间段类型,j表示飞机类型,各权重值由不同类型飞机在给定时段内在固定航路上运行的频率确定。
同时,模型满足以下实际情况:
飞机在航路上飞行时,飞机间需保持一定间隔以满足安全运行的需要。如:(1)同航迹,同高度目视飞行的航空器之间纵向间隔为:指示空速250公里/小时(含)以上的航空器之间为5公里;指示空速250公里/小时以下的航空器之间为2公里。(2)仪表飞行规则中,同航迹、同高度、不同速度飞行的航空器,纵向间隔为10分钟。
即,下述飞机在航路上飞行的实际占用时间、可用总飞行时间、实际占用空间、可用总空间、实际流量及最大容量受飞行间隔要求的影响,与飞机的类型、飞行高度及速度等因素有关。
具体的,其中:
飞机实际占用时间是指在满足纵向时间间隔的条件下,航路上有飞机飞行的实际时间。飞机实际运行时间可通过统计给定航路上实际有飞机飞行的时间片确定。飞机可用总飞行时间是指在满足纵向时间间隔的条件下,可供飞机在航路上正常运行的总时间。飞机可用总飞行时间可通过统计可供飞机在给定航路上正常运行的总时间获得。
飞机实际占用空间是指在满足纵向距离间隔的条件下,航路上有飞机飞行的实际空间。飞机实际占用空间可通过统计给定时段内实际有飞机飞行的航路段,汇总各航路段的空间范围确定。
飞机可用总空间是指在满足纵向距离间隔的条件下,可供飞机在航路上正常运行的总空间。飞机可用总空间可通过统计给定时段内可供飞机在航路上正常运行的空间范围确定。飞机实际流量是指在满足飞行间隔的条件下,航路上实际飞行的飞机总架次。飞机实际流量可通过统计给定时段内固定航路上实际飞行的飞机架次数确定。最大容量是指在满足飞行间隔的条件下,航路上能服务的飞机架次总数。最大容量可通过统计考虑管制员工作负荷的条件下,航路上能正常运行的飞机架次总数获得。
在此基础上,通过如附图2所示的流程获取本发明的航路利用率评估模型。
其中,
设定其可通过在前述运行特征下的航路时间、空间、容流三个因素获得,即本发明的基础航路利用率评估模型如下:
航路利用率=δ1×航路时间利用率+δ2×航路空间利用率+δ3×航路容量利用率,
其中,δ1、δ2、δ3分别表示航路时间利用率、航路空间利用率、航路容量利用率在航路利用中的权重值。
上述模型特别适用于如下的应用条件:
(1)飞机飞行过程中,在固定时段内,航路的容量不受恶劣天气等环境因素的影响,是固定不变的。
(2)飞机在固定时段内,以平均巡航速度飞行,未发生穿越高度层现象,不出现超越,不考虑在航路交叉点附近的运行。
进一步的,其中航路时间利用率可通过如附图3所示的获取流程得到。
其中,
其具体获取过程如下:
首先对时间段进行划分。在划分时间片时,优选:(1)为保障航路利用率结果的精确性,时间片的选取不能过大或过小;(2)时间片的划分需与航路段长短的选取相适应。
具体划分方法可如:将给定的时段[0,Tt]划分为若干时间片[0,T1],[T1,T2],…,[Tt-1,Tt]。本发明设定时间片为飞机飞越最小标准间隔所需的时间,取最小时间为时间片。
在固定航路段的某一高度层上,若在部分时间片内有飞机飞行,则将这些时间片计入飞机的实际占用时间t,飞机的可用总飞行时间为可用的全部时间T,则该航线段上的时间利用率ηt为:
其中,飞机实际占用时间t受不同类型飞机在各类型时间段内在固定高度层上的频率不同的影响,可表示为:
其中,tij表示不同类型飞机在不同时间段内的实际占用时间。
可用总飞行时间T也受不同类型飞机在各时段内在固定高度层上运行的频率不同的影响,可表示为:
其中,Tij表示不同类型飞机在不同时间段内的可用总飞行时间。
对高度层的全部nl航路段的航路时间利用率加和求平均,可得该高度层的平均时间利用率η't为:
对全部fl高度层的航路时间利用率η't加和求平均,可得航路时间利用率η”t为
进一步的,其中航路空间利用率可通过如附图4所示的获取流程得到。
其中,
其具体获取过程如下:
首先对航路段进行划分。在划分航路段时,优选:(1)为保障航路利用率计算结果的精确性,航路段的选取不能过大或过小;(2)航路段的划分需与时间片长短的选取相适应。
具体划分方法可如:将给定的航路[0,Ll]划分为若干航段[0,L1],[L1,L2],…,[Ll-1,Ll]。依据飞机运行特点及航路利用率计算方法给定航路段划分标准。本发明设定航路段为飞机间的最小标准间隔,取最小间隔为航路段。
在给定时间片内某一高度层上,若在部分航路段有飞机飞行,则将这些航路段计入飞机实际占用空间l,飞机可用总空间为实际可用的全部空间L,则该时间片内的空间利用率ηl为:
对高度层全部nt时间片内的航路空间利用率加和求平均,可得该高度层的平均空间利用率η'l为:
对全部fl高度层的航路空间利用率η'l加和求平均,可得航路空间利用率η”l为:
