空中交通擁擠的識(shí)別與預(yù)測(cè)方法研究

摘 要：我國(guó)目前航天航空技術(shù)正進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段，各類航空創(chuàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，也給我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。但目前隨著國(guó)內(nèi)航班架次的不斷增加，空中交通擁擠情況日益嚴(yán)重，如何有效提高空中交通擁擠的識(shí)別和預(yù)測(cè)技術(shù)就是目前我國(guó)航空事業(yè)發(fā)展的重要問題。文章即是對(duì)空中交通擁擠的識(shí)別和預(yù)測(cè)方法進(jìn)行研究，探討了空中交通擁堵的概念，并闡述了目前國(guó)內(nèi)的識(shí)別技術(shù)和預(yù)測(cè)方法，以期能為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：空中交通擁擠；識(shí)別技術(shù)；預(yù)測(cè)方法

前言

我國(guó)的民用航空事業(yè)當(dāng)下正在迅速的發(fā)展，主要是為了給國(guó)內(nèi)民眾提供更加方便的交通。但隨著國(guó)內(nèi)航空企業(yè)的增加，國(guó)外航空企業(yè)的進(jìn)入，使得本就有限的國(guó)內(nèi)民用空域資源更加擁擠，如不采取有效的措施，則會(huì)嚴(yán)重影響該行業(yè)的發(fā)展，而空中擁擠識(shí)別和預(yù)測(cè)技術(shù)則能夠有效提升空域資源的合理分配情況。

1 空中擁擠的概述

空中擁擠這一概念是從上個(gè)世紀(jì)60到70年代提出的，而這一時(shí)期也是世界航空航天技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)期，各國(guó)的空中交通工具數(shù)量越來越大，而有限的空域資源已經(jīng)逐漸無法滿足現(xiàn)代航空企業(yè)的需求。經(jīng)過研究顯示，當(dāng)空中交通的容量和流量之間存在較大差異時(shí)就會(huì)引發(fā)空中交通擁擠情況，因此也就在國(guó)際上就這一問題開展了細(xì)致的研究。同時(shí)，現(xiàn)代國(guó)際航線正在不斷增加，而惡劣天氣的發(fā)生頻率也在增加，導(dǎo)致空中交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度越來越高，嚴(yán)重影響了國(guó)際空中秩序，同時(shí)也使得國(guó)內(nèi)空中交通受到影響。因此，必須對(duì)空中交通擁擠情況進(jìn)行識(shí)別，并采取預(yù)測(cè)方式來疏導(dǎo)空中交通網(wǎng)絡(luò)，減少擁擠情況，保證空中交通的發(fā)展。

2 空中交通擁擠的識(shí)別技術(shù)

2.1 短期數(shù)據(jù)的閾值識(shí)別技術(shù)

在早期的空中交通管理當(dāng)中，主要是通過對(duì)短期內(nèi)的實(shí)時(shí)交通情況進(jìn)行管理，進(jìn)而獲得短期內(nèi)空中交通的閾值。這一閾值又被成為臨界值，在空中交通管理中主要指在某一時(shí)段內(nèi)該管理空域當(dāng)中出現(xiàn)的空中流量最高值和最低值，而這一閾值的范圍也就被作為該扇區(qū)空域內(nèi)的交通容量。根據(jù)實(shí)際空中交通的流量數(shù)值與閾值進(jìn)行比較，如果大于該閾值的范圍，則證明該空域內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了交通擁擠的情況。早在2004年時(shí)美國(guó)空中交通研究學(xué)者就通過模擬扇區(qū)空域閾值的方法對(duì)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行研究，四年后同樣由美國(guó)提出了交通流模型理論，使得空中交通擁擠識(shí)別技術(shù)更近了一步。

2.2 長(zhǎng)期數(shù)據(jù)聚類識(shí)別技術(shù)

