淺析空管自動(dòng)化系統(tǒng)效能評(píng)估方法

孔嚴(yán)吉

摘 要：近年來，我國的航空業(yè)發(fā)展十分迅猛，而在航空業(yè)發(fā)展中，空管是運(yùn)營和發(fā)展中的重點(diǎn)部分，其直接影響到航空的安全性。新時(shí)期環(huán)境下，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展為了空管提供了良好的條件，航空也逐漸實(shí)現(xiàn)了空管的自動(dòng)化，且對(duì)空管的自動(dòng)化系統(tǒng)需求也在不斷增加，為了保證其系統(tǒng)具有良好的效能，就需要對(duì)其效能進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，下面，本文就針對(duì)空管自動(dòng)化系統(tǒng)效能評(píng)估方法進(jìn)行分析，來對(duì)其系統(tǒng)效能評(píng)估進(jìn)行深入的了解。

關(guān)鍵詞：空管;自動(dòng)化系統(tǒng);系統(tǒng)效能;評(píng)估方法

中圖分類號(hào)：TJ301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0234-02

0 前言

在航空也業(yè)發(fā)展中，空管自動(dòng)化的系統(tǒng)逐漸得到了廣泛應(yīng)用，其系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)飛行員飛行狀態(tài)以及飛行沖突和異常情況的監(jiān)視，還能夠?qū)苤茊T進(jìn)行飛行計(jì)劃的確定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)化管理。此系統(tǒng)為空管部門進(jìn)行空中指揮和管理的關(guān)鍵系統(tǒng)，為了保證其系統(tǒng)具有良好效能，就需要采取有效的評(píng)估方法來對(duì)其系統(tǒng)效能進(jìn)行評(píng)估，本文就通過層次分析評(píng)估方法來對(duì)空管自動(dòng)化系統(tǒng)效能進(jìn)行評(píng)估。

1 空管自動(dòng)化系統(tǒng)概述

此系統(tǒng)主要包括了雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理、航空飛行數(shù)據(jù)的處理和動(dòng)態(tài)性顯示、飛行數(shù)據(jù)的記錄與回放、系統(tǒng)的監(jiān)控與管理以及容災(zāi)的備份等功能，其各個(gè)功能實(shí)體是通過網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)進(jìn)行互聯(lián)的。此系統(tǒng)核心的功能就是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多種雷達(dá)信號(hào)的融合性處理，把雷達(dá)信號(hào)和飛行的計(jì)劃以及動(dòng)態(tài)電報(bào)實(shí)現(xiàn)有效的關(guān)聯(lián)，讓空中交通的管制人員能夠?qū)罩薪煌ǖ膽B(tài)勢(shì)和航空器管制的位置、高度與飛行的方向等飛行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的掌握，同時(shí)此系統(tǒng)還能夠?yàn)楣苤迫藛T提供飛行沖突和異常告警等信息，從而為飛行決策提供良好的幫助[1]。

雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理主要是對(duì)多種雷達(dá)信道的信號(hào)進(jìn)行接收、對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行融合以及實(shí)現(xiàn)航跡和飛行計(jì)劃的自動(dòng)化相關(guān)等，其需要具備高性能的處理能力以及可靠性。航空飛行數(shù)據(jù)的處理主要是對(duì)電報(bào)進(jìn)行自動(dòng)化的處理、對(duì)飛行計(jì)劃的管理、對(duì)飛行軌跡的估算以及飛行計(jì)劃的沖突實(shí)施探測(cè)等，航空飛行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性顯示主要是對(duì)飛行的態(tài)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，涉及雷電的數(shù)據(jù)以及飛行的數(shù)據(jù)等，并提供相應(yīng)人機(jī)的接口，為管制員對(duì)空中交通的監(jiān)視以及指揮具有幫助作用。系統(tǒng)的監(jiān)控與管理主要是進(jìn)行系統(tǒng)自身運(yùn)行情況的監(jiān)視與管理，主要涉及接口運(yùn)行、設(shè)備的運(yùn)行以及應(yīng)用軟件等運(yùn)行的狀態(tài)[2]。飛行數(shù)據(jù)的記錄與回放主要是進(jìn)行雷達(dá)航跡、各個(gè)席位的管制員操作的畫面和指令等數(shù)據(jù)的記錄，同時(shí)還包括對(duì)一些告警信息的記錄和存儲(chǔ)，還支持記錄的回放和查看。容災(zāi)的備份主要是進(jìn)行系統(tǒng)核心功能的實(shí)體、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)要素等進(jìn)行冗余的設(shè)計(jì)與備份。

