本發(fā)明涉及一種機場運行評估方法，尤其涉及一種飛行區(qū)運行態(tài)勢評估方法，屬于航空系統(tǒng)
技術領域：
。
背景技術：
：飛行區(qū)是空中交通在機場范圍的主要活動區(qū)域，且航空器對其內(nèi)部的跑道、滑行道和停機位等運行資源需求競爭激烈，極易成為機場的運行瓶頸。隨著機場物理結(jié)構(gòu)、空中交通以及運行環(huán)境的復雜程度不斷增加，飛行區(qū)運行活動的復雜程度亦不斷增加。如何系統(tǒng)性提煉飛行區(qū)運行態(tài)勢指標體系，并采用科學的評估方法對飛行區(qū)運行態(tài)勢進行綜合評估，已成為機場運行管控過程中亟待解決的關鍵技術。飛行區(qū)運行評估的技術成果當前主要集中于運行安全和容量評估等方面，但仍缺乏對飛行區(qū)運行活動整體態(tài)勢的評估技術成果。在高度復雜、動態(tài)和隨機的機場運行環(huán)境中，由于航空運輸管理人員無法對飛行區(qū)運行態(tài)勢進行科學和準確度量，導致所采取的空中交通流量調(diào)配措施亦不能有效地滿足空中交通運行需求，進而引發(fā)空中交通運行能力較為低下、機場擁堵和航班延誤現(xiàn)象頻發(fā)等一系列問題。目前，國內(nèi)外在飛行區(qū)運行態(tài)勢評估方面的技術成果非常少，仍存在一定的領域空白。因此，亟需構(gòu)建一套系統(tǒng)全面的態(tài)勢指標體系，并采用科學的態(tài)勢評估方法，對機場飛行區(qū)運行態(tài)勢進行綜合評估，這對于多視角和定量化分析機場飛行區(qū)一體化運行活動的復雜程度，提升機場飛行區(qū)運行態(tài)勢感知能力等具有重要意義。技術實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種飛行區(qū)運行態(tài)勢評估與方法，對機場飛行區(qū)內(nèi)進離場一體化運行活動的復雜度進行綜合定量分析，以提升飛行區(qū)運行態(tài)勢的動態(tài)感知水平，為科學制定機場流量調(diào)配措施提供參考依據(jù)。技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種飛行區(qū)運行態(tài)勢評估方法，包括以下步驟：步驟一，對飛行區(qū)進離場航空器運行數(shù)據(jù)進行正規(guī)化處理；步驟二，劃分飛行區(qū)運行態(tài)勢評估視角：分別從微觀視角和宏觀視角對飛行區(qū)運行活動進行綜合審視，以任意時段內(nèi)單架航空器和單個時間片為評估對象；步驟三，構(gòu)建飛行區(qū)微觀和宏觀態(tài)勢指標集；步驟四，析取飛行區(qū)微觀和宏觀態(tài)勢主成分；步驟五，對飛行區(qū)運行態(tài)勢進行綜合評估：對任意一架航空器推出或著陸時刻以及任意一個時間片的飛行區(qū)運行態(tài)勢進行綜合評估。進一步的，所述步驟一的具體步驟為：(1.1)采集機場飛行區(qū)空中交通運行數(shù)據(jù)，包括航空器撤輪擋時間、起飛時間、降落時間、擋輪擋時間、場面滑行時間的信息，構(gòu)建飛行區(qū)運行活動原始數(shù)據(jù)庫；(1.2)采用Z-Score正規(guī)化處理方法，對飛行區(qū)運行活動原始數(shù)據(jù)庫中的相關數(shù)據(jù)進行無量綱化，得到均值為0、方差為1的標準化數(shù)據(jù)新序列，數(shù)據(jù)變換模型為：yi=xi-x‾s,i=1,2,...,n;]]>x‾=1nΣj=1nxj,s=1n-1Σj=1n(xj-x)2;]]>其中，n為數(shù)據(jù)樣本容量，y1,y2,...,yn為標準化數(shù)據(jù)新序列，和s分別為原始數(shù)據(jù)序列x1,x2,...,xn的平均值和標準差。進一步的，所述步驟二的具體步驟為：(2.1)從多個視角審視飛行區(qū)運行活動，將飛行區(qū)運行態(tài)勢視角分為微觀視角和宏觀視角兩類；(2.2)在微觀視角下，飛行區(qū)運行態(tài)勢基本評估粒度為單架航空器，重點關注任意一架航空器推出或著陸時刻的飛行區(qū)運行態(tài)勢；(2.3)在宏觀視角下，飛行區(qū)運行態(tài)勢基本評估粒度為單個時間片，重點關注任意一個時間片的飛行區(qū)運行態(tài)勢。