空中交通流量管理中的扇區(qū)容量評(píng)估研究

余浩然

摘 要：交通管制運(yùn)行品質(zhì)需要受到較多因素影響，其中對(duì)流量水平判斷最為精確的就是扇區(qū)容量。目前，扇區(qū)管制人員在日常工作過(guò)程中，主要是通過(guò)負(fù)荷閾值對(duì)扇區(qū)容量進(jìn)行判斷，但是這種評(píng)估方法在實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性。為了能夠有效對(duì)扇區(qū)容量評(píng)估方法進(jìn)行完善，本文主要對(duì)交通流量管理中扇區(qū)容量評(píng)估進(jìn)行分析研究，希望能夠?qū)ι葏^(qū)容量評(píng)估進(jìn)行完善。

關(guān)鍵詞：空中交通管制；運(yùn)行品質(zhì)；扇區(qū)容量；主成分分析；綜合評(píng)價(jià)

前言：扇區(qū)容量主要反映空中交通交流，空中交通流量管理水平提升前提是對(duì)扇區(qū)容量正確評(píng)估。按照國(guó)際民航部門推薦的法規(guī)，在對(duì)扇區(qū)容量類別劃分上，直接對(duì)交通管制人員工作負(fù)荷進(jìn)行判斷，同時(shí)從時(shí)間角度，對(duì)管制人員工作負(fù)荷進(jìn)行科學(xué)合理評(píng)價(jià)，交通管理人員在達(dá)到規(guī)定工作數(shù)值上所對(duì)應(yīng)的交通流量數(shù)值，就是容量值。現(xiàn)階段，扇區(qū)容量評(píng)估上，主要還是對(duì)管制人員工作負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)變，進(jìn)而對(duì)空中交通進(jìn)行約束。但是扇區(qū)流量影響因素較多，現(xiàn)階段扇區(qū)容量評(píng)價(jià)方式應(yīng)用過(guò)于局限。

1、扇區(qū)容量評(píng)估策略

1.1評(píng)估流程

1.1.1確定綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

現(xiàn)階段，扇區(qū)管制運(yùn)行品質(zhì)主要受到四方面因素影響，分別為交通流密度、管制運(yùn)行安全性能、管制運(yùn)行效率性能與管制人員工作負(fù)荷。在對(duì)扇區(qū)管制運(yùn)行品質(zhì)判斷上，主要從三個(gè)方面進(jìn)行判斷，分別為成熟程度、指標(biāo)綜合程度與典型程度。在綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)確定過(guò)程中，還需要借助專家調(diào)查法采集有關(guān)數(shù)據(jù)信息，從而保證扇區(qū)管制運(yùn)行綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)合理。

1.1.2收集原始數(shù)據(jù)

扇區(qū)容量評(píng)估需要以有關(guān)數(shù)據(jù)信息作為前提條件，進(jìn)而在評(píng)估之前，需要對(duì)扇區(qū)容量與有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，保證扇區(qū)容量評(píng)估具有充足數(shù)據(jù)作為保證。與此同時(shí)，按照數(shù)據(jù)類別，構(gòu)建樣本集合[1]。

1.1.3主成分分析

在對(duì)扇區(qū)管制運(yùn)行品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)有關(guān)數(shù)據(jù)采集完畢之后，需要對(duì)扇區(qū)管制運(yùn)行品質(zhì)主成分進(jìn)行分析研究，分析之后所得出的綜合得分可以作為扇區(qū)管制容量評(píng)價(jià)的結(jié)果。

1.1.4擬合分析

在得出空中交通流量管理與扇區(qū)容量數(shù)據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果之后，還需要對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行擬合研究，綜合評(píng)價(jià)高區(qū)間數(shù)據(jù)就是所對(duì)應(yīng)的就是扇區(qū)流量，也就是扇區(qū)容量結(jié)果。

1.2主成分分析法

主成分分析主要是利用降維技術(shù)，對(duì)多個(gè)變量?jī)?nèi)所包含的主成分統(tǒng)計(jì)分析方法。這些主成分內(nèi)包含了大量信息，能夠有效對(duì)原始變量進(jìn)行反饋，正常情況下，主要體現(xiàn)的為原始變量?jī)?nèi)線性組合。主成分分析法需要以有效信息作為前提條件，讓主成分包含多維指標(biāo)內(nèi)容，這樣所得出的評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理。

主成分分析法原理為：假設(shè)Z={Z1，Z2，Z3，Z4，....Zn}，其中n為隨機(jī)變量，M={M1，M2，M3，M4，....Ma}，其中a為隨機(jī)變量，a小于n。要是存在M=ZU關(guān)系結(jié)構(gòu)，同時(shí)符合一定要求，這樣就可以將Mi判斷為原變量Z的主成分。

按照以上關(guān)系式可知，U為Z方程式的n個(gè)特點(diǎn)數(shù)值，同時(shí)對(duì)應(yīng)針對(duì)集合。在對(duì)貢獻(xiàn)率判斷上，主要利用M和Z特征數(shù)值之和，同時(shí)對(duì)原始變量信息進(jìn)行衡量。正常情況下，在保證信息不受到影響的情況下，僅僅利用幾個(gè)主成分?jǐn)?shù)據(jù)，就能夠顯示出原始變量特點(diǎn)，真正落實(shí)降維目標(biāo)[2]。