进一步的,其中航路容量利用率可通过如附图5所示的获取流程得到。
其中,
其具体获取过程如下:
首先对时段、航路段进行划分。划分过程与获得前述时间利用率及空间利用率的过程相同。
在某一高度层上,若在部分时间片内部分航路段上有飞机飞行,则将这些飞机计入实际流量f,最大容量为实际可服务的最多飞机架次F,则该高度层的容量利用率ηf为:
对全部fl高度层的航路容量利用率ηf加和求平均,可得航路容量利用率η'f为:
基于所得航路时间利用率、航路空间利用率和航路容量利用率,并结合其各自的权重可获得航路利用率。其中各权重可通过CRITIC权重法确定。
所述CRITIC权重法是一种客观赋权法,通过确定各指标间的对比强度及冲突性确定各指标的权重值。其中,指标间的对比强度体现了同一指标对不同样本取值的差异性大小;指标间的冲突性体现了各指标间相关性的强弱。为度量某一指标的冲突性强弱,可通过计算的值实现,其中,εmn表示第m个指标与第n个指标的相关系数。令指标m所含的信息量为Y,则λm为指标间对比强度的大小。将Ym进行归一化处理,即可得到第m个指标的客观权重δm。
指标间的对比强度越大,说明其波动性越大,权重值会越高;指标间的冲突性越大,说明指标间的相关系数越大,权重值就越低。
具体的,通过以下过程获得各自权重:
首先计算各指标的航路利用率对不同样本取值的差异性大小,即选取多个航路计算各航路的时间利用率、空间利用率及容量利用率,确定各指标对不同航路的利用率取值的差异λm。
具体计算过程可设置如下:
首先选取x个航路,计算各航路的时间利用率ω1x、空间利用率ω2x及容量利用率ω3x,用标准差确定时间利用率、空间利用率及容量利用率的对比强度λm,m=1,2,3。接着,计算时间利用率、空间利用率及容量利用率两两间的相关系数εmn,m=1,2,3,n=1,2,3,确定时间利用率、空间利用率及容量利用率所含的信息量最后,将Ym进行归一化处理,即可得到时间利用率、空间利用率及容量利用率指标的权重δm,
综合可得到如下的航路利用率η模型:
实施例1
通过以下过程进行本发明的航路利用率评估:
选取某航路,以某日1小时为研究时段,设定时间片为飞机飞越最小尾流间隔所需的时间:5分钟,则可将该时段划分为12个时间片,分别为[0,5],[5,10],……[55,60]。将给定的航路划分为若干航段,设定航路段为飞机间的最小标准间隔:10千米。
(1)航路时间利用率的计算:
依据各时间段对不同类型飞机的适用性差异,设置不同类型飞机在各类型时段的航路利用权重,不同类型飞机在各类型时段的航路利用权重表如表2所示。各权重值由各时间段对不同类型飞机的适用性及飞机在各时间段上运行的频率确定。
表2不同类型飞机在各类型时段的航路利用权重表
国际干线客机 | 国内干线客机 | 国内支线客机 | 货机 | |
[T<sub>1</sub>,T<sub>2</sub>] | 0.98 | 0.96 | 0.93 | 0.90 |
[T<sub>3</sub>,T<sub>1</sub>]、[T<sub>2</sub>,T<sub>4</sub>] | 0.93 | 0.89 | 0.86 | 0.88 |
[T<sub>5</sub>,T<sub>3</sub>]、[T<sub>4</sub>,T<sub>6</sub>] | 0.80 | 0.75 | 0.73 | 0.81 |
T<sub>5</sub>之前、T<sub>6</sub>之后 | 0.75 | 0.67 | 0.63 | 0.75 |
统计各航路段的每一高度层上有飞机飞行的时间片,将这些时间片计入飞机的实际运行时间。可用总飞行时间为飞机能在航线上正常运行的总时间,则航线的时间利用率为:飞机实际占用的时间与可用总飞行时间的比值。其中,飞机实际占用时间受各时间段对不同类型飞机的适用性不同的影响,如:航路段1的FL330高度层上有8个时间片上有飞机飞行,其中,3个时间片上为国内干线,2个时间片上为国内支线,2个时间片上为国际干线,1个时间片上为货机,四类飞机在给定时段的权重值分别为0.89,0.86,0.80,0.81。则飞机实际运行时间为6.8个时间片。飞机的可用总飞行时间为可用的全部时间,受各时间段对不同类型飞机的适用性不同的影响,飞机的可用总飞行时间为10.08个时间片。计算可得:该航路段的FL330高度层上的时间利用率为0.67。其他航路段的FL330高度层的时间利用率计算方法与其类似。对FL330高度层全部航路段的航路时间利用率加和求平均,可得该高度层的平均时间利用率为:0.71。对全部高度层的航路时间利用率加和求平均,可得航路时间利用率为:0.73。
上述过程考虑了各时间段对不同类型飞机的适用性差异,使给出的航路时间利用率计算方法评估效果好。
(1)航路空间利用率的计算:
统计给定时间片内的每一高度层上有飞机飞行的航路段,将这些航路段计入飞机的实际占用空间。如:时间片[5,10]内,在FL330高度层飞机实际使用的空间为40km。飞机可用总空间为实际可用的全部空间,即飞机可用总空间为60km。计算可得:该时间片内FL330高度层上的空间利用率为0.67。其他航路段的FL330高度层的空间利用率计算方法与其类似。对FL330高度层全部航路段的航路空间利用率加和求平均,可得该高度层的平均空间利用率为:0.71。对全部高度层的航路空间利用率加和求平均,可得航路空间利用率为:0.74。
(2)航路容量利用率的计算:
在某一高度层上,若在部分时间片内的部分航路段上有飞机飞行,则将这些飞机计入实际流量,最大容量为实际可服务的最多飞机架次,则该高度层的容量利用率为:实际流量与最大容量的比值。如:时间片[5,10]内,在FL330高度层共有两个航段上有飞机运行,飞机类型为一个大型机、一个中型机,飞机实际流量为2。时间片内给定航路的FL330高度层可供2架大型机、1架中型机运行,最大容量为3。则该时间片内的容量利用率为:0.67。其他时间片内FL330高度层的容量利用率计算方法与其类似。对FL330高度层全部时间片内的航路容量利用率加和求平均,可得该高度层的平均容量利用率为:0.70。对全部高度层的航路容量利用率加和求平均,可得航路容量利用率为:0.73。
(3)航路利用率的计算:
首先选取四个航路,明确研究时段,依据上述方法分别计算各航路的时间利用率、空间利用率及容量利用率,得到航路利用率统计表如表3所示
表3航路利用率统计表
用标准差确定时间利用率、空间利用率及容量利用率的对比强度,可得:时间利用率、空间利用率、容量利用率的对比强度分别为0.048、0.051、0.070。接着,计算时间利用率、空间利用率及容量利用率两两间的相关系数,计算可得:时间利用率与空间利用率的相关系数为0.987,时间利用率与容量利用率的相关系数为0.988,空间利用率与容量利用率的相关系数为0.998。由表达式可得:各利用率所含的信息量分别为:时间利用率0.00122,空间利用率0.00079,容量利用率0.00101。最后,将信息量进行归一化处理,即可得到时间利用率、空间利用率及容量利用率指标的权重分别为:0.40,0.26,0.33。
代入航路利用率模型,
计算可得:航路利用率为:0.733。
上述过程融合了时间利用率、空间利用率及容量利用率,考虑了各时间段对不同类型飞机的适用性的差异,给出的航路利用率评估效果好。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于航路运行特征的航路利用率评估方法,其特征在于:通过评估模型对航路利用率进行评估,所述评估模型包括以下构建条件:
不同类型飞机适宜的飞行的航线和时间段不同;
在不同时间段内,不同类型的飞机在其固定航路上的飞行频率不同;
在航路上飞行时,飞机间保持一定间隔以满足安全运行的需要;
其中,时间段分为:
常用时段[T1,T2];较常用时段[T3,T1]与[T2,T4];较不常用时段[T5,T3]与[T4,T6];及不常用时段T5之前与T6之后;
飞机的类型分为:
国际干线客机、国内干线客机、国内支线客机及货机。
2.根据权利要求1所述的评估方法,其特征在于:通过如下的评估模型对航路利用率进行评估:
航路利用率=δ1×航路时间利用率+δ2×航路空间利用率+δ3×航路容量利用率,
其中,δ1、δ2、δ3分别表示航路时间利用率、航路空间利用率、航路容量利用率在所述构建条件下的权重值。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的评估方法,其特征在于:所述权重值通过CRITIC权重法确定。
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2020
- 2020-10-10 CN CN202011079010.0A patent/CN112233461B/zh active Active
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张兆宁: "基于高度层的航路短时利用率模型研究", 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 * |
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CN112233461B (zh) | 2022-08-30 |
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