進一步的，所述步驟三的具體步驟為：(3.1)構(gòu)建飛行區(qū)微觀態(tài)勢指標集，原始態(tài)勢指標包括離場或進場滑行時間ξ1、離場瞬時流量ξ2、進場瞬時流量ξ3、離場累計流量ξ4、進場累計流量ξ5、起飛隊列長度ξ6、降落隊列長度ξ7、離場時隙需求ξ8和進場時隙需求ξ9，形成微觀態(tài)勢原始指標向量ξ＝(ξ1,ξ2,…,ξ9)T；(3.2)構(gòu)建飛行區(qū)宏觀態(tài)勢指標集，原始態(tài)勢指標包括離場滑行時間均值η1、進場滑行時間均值η2、起始時刻瞬時流量η3、終止時刻瞬時流量η4、時段累計離場流量η5、時段累計進場流量η6、跑道起飛服務架次η7、跑道降落服務架次η8、機位離場需求數(shù)量η9和機位進場需求數(shù)量η10，形成宏觀態(tài)勢原始指標向量η＝(η1,η2,…,η10)T。應注意到的是，由于飛行區(qū)微觀態(tài)勢評估面向單架航空器，對于任意一架航空器而言，離場和進場滑行時間僅能同時使用一個，因此飛行區(qū)微觀態(tài)勢指標集中離場或進場滑行時間ξ1為一個指標即可；而飛行區(qū)宏觀態(tài)勢評估面向單個時間片，對于任意一個時間片而言，離場和進場滑行時間均值可同時使用，因此飛行區(qū)宏觀態(tài)勢指標集中離場滑行時間均值η1和進場滑行時間均值η2為兩個指標。進一步的，所述步驟四的具體步驟為：(4.1)在微觀視角和宏觀視角下，均采用主成分分析法對原始態(tài)勢指標進行降維處理，計算各主成分Φi對方差的解釋比例，主成分Φi的貢獻率為：ωi=λiΣi=1pλi;]]>其中，p為飛行區(qū)運行態(tài)勢評估主成分的總數(shù)量，λi為原始態(tài)勢指標向量的協(xié)方差矩陣對應的特征值由大到小排序之后的第i個特征值；在此基礎上，計算多個主成分的累計貢獻率，前m個主成分的累計貢獻率為：τm=Σi=1mωi=Σi=1mλiΣi=1pλi;]]>(4.2)在微觀視角和宏觀視角下，均采用累計貢獻率大于85％的原則挑選前幾個最大的主成分，析取出n1個飛行區(qū)微觀態(tài)勢主成分以及n2個飛行區(qū)宏觀態(tài)勢主成分(4.3)計算各個飛行區(qū)運行態(tài)勢主成分對應的標準化系數(shù)矩陣，飛行區(qū)微觀態(tài)勢主成分的具體計算公式為：F1=a1Tξ,F2=a2Tξ,...,Fn1=an1Tξ;]]>飛行區(qū)宏觀態(tài)勢主成分的具體計算公式為：H1=b1Tη,H2=b2Tη,...,Hn2=bn2Tη;]]>其中，為主成分的標準化系數(shù)矩陣，為主成分的標準化系數(shù)矩陣。進一步的，所述步驟五的具體步驟為：(5.1)根據(jù)析取出的n1個飛行區(qū)微觀態(tài)勢主成分建立飛行區(qū)微觀態(tài)勢綜合評估指標模型：F=Σi=1n1κiFi=aTξ;]]>a=Σi=1n1κiai;]]>其中，分別為微觀態(tài)勢主成分的貢獻率；根據(jù)析取出的n2個飛行區(qū)宏觀態(tài)勢主成分建立飛行區(qū)宏觀態(tài)勢綜合評估指標模型：H=Σi=1n2σiHi=bTη;]]>b=Σi=1n2σibi;]]>其中，分別為宏觀態(tài)勢主成分的貢獻率；(5.2)在微觀視角下，根據(jù)飛行區(qū)微觀態(tài)勢綜合評估指標模型F，對任意一架航空器推出或著陸時刻的飛行區(qū)運行態(tài)勢進行評估；(5.3)在宏觀視角下，根據(jù)飛行區(qū)宏觀態(tài)勢綜合評估指標模型H，對任意一個時間片的飛行區(qū)運行態(tài)勢進行評估。有益效果：本發(fā)明從微觀視角和宏觀視角對飛行區(qū)運行活動進行綜合審視，以任意時段內(nèi)單架航空器和單個時間片為評估對象，構(gòu)建飛行區(qū)微觀和宏觀態(tài)勢指標集，析取飛行區(qū)微觀和宏觀態(tài)勢主成分，對任意一架航空器推出或著陸時刻以及任意一個時間片的飛行區(qū)運行態(tài)勢進行綜合評估。本發(fā)明提出的飛行區(qū)運行態(tài)勢評估方法，可從微觀層面對任意一架航空器推出或著陸時刻的飛行區(qū)運行態(tài)勢進行評估，亦可從宏觀層面對任意一個時間片的飛行區(qū)運行態(tài)勢進行評估，實現(xiàn)了機場飛行區(qū)運行態(tài)勢的多維化、定量化和綜合化評估，有效解決了機場飛行區(qū)運行評估手段單一和滯后的技術難題。