一種基于主成分分析的空中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空中交通管制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空中交通管制模擬仿真 異常檢測(cè)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證各類飛行活動(dòng)的安全和有序，空中交通管制服務(wù)顯得相當(dāng)重要?，F(xiàn)代空 中交通管制服務(wù)的主要內(nèi)容是：空中交通管制員依托現(xiàn)代通信、導(dǎo)航、監(jiān)視技術(shù)，對(duì)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(dòng)路徑和模式，以防止空中航空器與航空器相撞、以 及在機(jī)場(chǎng)機(jī)動(dòng)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(dòng)?？罩薪煌ü苤?扇區(qū)是空中交通管制的基本空間單元，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(gè)管制扇區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)管制員工作席位。為了保證管制員能夠 高效、準(zhǔn)確地控制空域中的航空器有序流動(dòng)，現(xiàn)有技術(shù)中提供一些模擬空中交通管制控制 的模擬仿真裝置和方法。
[0003] 例如，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410487083. 1的專利申請(qǐng)中公開了一種基于虛擬 管制員的空域仿真方法及其裝置，該方法包括：獲取預(yù)設(shè)的飛行計(jì)劃和航跡沖突規(guī)則及風(fēng) 條件；若判斷獲知飛行計(jì)劃和航跡沖突規(guī)則合法，則獲取航空器性能數(shù)據(jù)；根據(jù)飛行計(jì)劃、 風(fēng)條件及航空器性能數(shù)據(jù)獲得航空器的第一軌跡信息，并檢測(cè)是否接收到管制指令；若檢 測(cè)到管制指令，則根據(jù)航空器性能數(shù)據(jù)、航跡沖突規(guī)則以及管制指令，獲得航跡沖突統(tǒng)計(jì)信 息；若未檢測(cè)到管制指令，則根據(jù)航空器性能數(shù)據(jù)、航跡沖突規(guī)則以及第一軌跡信息，獲得 航跡沖突統(tǒng)計(jì)信息；從而提高仿真的實(shí)時(shí)性。
[0004] 但是實(shí)際的空域管制中，會(huì)出現(xiàn)很多意料不到的問題，僅僅靠現(xiàn)有技術(shù)中的模擬 仿真裝置和方法，很難滿足對(duì)空中交通管制過程進(jìn)行全面、綜合仿真、檢測(cè)的需求；而且發(fā) 明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的模擬仿真方法和裝置并不能提示提示管制 員在仿真過程中的異常錯(cuò)誤信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能夠?qū)罩薪煌ü苤七^程進(jìn)行全面、綜合仿真、檢測(cè)和 異常信息提示的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠很好地仿真、檢測(cè)管制人員操作過程的空 中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)方法和裝置
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括：
[0007] -方面，提供一種空中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包 括：
[0008] 步驟1 :采集模擬數(shù)據(jù)，通過雷達(dá)管制模擬機(jī)采集管制員從其上輸入的多種模擬 參數(shù)；所述模擬參數(shù)類型包括管制通行性參數(shù)、管制復(fù)雜性參數(shù)、管制安全性參數(shù)、管制經(jīng) 濟(jì)性參數(shù)、管制工作負(fù)荷參數(shù)；
[0009] 步驟2 :數(shù)據(jù)無量綱化處理，將采集到的模擬參數(shù)進(jìn)行無量綱化轉(zhuǎn)換為無量綱化 參數(shù)；
[0010] 步驟3 :對(duì)無量綱化參數(shù)進(jìn)行主成分分析，獲得交通管制綜合指標(biāo)值；
[0011] 步驟4:對(duì)交通管制綜合指標(biāo)值進(jìn)行排序，篩選一定范圍的排序結(jié)果進(jìn)行警告提 醒。
[0012] 進(jìn)一步地，所述管制通行性參數(shù)包括管制員仿真測(cè)試的時(shí)長、扇區(qū)航行里程、扇區(qū) 航行時(shí)間、扇區(qū)交通流密度，所述管制復(fù)雜性參數(shù)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)航空器改行次數(shù)，所述管制安全性參數(shù)包括扇區(qū)短期沖 突告警頻率、扇區(qū)最低安全高度告警頻率，所述管制經(jīng)濟(jì)性參數(shù)包括扇區(qū)內(nèi)航空器的排隊(duì) 長度、航空器延誤架次率、航空器延誤時(shí)間、航空器平均延誤時(shí)間，所述管制工作負(fù)荷參數(shù) 包括陸空通話信道占用率、陸空通話次數(shù)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟2具體包括：
