一種基于多重回歸模型的扇區(qū)運(yùn)行性能綜合指數(shù)的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及監(jiān)控領(lǐng)域，尤指是一種空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合檢測方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，為了保證各類飛行活動的安全和有序，空中交通管制 服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生并不斷得到發(fā)展完善，至20世紀(jì)80年代趨于成熟。現(xiàn)代空中交通管制服務(wù) 的主要內(nèi)容是：空中交通管制員（簡稱為"管制員"，下同）依托現(xiàn)代通信、導(dǎo)航、監(jiān)視技術(shù)， 對所轄航空器實(shí)施管理和控制，協(xié)調(diào)和指導(dǎo)其運(yùn)動路徑和模式，W防止空中航空器與航空 器相撞及在機(jī)場機(jī)動區(qū)內(nèi)航空器與障礙物相撞，維護(hù)和加快空中交通的有序流動。空中交 通管制扇區(qū)（簡稱為"管制扇區(qū)"，下同）是空中交通管制（簡稱為"管制"，下同）的基本 空間單元。一般情況下，為航空器提供空中交通管制服務(wù)的空域被劃設(shè)為若干管制扇區(qū)，每 個管制扇區(qū)對應(yīng)一個管制員工作席位。管制扇區(qū)運(yùn)行性能是管制扇區(qū)內(nèi)航空器運(yùn)行態(tài)勢的 技術(shù)性指標(biāo)提煉，既反映管制員對所轄管制扇區(qū)提供管制服務(wù)的質(zhì)量和水準(zhǔn)，又反映特定 管制空域使用效能。因此，對管制扇區(qū)運(yùn)行性能的有效檢測是調(diào)整管制運(yùn)行策略、優(yōu)化管制 空域結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和前提。
[0003] 專利文獻(xiàn)CN104636890A于2015年05月20日公開了一種空中交通管制扇區(qū)動態(tài) 調(diào)整系統(tǒng)及方法。該方法包括W下步驟：（1)基于空域數(shù)據(jù)庫中的各扇區(qū)數(shù)據(jù)，生成可供優(yōu) 選的可行扇區(qū)組合的集合；(2)基于雷達(dá)歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算各扇區(qū)的歷史管制工作負(fù)荷系數(shù)； (3) 依據(jù)雷達(dá)實(shí)時讀入的當(dāng)前航班位置和飛行狀態(tài)信息，計(jì)算進(jìn)入各扇區(qū)的航班流量；(4) 依據(jù)當(dāng)日飛行計(jì)劃，計(jì)算進(jìn)入各扇區(qū)的航班流量；（5)基于上述歷史工作負(fù)荷系數(shù)W及航 班的實(shí)時流量和計(jì)劃流量，計(jì)算各扇區(qū)的管制工作負(fù)荷，然后，基于最優(yōu)扇區(qū)組合選擇模型 計(jì)算出所述可行扇區(qū)組合的集合中的最優(yōu)扇區(qū)組合。
[0004] 目前，針對空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行性能的研究較少，大部分研究集中在下述幾個 孤立方面：（1)空中交通流密度，分為戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)兩層面，其中前者主要體現(xiàn)為空域復(fù)雜性 指標(biāo)，后者主要體現(xiàn)為管制單元空中交通擁擠程度判定。目前，空中交通流密度指標(biāo)在應(yīng)用 上仍W管制單元的航空器架次統(tǒng)計(jì)作為主要呈現(xiàn)。（2)管制運(yùn)行安全性能，包括定量和定 性兩方面。定量方面，國際民航組織（ICAO)依據(jù)碰撞風(fēng)險分析制定的總的安全目標(biāo)等級 CTL巧是1. 5X10-8次致命飛行事故/飛行小時，而我國民航空管系統(tǒng)根據(jù)危險接近風(fēng)險分 析將事故征候萬架次率作為關(guān)鍵安全指標(biāo)。定性方面，ICAO推薦采用威脅差錯管理燈虹eat andErrorManagement,TEM)或日常運(yùn)行安全監(jiān)測（NormalOperationsSafetySurvey, NOS巧方法，實(shí)施定性的管制運(yùn)行安全性能評價。國內(nèi)學(xué)者圍繞人、機(jī)、環(huán)、管理等4類因素 分別建立了安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系，并開展了指標(biāo)權(quán)重分析。（3)管制運(yùn)行效率性能，主要 圍繞航班延誤指標(biāo)方面。目前，國外航班延誤統(tǒng)計(jì)指標(biāo)設(shè)及延誤架次率及延誤時間。我國 民航欠缺航班延誤時間的細(xì)化統(tǒng)計(jì)，在航班延誤原因界定、統(tǒng)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)方法及流程 等方面亟待改善。（4)管制員工作負(fù)荷，是管制扇區(qū)容量評估的重要考量。國外學(xué)者從生理 /行為特征、主觀測評、工作細(xì)分的角度，分別提出了電擊皮膚的反應(yīng)、屯、率、屯、電圖、血壓、 體液等生理指標(biāo)，設(shè)備操作次數(shù)、陸空通話時間記錄等行為指標(biāo);ATW口技術(shù)、NASA-TLX量 表、SWAT量表和MCH法等主觀測評技術(shù)；DORATASK、MBB法、RAMS法等衡量管制員工作時間 的方法。國內(nèi)學(xué)者發(fā)展了主觀測評方法，提出了基于可拓學(xué)的管制員工作負(fù)荷評價模型。