附圖說明圖1為飛行區(qū)運行態(tài)勢評估指標與方法的核心原理圖；圖2為飛行區(qū)微觀態(tài)勢復雜度分析結(jié)果；圖3為飛行區(qū)宏觀態(tài)勢復雜度分析結(jié)果。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖與實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明，應當理解，此處所描述的實例僅用于解釋本發(fā)明的核心原理，但是并不用于限定本發(fā)明。實施例圖1為飛行區(qū)運行態(tài)勢評估指標與方法的核心原理，對飛行區(qū)運行態(tài)勢評估的執(zhí)行流程進行了總體描述。選取某一航空運輸機場，執(zhí)行飛行區(qū)運行態(tài)勢評估過程，計算實例如下：步驟一，對飛行區(qū)運行數(shù)據(jù)進行正規(guī)化處理，具體步驟如下：(1.1)采集機場飛行區(qū)空中交通運行數(shù)據(jù)，包括航空器撤輪擋時間、起飛時間、降落時間、擋輪擋時間、場面滑行時間等信息，構(gòu)建飛行區(qū)運行活動原始數(shù)據(jù)庫；(1.2)采用Z-Score正規(guī)化處理方法，對飛行區(qū)運行活動原始數(shù)據(jù)庫中的相關數(shù)據(jù)進行無量綱化，得到均值為0、方差為1的標準化數(shù)據(jù)新序列，數(shù)據(jù)變換模型為：其中，n為數(shù)據(jù)樣本容量，y1,y2,...,yn為標準化數(shù)據(jù)新序列，和s分別為原始數(shù)據(jù)序列x1,x2,...,xn的平均值和標準差。步驟二，劃分飛行區(qū)運行態(tài)勢評估視角，具體步驟如下：(2.1)根據(jù)不同的評估需求，從多個視角審視飛行區(qū)運行活動，將飛行區(qū)運行態(tài)勢視角分為微觀視角和宏觀視角兩類；(2.2)在微觀視角下，飛行區(qū)運行態(tài)勢基本評估粒度為單架航空器，重點關注任意一架航空器推出或著陸時刻的飛行區(qū)運行態(tài)勢，此處航空器類型均設置為離場航空器；(2.3)在宏觀視角下，飛行區(qū)運行態(tài)勢基本評估粒度為單個時間片，重點關注任意一個時間片的飛行區(qū)運行態(tài)勢。步驟三，構(gòu)建飛行區(qū)運行態(tài)勢指標集，具體步驟如下：(3.1)構(gòu)建飛行區(qū)微觀態(tài)勢指標集，原始態(tài)勢指標主要包括離場滑行時間ξ1、離場瞬時流量ξ2、進場瞬時流量ξ3、離場累計流量ξ4、進場累計流量ξ5、起飛隊列長度ξ6、降落隊列長度ξ7、離場時隙需求ξ8和進場時隙需求ξ9，形成微觀態(tài)勢原始指標向量ξ＝(ξ1,ξ2,…,ξ9)T；(3.2)構(gòu)建飛行區(qū)宏觀態(tài)勢指標集，原始態(tài)勢指標主要包括離場滑行時間均值η1、進場滑行時間均值η2、起始時刻瞬時流量η3、終止時刻瞬時流量η4、時段累計離場流量η5、時段累計進場流量η6、跑道起飛服務架次η7、跑道降落服務架次η8、機位離場需求數(shù)量η9和機位進場需求數(shù)量η10，形成宏觀態(tài)勢原始指標向量η＝(η1,η2,…,η10)T。步驟四，析取飛行區(qū)運行態(tài)勢主成分，具體步驟如下：(4.1)采用主成分分析法對原始態(tài)勢指標進行降維處理，計算各主成分對方差的解釋比例，在此基礎上，計算多個主成分的累計貢獻率，表1和表2分別為飛行區(qū)微觀態(tài)勢主成分和宏觀態(tài)勢主成分對原始指標總方差的解釋情況；表1飛行區(qū)微觀態(tài)勢主成分對原始指標總方差的解釋情況表2飛行區(qū)宏觀態(tài)勢主成分對原始指標總方差的解釋情況(4.2)采用累計貢獻率大于85％的原則挑選前幾個最大的主成分，其中，在微觀視角下，析取出前三個最大的主成分F1,F2,F3即可；在宏觀視角下，析取出前四個最大的主成分H1,H2,H3,H4即可；(4.3)計算各個飛行區(qū)運行態(tài)勢主成分對應的標準化系數(shù)矩陣，表3和表4分別為各微觀態(tài)勢主成分和宏觀態(tài)勢主成分的標準化系數(shù)矩陣，表3飛行區(qū)微觀態(tài)勢主成分的標準化系數(shù)矩陣飛行區(qū)微觀態(tài)勢指標第一主成分F1第二主成分F2第三主成分