基于空管運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析與挖掘

顧曉緯

摘 ? 要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的進(jìn)步，我國民用航空業(yè)呈高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，空管運(yùn)行的技術(shù)要求與復(fù)雜度也不斷提高。文章通過對(duì)民航華東空管局組織開發(fā)的科研項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并系統(tǒng)結(jié)合空管運(yùn)行現(xiàn)狀和發(fā)展，探討一種在對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)處理后的各類數(shù)據(jù)資源進(jìn)行歸類處理后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析、研究的方法。

關(guān)鍵詞：空管運(yùn)行數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)分析;數(shù)據(jù)挖掘

空管運(yùn)行數(shù)據(jù)分析在空管設(shè)備故障排查、航班統(tǒng)計(jì)分析、異常情況處理等方面具有重要作用。通過對(duì)ODSA系統(tǒng)的開發(fā)，可以為空管運(yùn)行提供準(zhǔn)確、及時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)用于提升效率和科學(xué)規(guī)劃，幫助系統(tǒng)維護(hù)人員尋找、發(fā)掘運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，還能在后續(xù)的深度開發(fā)中，更好地挖掘、利用空管自動(dòng)化系統(tǒng)大量運(yùn)行數(shù)據(jù)的價(jià)值。

1 ? ?自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和態(tài)勢(shì)分析研究項(xiàng)目

1.1 ?背景分析

空管自動(dòng)化系統(tǒng)在不間斷的運(yùn)行當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生大量有潛在價(jià)值的數(shù)據(jù)，管制部門和設(shè)備維護(hù)部門在實(shí)際工作中都有業(yè)務(wù)分析統(tǒng)計(jì)的需求。ODSA系統(tǒng)正是為了解決規(guī)范和高效收集、分析各空管自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)問題而存在的。

借助相應(yīng)的接口轉(zhuǎn)換模塊，ODSA系統(tǒng)將日常運(yùn)行數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫中，為今后進(jìn)行常態(tài)化的關(guān)鍵數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和安全評(píng)估打下基礎(chǔ)。同時(shí)，也通過開發(fā)相應(yīng)的定量分析工具，對(duì)空管自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過程中的運(yùn)行負(fù)荷、設(shè)備壓力和管制流量等各種指標(biāo)進(jìn)行定量分析和計(jì)算，用來幫助運(yùn)行部門和建設(shè)部門不斷優(yōu)化管理程序和系統(tǒng)配置，以便采取合理、有效的措施降低風(fēng)險(xiǎn)，更好地保障空管設(shè)備運(yùn)行安全[1]。

1.2 ?系統(tǒng)特點(diǎn)

該系統(tǒng)的項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)考慮到空管自動(dòng)化數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，首先，確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。其次，突出統(tǒng)計(jì)的易用性和靈活性。最后，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上確?？删S護(hù)性和可擴(kuò)展性。

1.2.1 ?數(shù)據(jù)的完整性和可靠性

ODSA系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理服務(wù)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)分離，確保數(shù)據(jù)處理的正常、可靠。同時(shí)，采用可靠的自動(dòng)備份策略確保數(shù)據(jù)安全，采用權(quán)限管理確保數(shù)據(jù)的使用安全。

1.2.2 ?功能的易用性和靈活性

操作界面依據(jù)空管業(yè)務(wù)的特點(diǎn)進(jìn)行布局?？傮w界面設(shè)計(jì)風(fēng)格符合軟件界面設(shè)計(jì)的業(yè)界通用標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，可以靈活地使用已有的統(tǒng)計(jì)規(guī)則或使用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)自定義新的統(tǒng)計(jì)規(guī)則，以滿足新的需求。

1.2.3 ?結(jié)構(gòu)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性

為了在維護(hù)時(shí)不會(huì)影響到自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行，ODSA系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)在服務(wù)子系統(tǒng)通信服務(wù)模塊中，保持一定的獨(dú)立性，以便接口發(fā)生變化時(shí)盡可能不需要修改主體系統(tǒng)。系統(tǒng)在硬件配置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接口規(guī)模和系統(tǒng)功能上應(yīng)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和開放性。系統(tǒng)采用軟件中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件與硬件平臺(tái)無關(guān)，可移植性強(qiáng)。

1.3 ?功能需求

ODSA系統(tǒng)能夠滿足的用戶需求主要包括管制運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)需求和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)需求兩大類。

1.3.1 ?管制運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)需求

管制運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)對(duì)象包括以下類型：（1）管制區(qū)、航路、航線、航路點(diǎn)、扇區(qū)飛行。（2）軍航、通航活動(dòng)。（3）航班正常性、流量控制、管制員指揮量。（4）專機(jī)暨重要任務(wù)飛行。（5）航空器告警信息。

1.3.2 ?設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)需求

設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)對(duì)象包括以下類型：（1）主備自動(dòng)化切換信息。（2）各節(jié)點(diǎn)主機(jī)運(yùn)行時(shí)長、各節(jié)點(diǎn)資源使用情況、設(shè)備單元運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口信息。（3）雷達(dá)BIAS曲線、GPS時(shí)鐘、DCL使用情況。（4）雷達(dá)數(shù)據(jù)和ADS-B數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。