短期內(nèi)的空中交通數(shù)據(jù)雖然能夠反映出該區(qū)域內(nèi)的實(shí)際情況，但由于數(shù)據(jù)量較小，因此無法反映該空域內(nèi)交通流量的規(guī)律和特點(diǎn)，而長(zhǎng)期數(shù)據(jù)聚類則可以有效反映該扇區(qū)空域內(nèi)交通流量的規(guī)律。聚類方法就是將抽象的數(shù)據(jù)進(jìn)行集合，并將相似的數(shù)據(jù)組成多個(gè)小組的數(shù)學(xué)分析過程，對(duì)空中交通擁擠的聚類識(shí)別技術(shù)則是基于其理論，將該空域內(nèi)長(zhǎng)期流量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并將相似性較高的各種指標(biāo)進(jìn)行歸類，借此反映不同時(shí)間、不同氣候等條件下空域流量的具體情況，并將分組的各長(zhǎng)期數(shù)據(jù)進(jìn)行等級(jí)分類，這樣可以方便后期空中擁擠識(shí)別過程中的記錄。

該模式是在2002年由美國(guó)研究者提出的，其將決策樹理論和均值聚類相結(jié)合，并在2005年被應(yīng)用在美國(guó)NASA航空器的聚類識(shí)別當(dāng)中。該方法的優(yōu)點(diǎn)就是能夠幫助管理者確定不同氣候條件下空中擁擠的類型，方便空域管理工作。

2.3 混合數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)識(shí)別技術(shù)

該識(shí)別技術(shù)是將短期和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)識(shí)別向結(jié)合，充分利用二者各自的優(yōu)勢(shì)，采用混合優(yōu)勢(shì)評(píng)價(jià)的方法，對(duì)空域中交通工具的流量進(jìn)行評(píng)估。該評(píng)估技術(shù)屬于多變量綜合評(píng)價(jià)模式，通過對(duì)長(zhǎng)短期內(nèi)數(shù)據(jù)的處理，進(jìn)而獲取單位時(shí)間內(nèi)空域擁擠情況的規(guī)律和具體情況。

3 空中交通擁擠的預(yù)測(cè)方法

3.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法

空中交通擁擠本身也具有一定的規(guī)律性，因此可以利用數(shù)理方法對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行概述，從而在預(yù)測(cè)時(shí)利用該規(guī)律判斷有可能發(fā)生的交通擁擠情況。根據(jù)可能對(duì)交通擁擠產(chǎn)生影響的單變量和多變量的交替變化情況分析，可以將預(yù)測(cè)方法分為單變量概率預(yù)測(cè)、多變量概率預(yù)測(cè)兩大類。其中單變量主要指的就是單一空中交通需求的變化，例如空中交通工具需求、空域需求等，并根據(jù)識(shí)別技術(shù)中收集的參考數(shù)據(jù)變化規(guī)律對(duì)其進(jìn)行預(yù)判。國(guó)內(nèi)研究者是在2013年根據(jù)國(guó)外理論，結(jié)合本國(guó)收集情況，建立了對(duì)空中交通隨機(jī)變化規(guī)律進(jìn)行模擬的擁擠風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，大大提升了國(guó)內(nèi)空中交通管制的效率。

3.2 交通模型預(yù)測(cè)方法

數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法雖然能夠理性的反映交通擁擠的情況，但對(duì)其物理含義的表達(dá)不夠清晰，而交通模型預(yù)測(cè)方法則可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。該方法主要是對(duì)空中交通流的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行研究，進(jìn)而對(duì)各參數(shù)建立相應(yīng)的關(guān)系模型，并對(duì)模型進(jìn)行分類研究，根據(jù)不同模型下的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各類交通擁擠情況，例如排隊(duì)模型、歐拉模型等。

4 結(jié)束語(yǔ)

空中交通行業(yè)的發(fā)展能夠大大緩解陸地和海洋交通的壓力，并且空中交通更加迅速，有助于地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。因此，必須建立有效的空中交通擁擠識(shí)別和預(yù)測(cè)機(jī)制，對(duì)所負(fù)責(zé)的空域內(nèi)擁擠情況進(jìn)行管理，疏導(dǎo)空中交通工具，保證地域空中交通事業(yè)的發(fā)展。

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