F3離場滑行時間ξ10.4164280.084790-0.387990離場瞬時流量ξ20.2505110.2957940.543974進場瞬時流量ξ30.199100-0.4841400.359358離場累計流量ξ40.3678210.346927-0.020730進場累計流量ξ50.424373-0.245310-0.020730起飛隊列長度ξ60.4042760.279613-0.080950降落隊列長度ξ70.435590-0.091260-0.182640離場時隙需求ξ8-0.0009300.4304230.508433進場時隙需求ξ90.234620-0.4673200.353435表4飛行區(qū)宏觀態(tài)勢主成分的標準化系數(shù)矩陣因此，飛行區(qū)微觀態(tài)勢主成分的數(shù)學表達式為：F1＝(0.416428，0.250511，0.199100，0.367821，0.424373，0.404276，0.435590，-0.000930，0.234620)ξ；F2＝(-0.084790，-0.295794，0.484140，-0.346927，0.245310，-0.279613，0.091260，-0.430423，0.467320)ξ；F3＝(-0.387990，0.543974，0.359358，-0.020730，-0.020730，-0.080950，-0.182640，0.508433，0.353435)ξ；飛行區(qū)宏觀態(tài)勢主成分的數(shù)學表達式為：H1＝(0.322970，0.125406，0.438422，0.435934，0.342875，0.381194，0.188606，0.348349，0.058722，0.272708)η；H2＝(0.095648，-0.066822，-0.014413，0.205053，0.456620，-0.391108，0.332802，-0.275806，0.487411，-0.397004)η；H3＝(-0.333105，0.654181，0.192461，-0.112886，0.024983，-0.045339，0.495956，-0.093454，-0.363640，-0.148047)η；H4＝(0.356291，0.584604，-0.258004，0.215003，-0.101359，-0.084977，-0.426935，0.241623，0.043001，-0.397244)η。步驟五，對飛行區(qū)運行態(tài)勢進行綜合評估，具體步驟如下：(5.1)根據(jù)析取出的三個飛行區(qū)微觀態(tài)勢主成分F1,F2,F3，建立飛行區(qū)微觀態(tài)勢綜合評估指標模型：F＝(0.145089，0.111005，0.270628，0.092727，0.278541，0.122253，0.224934，-0.056641，0.283560)ξ；根據(jù)析取出的四個飛行區(qū)宏觀態(tài)勢主成分H1,H2,H3,H4，建立飛行區(qū)宏觀態(tài)勢綜合評估指標模型：H＝(0.315064，0.338810，0.402674，0.469241，0.287478，0.220282，0.259435，0.187445，0.061315，-0.037601)η；(5.2)在微觀視角下，根據(jù)飛行區(qū)微觀態(tài)勢綜合評估指標模型F，對任意一架航空器推出或著陸時刻的飛行區(qū)運行態(tài)勢進行評估，圖2為飛行區(qū)微觀態(tài)勢復雜度分析結(jié)果，可以看出：對于不同的離場航空器而言，其飛行區(qū)微觀態(tài)勢復雜度與其它離場航空器相比差異較大，因此飛行區(qū)微觀態(tài)勢復雜度極易受到航空器運行特性的影響，存在明顯的波動性；(5.3)在宏觀視角下，根據(jù)飛行區(qū)宏觀態(tài)勢綜合評估指標模型H，對任意一個時間片的飛行區(qū)運行態(tài)勢進行評估，圖3為飛行區(qū)宏觀態(tài)勢復雜度分析結(jié)果，可以看出：對于任意的時間片而言，其飛行區(qū)宏觀態(tài)勢復雜度與其它時間片相比差異較小，因此飛行區(qū)宏觀態(tài)勢復雜度受時間片特性的影響較低，不存在過于明顯的波動性。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3