2 層次分析評(píng)估方法概述

本文對(duì)空管自動(dòng)化系統(tǒng)的效能評(píng)估主要就是采用層次分析評(píng)估方法，此方法是由美國的學(xué)者所提出的把定性與定量分析進(jìn)行有效結(jié)合的分析法，其能夠?qū)Χ嘀笜?biāo)的復(fù)雜性系統(tǒng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。此方法是把復(fù)雜性問題通過逐層進(jìn)行分解，后于每一層次來把分解后問題進(jìn)行逐步的分析，每一個(gè)層次內(nèi)每個(gè)因素都對(duì)總體的結(jié)果影響程度進(jìn)行量化。此方法能夠用在對(duì)多個(gè)目標(biāo)、多個(gè)準(zhǔn)則以及多個(gè)時(shí)期系統(tǒng)的評(píng)價(jià)中，特別適合用在具備分層交錯(cuò)性評(píng)價(jià)指標(biāo)類型，且其目標(biāo)值又具有難以進(jìn)行定量描述的系統(tǒng)[3]。

通過層次分析評(píng)估方法來進(jìn)行綜合評(píng)估數(shù)學(xué)模型的建立以及分析計(jì)算的過程，可以分成6步驟。按照系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的體系，來進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)相關(guān)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)建立;構(gòu)造出同一層次的某一個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則下的各評(píng)價(jià)指標(biāo)中，兩兩比較性相對(duì)重要判斷的矩陣，同時(shí)對(duì)其實(shí)施量化和標(biāo)度;通過判斷矩陣中相對(duì)重要標(biāo)度來計(jì)算出各個(gè)比較指標(biāo)其相對(duì)此準(zhǔn)則權(quán)重的向量;按照各個(gè)基本指標(biāo)性質(zhì)來建立規(guī)格性評(píng)價(jià)函數(shù)的模型;按照各個(gè)基本的指標(biāo)值以及評(píng)價(jià)的函數(shù)，來計(jì)算出其相應(yīng)指標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)的向量;最后根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)的向量以及權(quán)重向量進(jìn)行單一準(zhǔn)則條件下評(píng)價(jià)值的計(jì)算，后逐層依次進(jìn)行計(jì)算，直到完成目標(biāo)層的計(jì)算，計(jì)算系統(tǒng)總的評(píng)價(jià)值[4]。