2、實(shí)例分析與驗(yàn)證

本文在對(duì)空中交通流量管理中的扇區(qū)容量評(píng)估分析研究中，就以某進(jìn)近南在終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)與進(jìn)近管制職責(zé)作為研究案例，進(jìn)行實(shí)際案例分析。

2.1扇區(qū)管制運(yùn)行品質(zhì)指標(biāo)確立及采樣

按照研究人員所給予的建議，筆者一共選取了7個(gè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而對(duì)扇區(qū)管制運(yùn)行品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這7個(gè)原始數(shù)據(jù)分別為扇區(qū)飽和度、跑道跟進(jìn)到達(dá)航空器間隔余度均值、終端區(qū)到達(dá)航空器平均延誤時(shí)間、跑道跟進(jìn)到達(dá)航空器間隔余度方差、終端區(qū)到達(dá)航空器延誤架次率、扇區(qū)短期沖突告警頻度、扇區(qū)管制工作負(fù)荷。本次分析內(nèi)所應(yīng)用到的數(shù)據(jù)，全部都是以北京時(shí)間作為判斷依據(jù)，一共統(tǒng)計(jì)了將近200個(gè)扇區(qū)管制運(yùn)行品質(zhì)數(shù)值，按照扇區(qū)流量數(shù)據(jù)，形成樣本集合。

2.2扇區(qū)管制運(yùn)行品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

在對(duì)扇區(qū)管制內(nèi)原始數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程中，需要應(yīng)用MSTLAB7.1標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行主成分分析算法之后，將原始的7組數(shù)據(jù)劃分為四種主成分，同時(shí)將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，計(jì)算出樣本綜合分?jǐn)?shù)。綜合分?jǐn)?shù)要是較高，也就表示在該段時(shí)間內(nèi)，扇區(qū)管制質(zhì)量良好；反之綜合分?jǐn)?shù)要是較低，表示在該段時(shí)間內(nèi)，扇區(qū)管制質(zhì)量較低[3]。

2.3扇區(qū)容量評(píng)估

在對(duì)原始數(shù)據(jù)評(píng)估過(guò)程中，應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)為MATLAB7.1，在對(duì)扇區(qū)管制流量分析的同時(shí)，還對(duì)管制運(yùn)行品質(zhì)進(jìn)行分析，進(jìn)而得到擬合結(jié)果。如圖一所示，為利用高斯函數(shù)進(jìn)行擬合所得到的結(jié)果。

由圖一可知，某進(jìn)近南扇區(qū)交通流量大約為每小時(shí)29架，在對(duì)該進(jìn)近南扇區(qū)空中交通流量管理中扇區(qū)容量評(píng)估之后發(fā)現(xiàn)，扇區(qū)容量評(píng)估數(shù)值基本上停留在高分位上，所得到的結(jié)果對(duì)該扇區(qū)容量配置調(diào)整具有指導(dǎo)作用。

2.4評(píng)估結(jié)果

本文在對(duì)空中交通流量管理中扇區(qū)容量評(píng)估分析研究中，以某進(jìn)近南扇作為研究案例，對(duì)空中交通管制運(yùn)行扇區(qū)容量評(píng)估方法進(jìn)行了闡述，在研究之后發(fā)現(xiàn)：首先，數(shù)據(jù)在采集過(guò)程中具有一定隨機(jī)性，這就需要對(duì)這空中交通流密度與管制運(yùn)行安全性能進(jìn)行確定，有效降低不同因素對(duì)扇區(qū)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)所造成的影響；其次，扇區(qū)容量需要受到較多因素的影響，這些因素的重點(diǎn)內(nèi)容就是管制運(yùn)行品質(zhì)水準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，扇區(qū)容量評(píng)價(jià)在落實(shí)過(guò)程中，主要通過(guò)扇區(qū)管制人員工作負(fù)荷數(shù)值進(jìn)行判斷，這種判斷方式具有局限性。按照實(shí)際案例，從各時(shí)間段管制運(yùn)行品質(zhì)進(jìn)行判斷，能夠有效對(duì)扇區(qū)容量評(píng)估結(jié)果進(jìn)行全面反映[4]。

結(jié)論：本文在分析研究中，是以大量原始數(shù)據(jù)作為分析前提，對(duì)扇區(qū)容量調(diào)整具有重要作用，但是這種評(píng)估方法并不適合在戰(zhàn)略規(guī)劃階段過(guò)程中的扇區(qū)容量進(jìn)行評(píng)價(jià)，所以在今后分析研究中需要不斷進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)

[1]王紅勇，劉文，趙嶷飛.一種基于交通流模式的扇區(qū)運(yùn)行容量計(jì)算方法[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2014，06：188-193.

[2]王紅勇，趙嶷飛，王飛，溫瑞英.空中交通管制扇區(qū)復(fù)雜度評(píng)估研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2013，06：147-153+183.

[3]張穎，謝華，胡明華.確定性空域容量約束下的區(qū)域流量管理優(yōu)化模型[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，02：348-354.

[4]梁海軍，楊紅雨，楊波，劉洪，陳正茂.流量仿真中虛擬管制員模型的研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索，2013，03：247-253.