基于雷達(dá)航跡的管制意圖挖掘方法

摘 要：近年來，我國航空事業(yè)不斷擴(kuò)大發(fā)展規(guī)模，航空交通流量增多的同時，空中飛行沖突發(fā)生幾率相應(yīng)增多，制定并應(yīng)用合理的管制方法能夠促進(jìn)空中交通有序進(jìn)行，同時，還能提高航空事業(yè)安全性。對比，中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局在雷達(dá)航跡分析的基礎(chǔ)上總結(jié)管制意圖，探索管制意圖挖掘的有效方法，這對我國航空事業(yè)整體進(jìn)步有促進(jìn)作用。本文首先進(jìn)行理論介紹，然后總結(jié)了管制意圖具體分類，最后重點探究雷達(dá)航跡為基礎(chǔ)的管制意圖挖掘方法。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)航跡；管制意圖；挖掘

中圖分類號：V355 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）18-0275-02

前 言

隨著社會的不斷發(fā)展，人們的生活水平、安全意識逐漸提高，空中交通作為關(guān)鍵出行方式之一，務(wù)必嚴(yán)格控制交通容量，確?？罩薪煌ò踩\行。中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局經(jīng)營管理期間，動態(tài)監(jiān)控飛機(jī)飛行軌跡，根據(jù)軌跡實際變化情況調(diào)整管理方案，確保飛機(jī)按照預(yù)測軌跡完成飛行任務(wù)。在此期間，成功挖掘管制意圖是極為必要的，這能大大縮小軌跡預(yù)測差錯。

1 相關(guān)理論介紹

1.1 管制意圖

所謂管制意圖，指的是管制員針對空中交通有序管理下達(dá)的指令，指令下達(dá)后，飛行員應(yīng)根據(jù)接收到的命令來調(diào)整飛行軌跡。在此期間，管制員應(yīng)明確飛行動作，并通過量化方法顯示飛機(jī)飛行速度、高度、以及運行軌跡。

1.2 管制意圖挖掘

所謂管制意圖挖掘，指的是參照以往飛行軌跡信息及其他信息來探究此時管制意圖，并對提取的多種管制意圖有序排列，并對其進(jìn)行模型建立、量化封裝。

1.3 管制狀態(tài)

所謂管制狀態(tài)，指的是飛機(jī)在管制意圖引導(dǎo)下所呈現(xiàn)的狀態(tài)，其與管制意圖間存在包容關(guān)系，即管制狀態(tài)包含于管制意圖。換言之，不同管制狀態(tài)對應(yīng)相應(yīng)的管制意圖，通過觀察管制狀態(tài)，能夠間接了解管制意圖。

2 管制意圖具體分類

2.1 速度調(diào)節(jié)類

速度調(diào)節(jié)方面的管制意圖，主要針對飛行速度有序調(diào)節(jié)，具體包括速度保持、速度提升、速度減緩、速度紊亂等內(nèi)容，其中，速度保持即速度變化幅度不顯著，此時速度應(yīng)設(shè)置為保持狀態(tài)；速度提升即飛行速度逐漸提升，在速度減緩或者保持不變之前均定義為速度提升；速度減緩即速度持續(xù)減慢，在速度提升或者速度保持之前均被定義為速度減緩；速度紊亂指的是上述速度狀態(tài)在短時間內(nèi)切換，并且切換頻率大于實現(xiàn)制定的閾值[1]。

2.2 高度調(diào)節(jié)類

飛機(jī)高度調(diào)節(jié)主要是為了是避免飛行沖突，其次是飛機(jī)生氣或者降落，后者最為常見。其中，高度調(diào)節(jié)狀態(tài)細(xì)分為四類，高度保持指的是高度保持不變，或者高度變化幅度較??；高度提升指的是高度連續(xù)提升，提升狀態(tài)結(jié)束于高度下降或者高度保持；高度下降指的是高度連續(xù)下降，這一狀態(tài)結(jié)束于高度上升或者高度保持；高度紊亂指的是上升、下降、保持這三種狀態(tài)在短時間內(nèi)快速切換。

