空中交通态势感知研究综述

空中交通系统作为典型的复杂系统,解决空中交通的拥挤、航班延误等问题是当下的研究难点和热点,需大力发展空中交通态势感知这一关键技术,为此对空中交通态势感知技术进行了详细的综述。对空中交通态势识别算法的国内外研究做了概述,随后重点分析了空中交通态势预测技术,依据应用方法不同,将空中交通态势预测分为交通流模型预测、人工智能算法预测以及复杂网络预测,以技术更迭为时间线,对研究成果进行分析,最终基于研究阐述现存问题并对未来研究方向做出展望。     

基于核主成分分析的空域复杂度无监督评估

空域复杂度评估作为衡量空域运行态势、管制员工作压力的关键手段，是运行调控的基础。由于影响因素众多，不同因素间耦合关联复杂，且标定样本很难获取，空域复杂度的准确评估被公认为航空领域的一个挑战性问题。提出了一种空域复杂度的无监督评估方法。首先通过核主成分分析挖掘原始样本各维度的非线性耦合关系，准确提取能够最大化复杂度评估信息量的主成分，进一步设计了可按需定制的主成分聚类方法，实现了无监督条件下空域复杂度的准确评估，为空域划分、流量管理提供了有效的技术支撑。     

一种终端区空中交通复杂度的计算方法

将终端区的空中交通复杂度分为静态复杂度和动态复杂度,提出了终端区空中交通复杂度的一种计算方法。通过考虑航空器数量、机型混杂比例和进离场航迹相互影响关系等因素建立空中交通复杂度模型。有效避免了因管制员工作水平差异等人为因素带来的不确定性影响,能更加客观地反应终端区的空中交通复杂度,具有通用性。最后通过Matlab实例仿真,验证了方法的有效性和实用性。     

空管安全评价预测模型

针对空中交通管理系统安全评价中存在的仅对系统安全状况进行静态评价,而评价的结果只反映系统当前运行的状况,缺少对系统安全运行态势的预测等问题,采用现有的空中交通管理系统安全评价体系,利用模糊综合评价方法并结合指数平滑法对空管系统安全的评价和预测进行分析研究.研究结果表明,运用本方法预测是比较可行的,同时本方法也对建立空中交通安全评估与预测体系有着积极的理论指导意义.     

基于复杂网络的空中交通特征与延误传播分析

空中交通流量管理主要集中在尾随间隔、空中等待等局部战术空中交通流量调配,对空中交通流量整体运行规律、延误传播和整体解决的研究较少。航空运输网络是一个复杂系统,从复杂网络理论角度对航空运输网络进行研究很有必要。首先,分析了空中交通流量网络的度、度分布、权值、权分布、流量、容量、延误等静态特征;然后,提出了空中交通流量网络整体效能评估方法,使用选择性攻击和随机攻击方法分析了空中交通流量网络的抗毁性,基于负荷容量级联失效模型和病毒传播模型与空中交通延误传播的相似性建立了空中交通延误传播模型,最后,使用实际运行数据验证了空中交通流量网络的特征与延误传播模型的有效性,该研究可以为大范围空中流量管理提供决策支持。     

空中交通管理系统安全绩效评估模型研究

客观准确的安全绩效评估,可以反映出空中交通管制系统运行的安全状况,并识别出安全管理存在的薄弱环节.从管制员、空中交通管制设备、环境、管理四方面找出影响系统安全运行的过程性指标,将过程性指标与结果性指标相结合构建空中交通管制系统安全绩效评估指标体系;在模糊物元分析法的基础上,对隶属度函数的确定方法进行改进,建立基于改进的模糊物元分析法的空中交通管制系统安全绩效评估模型;利用该模型对某空中交通管制单位的安全绩效进行评估,评估结果能够反映出该单位的安全状况,并指出应当改进的环节.结果表明:本模型可以对空中交通管制系统的安全绩效作出综合评判,并可以对空中交通管制系统的安全性进行量化描述.     

基于空中交通管制运行品质的扇区容量评估

扇区容量反映的是扇区空中交通管制运行品质诸多要素综合寻优下的流量水平,目前将扇区管制员工作负荷阈值映射为扇区容量的评估方法存在片面性。为改善扇区容量评估方法,以成都进近南扇为研究实例,采集198组实际运行数据建立样本集,确立了涵盖空中交通流密度、管制运行安全性能、管制运行效率性能及管制员工作负荷等4类因子的管制运行品质量化指标,并基于主成分分析法实现了扇区管制运行品质综合评价,经函数拟合确定扇区容量为29架次/h,新方法更具科学性、客观性。     