[0014] 以第i個(gè)管制員的交通管制綜合指標(biāo)值為因變量，記為E1，管制員輸入的多種模 擬參數(shù)共計(jì)16項(xiàng)，記自變量為：
[0015] Xi= {x Ji j, j = 1, 2, . . . , 16}
[0016] 第i個(gè)管制員的第j項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際值為& 以多個(gè)管制員輸入的多種模擬參數(shù)， 組成樣本集；該樣本集中，管制員的數(shù)量為n，即樣本的數(shù)量為n，其中n>16,模擬參數(shù)量為 16個(gè)，構(gòu)建ηX 16的參數(shù)矩陣X，即：
[0018] 記自變量的無量綱化參數(shù)為：
[0019] Yi= {y i, j, j = I, 2, . . . , 16}
[0020] yu為第i個(gè)管制員（樣本）無量綱化處理后的第j項(xiàng)參數(shù)值，I為第j項(xiàng)參數(shù) 的均倡
為第j項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差
-則對(duì)于正向參數(shù)，
[0021] 對(duì)于逆向參數(shù)，先取其倒數(shù)或取負(fù)獲得正向化過渡參數(shù)X/ = (X1, j，X2, j，· · ·，Xn, j )艮P :
[0023] 及其均值5'、標(biāo)準(zhǔn)差s/，
[0024] 再進(jìn)行無量綱化處理，
[0025] 進(jìn)一步地，所述步驟3具體包括：
[0026] 無量綱化處理后，16項(xiàng)模擬參數(shù)的協(xié)方差矩陣構(gòu)成相關(guān)系數(shù)矩陣，計(jì)算相關(guān)系數(shù) 矩陣的特征值λ ,并按從大到小排序，第j大的特征值λ ,所對(duì)應(yīng)的特征向量ε ,就是參數(shù) 矩陣X的第i個(gè)主成分，因此對(duì)于第i個(gè)管制員的樣本參數(shù)數(shù)據(jù)的第j個(gè)主成分表示為：
[0027] Eli j= Y1X ε j= ε ^1Yljl+ ε ji2ylj2+. . . + ε jil6yljl6, j = I, 2, . . . , 16
[0028] 第j個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為：
[0030] 取m個(gè)主成分，使累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到80%以上：
[0032] 其中，m是指主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到80%以上時(shí)對(duì)應(yīng)的主成分個(gè)數(shù)；
[0033] 計(jì)算管制員i的交通管制綜合指標(biāo)值
[0035] 進(jìn)一步地，所述方法還包括在對(duì)所述操作結(jié)果進(jìn)行排序的步驟。
[0036] 進(jìn)一步地，所述方法還包括對(duì)每組模擬參數(shù)計(jì)算結(jié)果排序后，進(jìn)行篩選的步驟。
[0037] 進(jìn)一步地，所述步驟4中的所述排序?yàn)榘凑展苤茊T交通管制綜合指標(biāo)值從大到小 進(jìn)行排序，篩選最后的20%進(jìn)行警告提示。
[0038] 另一方面，本發(fā)明還提供一種空中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)裝置，其特征在于， 該裝置包括：
[0039] 雷達(dá)管制模擬機(jī)，用于采集至少一個(gè)管制員從其上輸入的多種模擬參數(shù)；
[0040] 數(shù)據(jù)無量綱處理單元，用于將采集到的模擬參數(shù)進(jìn)行無量綱化轉(zhuǎn)換；
[0041] 協(xié)方差矩陣運(yùn)算單元，將所述無量綱化轉(zhuǎn)換后的參數(shù)進(jìn)行協(xié)方差矩陣處理；
[0042] 主成分分析單元，用于對(duì)每組無量綱化后的模擬參數(shù)對(duì)應(yīng)的主成分依次乘以預(yù)定 的因子，然后累加求和；
[0043] 數(shù)據(jù)輸出單元，用于存儲(chǔ)主成分分析單元累加求和后的值對(duì)應(yīng)的管制員操作結(jié) 果。
[0044] 采用本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案，至少可以獲得以下有益效果中的一種：
[0045] 1、將雷達(dá)管制模擬機(jī)中采集的模擬參數(shù)，進(jìn)行主成分分析，可以快速地得到每組 數(shù)據(jù)經(jīng)過主成分分析后的綜合指標(biāo)值，并可以分析每組數(shù)據(jù)是否達(dá)到閾值；進(jìn)一步地，可 以根據(jù)多個(gè)管制員操作的綜合指標(biāo)值排名，將綜合指標(biāo)值排名最后的若干名標(biāo)記為異常數(shù) 據(jù)，提供了一種方便供管制員訓(xùn)練用的空中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)方法和裝置。
[0046] 2、進(jìn)一步地，對(duì)所述多組參數(shù)進(jìn)行排序，可