3 基于層次分析評(píng)估方法的空管自動(dòng)化系統(tǒng)效能評(píng)估

3.1 確定評(píng)估指標(biāo)體系

信息處理的能力：主要包括對(duì)監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行的數(shù)據(jù)、航行的情報(bào)、氣象的信息等的處理，還包括信息相關(guān)的能力以及輔助決策的能力等。監(jiān)視數(shù)據(jù)的處理主要分解成范圍、連續(xù)性能、精度、更新、最大的雷達(dá)能輸入的數(shù)量、最大能夠接入的ADS-B（廣播式的自動(dòng)化相關(guān)監(jiān)視）數(shù)量、能夠處理的每部雷達(dá)在每次掃描最大的點(diǎn)劑和航跡數(shù)量、單個(gè)ADS-B能夠處理最大的航跡數(shù)量、同時(shí)具有最大系統(tǒng)的航跡數(shù)量等9項(xiàng)指標(biāo);而飛行數(shù)據(jù)的處理主要分解成飛行的情報(bào)、空域的狀態(tài)、飛行的計(jì)劃以及飛行基計(jì)劃的最大處理數(shù)量等4項(xiàng)指標(biāo);其航行情報(bào)的處理主要分解成靜態(tài)航行的資料、雪情的報(bào)告和動(dòng)態(tài)航行的通告等3項(xiàng)指標(biāo);其氣象信息的處理主要分解成雷雨、風(fēng)、云層、溫度、濕度以及能見度等6項(xiàng)指標(biāo);其信息相關(guān)的能力主要分解成系統(tǒng)航跡和飛行計(jì)劃的自動(dòng)化相關(guān)、其人工相關(guān)和地址碼在內(nèi)的諸多相關(guān)與保持以及去相關(guān)等指標(biāo);其輔助決策的能力主要有進(jìn)港排序、航班沖突調(diào)配和建議、飛行計(jì)劃沖突與調(diào)配以及危險(xiǎn)的避讓和提示等指標(biāo)[5]。

系統(tǒng)監(jiān)控的能力：主要包括有狀態(tài)的監(jiān)視、告警的功能、日志的管理以及記錄的回放等中間層的指標(biāo)，其中狀態(tài)的監(jiān)視可以分解成網(wǎng)絡(luò)、接口、設(shè)備以及應(yīng)用程序的狀態(tài)監(jiān)視指標(biāo);其日志的管理可以分解成系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)保留最短的時(shí)間、AFTN報(bào)文記錄、歷史飛行的計(jì)劃、管制員操作的記錄、重放的記錄介質(zhì)的時(shí)間、離線的數(shù)據(jù)管理指標(biāo);其告警功能主要有緊急性、區(qū)域的侵入性、最低的安全高度、重復(fù)代碼、飛行的航路是否一致性、運(yùn)行許可、下滑道的監(jiān)視等告警指標(biāo);其記錄的回放能夠分解成雷達(dá)航跡的數(shù)據(jù)、管制員操作的畫面與指令以及故障報(bào)警等回放指標(biāo)。

可靠性指標(biāo)：主要分解成固有的可用度、數(shù)據(jù)的過載處理、系統(tǒng)的降級(jí)處理、冗余的設(shè)計(jì)、對(duì)數(shù)據(jù)處理的平均沒有故障時(shí)間監(jiān)視、單臺(tái)的工作站其平均沒有故障的時(shí)間等指標(biāo)。

操作和維護(hù)性能：主要有人機(jī)界面、軟件配置相關(guān)管理、運(yùn)行和維護(hù)、開放性體系的結(jié)構(gòu)等中間層指標(biāo)。人機(jī)的界面可以分解成相應(yīng)時(shí)間、錯(cuò)誤提示、幫助機(jī)制、美觀規(guī)范等指標(biāo);其運(yùn)行和維護(hù)可以分解成單工作站其冷啟動(dòng)的時(shí)間、系統(tǒng)完成冷啟動(dòng)的時(shí)間、工作站和服務(wù)器CPU的平均性占有率以及最大時(shí)間的同步誤差指標(biāo);其軟件的配置管理能夠分解成版本的管理、維護(hù)和升級(jí)、運(yùn)行的管理和裁剪性等指標(biāo);其開放性體系的結(jié)構(gòu)能夠分解成硬件、軟件、中間件等模塊化的程度等指標(biāo)[6]。

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：主要可以分解成研制、生產(chǎn)、使用和保障、建設(shè)等費(fèi)用以及建設(shè)的周期等指標(biāo)。