2.3 等待類

飛行設(shè)備暫停于指定區(qū)域或者在指定區(qū)域盤旋，在這一過程中，管制員根據(jù)機(jī)場服務(wù)效果傳遞等待命令。

2.4 水平調(diào)節(jié)類

處于高度、水平的飛機(jī)在短時間內(nèi)偏離既定飛行軌跡，之后遵循管制引導(dǎo)方向來完成飛行任務(wù)。常見分類形式有多種，其中，標(biāo)準(zhǔn)指的是飛機(jī)依據(jù)既定軌跡來飛行；偏置指的是飛機(jī)按照既定軌跡平行線來完成飛行任務(wù)，由于偏置距離較小，進(jìn)而這種飛行方式較常見；雙三邊指的是管制員對特定飛機(jī)發(fā)出逆向飛行的指令，以便延長飛行時間，優(yōu)化調(diào)配效果；折線軌跡指的是飛機(jī)偏離既定軌跡飛行，飛行一段時間后，再返回既定軌跡，進(jìn)而這種飛行方式又有“狗腿”機(jī)動之稱；直飛指的是飛機(jī)按照截彎取直軌跡完成飛行任務(wù)，這不僅能夠節(jié)省飛行時間，而且還能降低管制員指揮難度；復(fù)雜機(jī)動指的是飛機(jī)多數(shù)時間按照既定順序飛行，但在客流量較大時間段需要聽從管制員精密安排，在此期間，管制員極易實施組合機(jī)動，這種情況下的管制意圖不同于上述幾種。

3 雷達(dá)航跡為基礎(chǔ)的管制意圖挖掘方法分析

3.1 掌握管制意圖狀態(tài)

中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局針對空管系統(tǒng)傳遞的航跡信息進(jìn)行量化處理，具體操作為：合理確定航跡點，明確坐標(biāo)分量，參照上述介紹的管制意圖分類進(jìn)行管制意圖提取，并準(zhǔn)確找到對應(yīng)航跡起點和終點的不同管制意圖。

（1）掌握高度調(diào)節(jié)類管制意圖。軌跡點管制狀態(tài)用時間分量和高度坐標(biāo)分量來表達(dá)，基本步驟為：了解航跡點高度狀態(tài)，以及序列變化情況；適當(dāng)調(diào)整序列狀態(tài)，將飛行器序列段落設(shè)置為保持狀態(tài)，以免高度波動點受到影響；調(diào)整完成的序列狀態(tài)有效分解，逐一提取軌跡點在不同高度中的起點和終點[2]。

（2）掌握速度調(diào)節(jié)類管制意圖。其提取操作同上述同理，將項目分量調(diào)換，最終速度分量由高度分量換置，因為飛行速度變化頻次較快，并且反復(fù)性特征顯著，完全應(yīng)用上述方法并不能提取準(zhǔn)確的管制意圖，對此，應(yīng)利用弦高比法處理無效點，其中，弦高比示意圖如圖1所示，其中直角坐標(biāo)系由航跡點速度分量以及時間來表示，速度有y軸表示，時間x表示。最終分析可知，需要去除的無效點分別為R和Pi。

（3）掌握水平調(diào)節(jié)類管制意圖。管制員應(yīng)用雷達(dá)設(shè)備全面監(jiān)督航空器軌跡變化情況，以及軌跡偏離調(diào)整情況，調(diào)整工作結(jié)束后，連接水平軌跡，在此期間，應(yīng)用直線趨近法掌握其紊亂狀態(tài)，其中，直線趨近法示意圖如圖2所示。其中，圖中圓圈表示軌跡序列投影，圖中實線即航空器軌跡的狀態(tài)，最后借助圖中實線來解讀管制示意圖?；静襟E為：繪制綜合軌跡示意圖，如圖3所示；提取近似折線，即對提取的關(guān)鍵點進(jìn)行折線連接，并默認(rèn)首個關(guān)鍵點；有依據(jù)的尋找下個關(guān)鍵點，并對找到的關(guān)鍵點進(jìn)行線段連接，據(jù)此分析其與設(shè)定條件的符合度，接下來再次進(jìn)行關(guān)鍵點假設(shè)，直至符合設(shè)定條件；設(shè)定最大距離，對比關(guān)鍵點間距離與所設(shè)定最大距離的大小，如果最大距離大于關(guān)鍵點間距離，則證實不是關(guān)鍵點，反之，最大距離小于關(guān)鍵點間距離，則證實是關(guān)鍵點；應(yīng)用這種方法以此類推尋找關(guān)鍵點，最后剩余關(guān)鍵點能被全面提取。