[0005] 目前針對空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行性能的既有研究內(nèi)容，主要存在W下不足：（1) 研究方法方面，定性研究較多，定量研究較少，客觀性不足。（2)檢測指標(biāo)方面，指標(biāo)維度較 為單一，不夠全面、綜合，導(dǎo)致綜合檢測能力不足。（3)應(yīng)用性方面，既有研究仍停留在實(shí)驗(yàn) 室研究階段，主要服務(wù)于戰(zhàn)略決策，而面向空中交通管制單位的實(shí)際工程應(yīng)用少。由于上述 不足，導(dǎo)致目前國內(nèi)外對于管制扇區(qū)運(yùn)行性能檢測的研究在客觀性、全面性、可操作性等方 面均有所欠缺，特別是對于實(shí)際中需要對管制扇區(qū)運(yùn)行性能進(jìn)行實(shí)時檢測和響應(yīng)告警運(yùn)一 需求，尚未有效實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種更高效的、可提高客觀性、預(yù)測準(zhǔn)確性的空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行 性能綜合檢測方法及系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[000引一種空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合檢測方法，包括步驟：
[0009] 步驟1 :選取一定時長間隔的管制扇區(qū)運(yùn)行性能指標(biāo)樣本，及上述指標(biāo)對應(yīng)的管 制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合指數(shù)樣本作為樣本數(shù)據(jù)；
[0010] 步驟2 :根據(jù)上述樣本數(shù)據(jù)，建立線性回歸模型和非線性回歸模型；
[0011] 步驟3 :通過擬合度、顯著性和誤差分析，對線性回歸模型和非線性回歸模型進(jìn)行 比對，確定扇區(qū)運(yùn)行性能綜合檢測多重回歸模型；
[0012] 步驟4:將實(shí)時管制扇區(qū)運(yùn)行性能指標(biāo)導(dǎo)入扇區(qū)運(yùn)行性能綜合檢測多重回歸模 型，得到管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合指數(shù)。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟1中的所述管制扇區(qū)運(yùn)行性能指標(biāo)包括扇區(qū)運(yùn)行通行性指 標(biāo)、扇區(qū)運(yùn)行復(fù)雜性指標(biāo)、扇區(qū)運(yùn)行安全性指標(biāo)、扇區(qū)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和管制員工作負(fù)荷檢 測指標(biāo)。
[0014] 進(jìn)一步的，所述扇區(qū)通行性檢測指標(biāo)分別包括扇區(qū)流量、扇區(qū)航行里程、扇區(qū)航行 時間和扇區(qū)交通流密度；
[0015] 所述扇區(qū)復(fù)雜性檢測指標(biāo)包括扇區(qū)航空器爬升次數(shù)、扇區(qū)航空器下降次數(shù)、扇區(qū) 航空器改速次數(shù)、扇區(qū)航空器改航次數(shù)；
[0016] 所述扇區(qū)安全性檢測指標(biāo)包括扇區(qū)短期沖突告警頻率和扇區(qū)最低安全高度告警 頻率；
[0017] 所述扇區(qū)經(jīng)濟(jì)性檢測指標(biāo)包括扇區(qū)飽和度、扇區(qū)排隊(duì)長度、扇區(qū)航空器延誤架次 率、扇區(qū)航空器延誤時間、扇區(qū)航空器平均延誤時間；
[0018] 所述管制員工作負(fù)荷檢測指標(biāo)包括陸空通話信道占用率、陸空通話次數(shù)。
[0019] 進(jìn)一步的，在執(zhí)行步驟2之前，先對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換；標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換過程如 下：
[0020] 令Xi,、X' 1,分別表示第i個樣本數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)， 巧、S,分別表示第j個指標(biāo)樣本的均值和方差，則：
[0021]