3.2 績(jī)效評(píng)估的步驟和方法

根據(jù)層次分析評(píng)估方法思想來對(duì)空管的自動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施效能的該評(píng)估，主要可以將其分成4個(gè)步驟，首先需要進(jìn)行遞階層次化結(jié)構(gòu)提供的評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)體系建立，后對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行逐層的計(jì)算，再按照各個(gè)基本指標(biāo)性質(zhì)來建立出相應(yīng)規(guī)格評(píng)價(jià)函數(shù)的模型，并計(jì)算出指標(biāo)的評(píng)價(jià)值，最后按照指標(biāo)的權(quán)重以及評(píng)價(jià)值來逐層進(jìn)行計(jì)算到目標(biāo)層，并計(jì)算系統(tǒng)總的評(píng)價(jià)值。在本文中就主要重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的體系進(jìn)行討論。通過評(píng)價(jià)指標(biāo)的體系建立，能夠?qū)栴}進(jìn)行層次化和條理化，從而構(gòu)建出系統(tǒng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)層次分析的結(jié)構(gòu)式模型。此結(jié)構(gòu)中，復(fù)雜的問題被進(jìn)行分解成不同評(píng)價(jià)的指標(biāo)組成性部分，這些指標(biāo)按照屬性又分為若干個(gè)組，產(chǎn)生不同層次，在同一層次指標(biāo)相應(yīng)準(zhǔn)則來對(duì)下一層的指標(biāo)發(fā)揮支配效果，且又受到上一層的指標(biāo)所支配，通過這種逐層分解的過程，加工系統(tǒng)直到分解為基本的指標(biāo)。基本指標(biāo)主要是直接用在規(guī)定與考核系統(tǒng)的性能相關(guān)技術(shù)的指標(biāo)，此類指標(biāo)具有相應(yīng)指標(biāo)的量值，此基本指標(biāo)量值可以為設(shè)計(jì)值，也可以是試驗(yàn)的測(cè)量值以及直觀的評(píng)價(jià)值[7]。

此層次結(jié)構(gòu)的模型主要分作3-4層，第一層為最高層，其內(nèi)只有一元素，為系統(tǒng)綜合性評(píng)價(jià)最終的結(jié)果，也是目標(biāo)層，而第二層為準(zhǔn)則層，此層次把系統(tǒng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)根據(jù)技術(shù)屬性分成諸多類別，且每一類也代表了系統(tǒng)內(nèi)某一方面特性，構(gòu)成不同性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則，其第三層為中間層，要求每層的某一指標(biāo)下每一組的指標(biāo)個(gè)數(shù)要不超過9個(gè)，若其指標(biāo)的個(gè)數(shù)超過9個(gè)，就需要繼續(xù)進(jìn)行分層，一直到滿足其要求就可以了，其第四層為最低層，就是指基礎(chǔ)的指標(biāo)層。

因?yàn)楦鱾€(gè)評(píng)價(jià)的指標(biāo)具有對(duì)系統(tǒng)不同的重要性，就要對(duì)每層的各個(gè)單一準(zhǔn)則條件下的一組指標(biāo)實(shí)施權(quán)重的賦值，進(jìn)而才能夠?qū)υu(píng)價(jià)值進(jìn)行合理的計(jì)算。對(duì)指標(biāo)評(píng)價(jià)權(quán)重的因子主要借助評(píng)價(jià)判斷的矩陣量化的標(biāo)度進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而判斷矩陣則為層次法核心，判斷矩陣指標(biāo)元素相對(duì)的重要性相關(guān)標(biāo)度，一般通過德爾菲法來把判斷矩陣的表格發(fā)于9位以上的相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍?shí)施標(biāo)度的打分，并進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)的處理，來進(jìn)行權(quán)重因子統(tǒng)計(jì)的平均值計(jì)算，對(duì)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法主要有和積法、冪法和方根法等，且不同的方法也具有不同優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)層次分析評(píng)估方法進(jìn)行了分析，并對(duì)其在空管的自動(dòng)系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)中的指標(biāo)體系建立和評(píng)估方法與步驟等進(jìn)行了闡述，為了促進(jìn)其方法更好的應(yīng)用，還需要對(duì)其方法繼續(xù)不斷的進(jìn)行探索和研究，來對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善。

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