基于模糊综合评价的航路交通态势评估

针对中国航路交通态势评估问题,通过引入态势感知理论,构建航路交通态势评估的研究框架,建立起一个评估航路交通态势的指标体系,并给出了基于模糊综合评价的航路交通态势评估方法。通过对算例的计算和分析,验证了评估方法在空中交通态势评估中的有效性和可行性。     

基于FCM的终端区交通态势识别

终端区交通态势的日益拥挤,一定程度上造成航班的延误,给航空公司及旅客带来了极大损失。为了对终端区交通拥挤进行有效的识别和疏导,对终端区交通态势进行了研究。通过采集的雷达数据,提取影响终端区交通态势的属性指标,运用模糊C-均值聚类(FCM)方法建立了终端区交通态势识别模型,模型可快速准确地识别交通态势。以某终端区为例,验证了模型的有效性。     

结合Fuzzy-ANP和灰色评价的管制系统运行质量评估模型

在保证管制系统安全运行的前提下,提高空中交通管制系统的运行质量可以提高航空运输效率、降低运行成本、减少空中交通拥堵,而评估管制系统运行质量的水平是提高运行质量的前提,因此有必要对管制系统的运行质量进行评估。分析了管制系统的动态运行过程以及各个过程的影响因素,建立了管制系统运行质量评估指标体系,利用网络层次分析法分析各指标的相关性,计算出指标体系中各层指标的权重,根据灰色综合评价方法建立了管制系统质量评估模型。算例表明,模型具有有效性和实用性。     

Measuring air traffic complexity based on small samples

Air traffic complexity is an objective metric for evaluating the operational condition of the airspace.It has several applications,such as airspace design and traffic flow management.Therefore,identifying a reliable method to accurately measure traffic complexity is important.Considering that many factors correlate with traffic complexity in complicated nonlinear ways,researchers have proposed several complexity evaluation methods based on machine learning models which were trained with large samples.However,the high cost of sample collection usually results in limited training set.In this paper,an ensemble learning model is proposed for measuring air traffic complexity within a sector based on small samples.To exploit the classification information within each factor,multiple diverse factor subsets (FSSs) are generated under guidance from factor noise and independence analysis.Then,a base complexity evaluator is built corresponding to each FSS.The final complexity evaluation result is obtained by integrating all results from the base evaluators.Experimental studies using real-world air traffic operation data demonstrate the advantages of our model for small-sample-based traffic complexity evaluation over other stateof-the-art methods.     

空中交通复杂性研究进展

空中交通复杂性是空中交通态势的本质属性，是空中交通管制工作负荷的主要驱动因素。空中交通复杂性的科学评价是实现空中交通精细化管理的关键，也是当前空管领域研究热点。本文介绍了国内外空中交通复杂性的研究团队，梳理了空中交通复杂性与工作负荷、安全水平等相互之间的区别和联系，并详细分析了现有研究的具体研究路线。在分析新一代空中交通管理系统特征的基础上，对空中交通复杂性的未来研究趋势和方向进行了展望。     

基于组合赋权的空管系统安全风险物元评价

空管系统的安全风险状况对航空运输安全运营有直接的影响。综合考虑空管系统安全运行管理的特点,构建空管系统安全风险的评价指标体系;应用欧几里得距离函数对空管系统安全风险评价指标进行组合赋权,确定空管系统安全风险评价指标的组合权重;引入物元分析方法建立空管系统安全风险评价物元模型,并进行实例验证。结果表明:物元分析方法能够评估空管系统整体的安全风险状况,得到了各个评价指标的安全风险状况,有助于采取针对性的有效措施提高空管部门的安全风险管理水平。     

基于复杂性的六边形扇区驶入问题研究

为解决飞机穿越扇区边界飞行时存在局部复杂性上升的问题，在未来航空统一化管理的前提下，使用六边形的扇区理想化模型，并针对六边形扇区的几何特性及驶入飞机与扇区内飞机的相对位置、速度关系，提出了飞机在驶入六边形扇区时的空中交通复杂性模型。根据构建的空中交通复杂性模型，进行了复杂性分布图的计算，为飞机选择驶入扇区的位置、航向提供了参考依据。     

空中交通管制员技能评估主成分分析方法

为改善空中交通管制员技能评估方法,以管制员作业结果评估为立足点,建立了涵盖空中交通流密度、管制运行安全性能、管制运行效率性能及管制员工作负荷等4类因子的管制员技能定量评估指标体系,并给出了基于主成分分析法的管制员技能定量评估方法。经各等级管制员雷达模拟机多场景测试验证,采用新方法对100个测试样本的评估结果符合实际;相比通过管制教员观察管制员作业过程得出人工评定结果的传统方法,新方法的科学性、客观性及适用性更优。