[0022] 將標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)X' 1,，作為建立線性回歸模型和非線性回歸模型的輸 入數(shù)據(jù)。
[0023] 進(jìn)一步的，所述步驟2包括如下步驟：
[0024] 步驟2. 1根據(jù)上述樣本數(shù)據(jù)，分別建立多重線性回歸模型和多重非線性回歸模 型，并求解系數(shù)bi，
[00巧]其中多重線性回歸模型為：
[0026]Y=XB+U
[0027]其中，
[0028]
[0029] 多重非線性回歸模型為：
[0030] Y= f [化lA'.'.A)也乂2,…，、]
[0031] 其中因變量Y為管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合指數(shù)，自變量X為17項(xiàng)管制扇區(qū)運(yùn)行性能 綜合檢測指標(biāo)，Xm"(n= 1，2,. . . .，17)，m表示m組時間間隔，U為除了n個自變量對因變量 Y的影響之外的隨機(jī)誤差，服從正態(tài)分布，f表示非線性回歸函數(shù)；
[003引步驟2. 2根據(jù)各模型返回的可決系數(shù)R2值、F檢驗(yàn)、t檢驗(yàn)，分別驗(yàn)證并比較兩種 回歸模型的擬合度、顯著性，在模型擬合度較高、顯著性明顯的基礎(chǔ)上，計(jì)算兩種回歸模型 的檢測誤差，并選取誤差最小的一種模型，作為管制員疲勞指標(biāo)檢測的多重回歸模型。
[0033] 進(jìn)一步的，所述步驟4中的實(shí)時輸入數(shù)據(jù)在輸入多重回歸模型之前要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 轉(zhuǎn)換；標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換過程如下：
[0034] 根據(jù)m組時間間隔的樣本數(shù)據(jù)的17項(xiàng)指標(biāo)的均值瑪、方差S,，對實(shí)時輸入管制扇 區(qū)運(yùn)行性能指標(biāo)t，(j= 1，2, . . . .，17)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換；
'將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)t', 導(dǎo)入到多重回歸模型中。
[0035] 進(jìn)一步的，該方法還包括步驟5,當(dāng)管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合指數(shù)超出闊值，扇區(qū)運(yùn) 行性能響應(yīng)告警。
[003引一種空中交通管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合檢測系統(tǒng)，包括，
[0037] 構(gòu)建模塊，用于將樣本數(shù)據(jù)代入線性回歸模型和非線性回歸模型；
[0038] 多重回歸模型模塊，用于通過擬合度、顯著性和誤差分析，對線性回歸模型和非線 性回歸模型進(jìn)行比對，確定扇區(qū)運(yùn)行性能綜合檢測多重回歸模型；
[0039] 預(yù)測模塊，用于將實(shí)時輸入數(shù)據(jù)導(dǎo)入多重回歸模型，得到管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合 指數(shù)。
[0040] 進(jìn)一步的，還包括，標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換模塊：用于對輸入的樣本W(wǎng)及實(shí)時輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo) 準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換；
[00川報警模塊：當(dāng)管制扇區(qū)運(yùn)行性能綜合指數(shù)超出闊值，管制扇區(qū)運(yùn)行性能響應(yīng)告警。
[0042] 進(jìn)一步的，還包括管制扇區(qū)運(yùn)行性能檢測數(shù)據(jù)庫，與所述管制扇區(qū)運(yùn)行性能檢測 數(shù)據(jù)庫禪合的數(shù)據(jù)引接裝置和數(shù)據(jù)計(jì)算裝置；
[0043]所述數(shù)據(jù)引接裝置包括分別與所述管制扇區(qū)運(yùn)行性能檢測數(shù)據(jù)庫禪合的電報數(shù) 據(jù)接口、綜合航跡數(shù)據(jù)接口和管制語音數(shù)據(jù)接口；
[0044] 所述數(shù)據(jù)計(jì)算裝置用于計(jì)算采集到的管制扇區(qū)運(yùn)行性能指標(biāo)，所述管制扇區(qū)運(yùn)行 性能指標(biāo)包括扇區(qū)運(yùn)行通行性指標(biāo)、扇區(qū)運(yùn)行復(fù)雜性指標(biāo)、扇區(qū)運(yùn)行安全性指標(biāo)和扇區(qū)運(yùn) 行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和管制員工作負(fù)荷檢