關(guān)鍵點全部提取后，對其按照一定順序排列，然后進(jìn)行狀態(tài)定義。據(jù)此分解狀態(tài)段落，即偏離、偏出、保持、歸航等各個狀態(tài)能夠由軌跡關(guān)鍵點來表示。這種關(guān)鍵點確定方法，在其他類別管制意圖提取中具有良好的適用效果，并且最終確定的管制意圖偏差幾乎為零。

3.2 軌跡預(yù)測模型調(diào)整及挖掘算法應(yīng)用

以往飛機(jī)軌跡預(yù)測模型主要由結(jié)合模型構(gòu)建完成，其中，參與結(jié)合的模型主要有性能模型以及動力學(xué)模型，這種結(jié)合模型的實踐指導(dǎo)作用不強(qiáng)，即理論知識點與實際飛行軌跡存在較大差距。軌跡預(yù)測模型應(yīng)用的過程中，適當(dāng)滲透人為因素，以便為模型修正提供依據(jù)，同時，還能大大減小軌跡差距。

西方國家對飛機(jī)軌跡預(yù)測工作高度關(guān)注，并對此展開了深入研究，總結(jié)了相關(guān)研究結(jié)果，在此期間，投入大量物力資源和財力，然而我國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局在這一方面仍存在較多不足，主要是因為我國自主創(chuàng)新能力有待加強(qiáng)。我國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局應(yīng)在飛機(jī)歷史軌跡分析、性能軌跡預(yù)測兩方面展開研究，并在研究過程中增加干擾因素，全面整理管制意圖資料，以此提升軌跡預(yù)測準(zhǔn)確性。一方面，我國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局應(yīng)重視數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析工作，適當(dāng)引進(jìn)先進(jìn)分析技術(shù)，通過挖掘有價值數(shù)據(jù)信息來提升軌跡預(yù)測建模水平。另一方面，我國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局還應(yīng)大大提高預(yù)測精度，這不僅為該區(qū)域交通管理區(qū)發(fā)展起到助力作用，而且還能優(yōu)化預(yù)測軌跡修正效果，并對空中客流量有序管理，能夠全面提升空中交通管理局服務(wù)質(zhì)量。應(yīng)用雷達(dá)航跡管制意圖挖掘算法需要多次修改參數(shù)、檢驗參數(shù)，據(jù)此剔除無效點，在這一過程中應(yīng)用差異化剔除方法[3]。

4 結(jié) 論

綜上所述，中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局經(jīng)營管理期間，針對歷史飛機(jī)軌跡數(shù)據(jù)全面整理、具體分類，同時，適時應(yīng)用傳統(tǒng)軌跡預(yù)測模型，以此提高飛機(jī)軌跡預(yù)測準(zhǔn)確性，這不僅能夠發(fā)揮管制意圖的積極影響，而且還能促進(jìn)中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局有序運行。

參考文獻(xiàn)

[1]祁 偉.雷達(dá)航跡管制意圖挖掘算法[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2014，5（1）：33～36.

[2]張建平.空中交通管制運行品質(zhì)定量評價研究[D].南京航空航天大學(xué)，2013.

[3]馬 蘭，張繼塵，程一琳.航空器意圖描述語言的生成與識別方法研究[J].中國民航大學(xué)學(xué)報，2015，33（3）：13～16.

收稿日期：2018-5-25

作者簡介：張文華（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事空中交通管制工作。