1.3.3 ?其他配套功能需求

（1）接收、存儲(chǔ)并處理Asterix-Cat062綜合雷達(dá)信息格式輸出的數(shù)據(jù);MH/T 4008—2000綜合雷達(dá)信息格式輸出的數(shù)據(jù);MH/T 4029.3—2015自動(dòng)化系統(tǒng)飛行數(shù)據(jù)格式輸出的數(shù)據(jù)。（2）必要的技術(shù)監(jiān)控和系統(tǒng)管理功能，幫助技術(shù)保障部門用戶對(duì)本系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和管理。（3）防范與自動(dòng)化系統(tǒng)互連中的安全風(fēng)險(xiǎn)，采用可靠的物理連接方式和安全技術(shù)，能防范對(duì)本系統(tǒng)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)安全攻擊和病毒攻擊[2]。

1.4 ?系統(tǒng)架構(gòu)

為了滿足上述需求，ODSA系統(tǒng)含有接口子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)計(jì)算子系統(tǒng)、Web服務(wù)子系統(tǒng)和系統(tǒng)管理子系統(tǒng)幾個(gè)模塊，各模塊之間的關(guān)系及數(shù)據(jù)的傳輸存儲(chǔ)調(diào)用過程系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.4.1 ?接口子系統(tǒng)

接口子系統(tǒng)分為外部接口處理和內(nèi)部接口處理，分別用于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的信息交換以及本系統(tǒng)內(nèi)部各軟件模塊間的信息交換。

外部接口處理模塊為適應(yīng)支持塔臺(tái)電子進(jìn)程單系統(tǒng)接口、Asterix-Cat062綜合雷達(dá)信息接口、MH/T 4008—2000綜合雷達(dá)信息接口、MH/T 4029.3—2015自動(dòng)化系統(tǒng)飛行數(shù)據(jù)接口等多種外部數(shù)據(jù)源的引接，針對(duì)每一種外部數(shù)據(jù)源，配置一個(gè)數(shù)據(jù)引接適配插件，通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接收接口進(jìn)行調(diào)用，完成數(shù)據(jù)的接收及存儲(chǔ)工作。

1.4.2 ?數(shù)據(jù)記錄子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)記錄子系統(tǒng)包括預(yù)處理模塊和數(shù)據(jù)記錄模塊。后者通過內(nèi)部信息接口從前者接收預(yù)加工的規(guī)格化數(shù)據(jù)后，存儲(chǔ)到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

預(yù)處理模塊獲取外部輸入信息，根據(jù)與各外部系統(tǒng)的信息規(guī)范進(jìn)行解析，然后發(fā)送到工作流引擎，讓數(shù)據(jù)記錄模塊進(jìn)行下一步處理。

數(shù)據(jù)記錄模塊通過獲取預(yù)處理模塊發(fā)送的規(guī)格化信息，根據(jù)信息類別存儲(chǔ)到不同的數(shù)據(jù)庫表中。

1.4.3 ?統(tǒng)計(jì)計(jì)算子系統(tǒng)

統(tǒng)計(jì)計(jì)算引擎負(fù)責(zé)后臺(tái)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫中。后臺(tái)計(jì)算的目的是提高前臺(tái)查詢的響應(yīng)速度，預(yù)先匯總各統(tǒng)計(jì)對(duì)象節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間的數(shù)據(jù)。

后臺(tái)計(jì)算的運(yùn)行方式為定時(shí)運(yùn)行，需要計(jì)算的對(duì)象包括扇區(qū)、航路點(diǎn)和航段的分鐘、小時(shí)、日架次，包括數(shù)據(jù)的全量、增量、減量、均值、峰值等。

1.4.4 ?基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)了來自空管自動(dòng)化系統(tǒng)eFeed，JADE輸出的與航空器有關(guān)的管制運(yùn)行信息，主要包括航班基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、扇區(qū)飛行記錄、航線飛行記錄、航路點(diǎn)飛行記錄、管制操作記錄、席位記錄、告警記錄等實(shí)體;來自塔臺(tái)電子進(jìn)程單系統(tǒng)輸出的航班基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、航班狀態(tài)記錄、跑道穿越記錄、跑道切換記錄等;來自自動(dòng)化系統(tǒng)OASYS，TRACE等監(jiān)控和日志設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)、雷達(dá)運(yùn)行記錄、交換機(jī)運(yùn)行記錄及切換時(shí)間等數(shù)據(jù)。

1.4.5 ?統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫

流量統(tǒng)計(jì)庫中存儲(chǔ)包括扇區(qū)分鐘架次統(tǒng)計(jì)、扇區(qū)小時(shí)架次統(tǒng)計(jì)、扇區(qū)日架次統(tǒng)計(jì)、航段分鐘架次統(tǒng)計(jì)、航段小時(shí)架次統(tǒng)計(jì)、航段日架次統(tǒng)計(jì)、航路點(diǎn)分鐘架次統(tǒng)計(jì)、航路點(diǎn)小時(shí)架次統(tǒng)計(jì)、航路點(diǎn)日架次統(tǒng)計(jì)、分鐘平均架次、分鐘峰值架次、小時(shí)平均架次、小時(shí)峰值架次等，可以滿足對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的及時(shí)調(diào)用。

1.5 ?系統(tǒng)的應(yīng)用

通過對(duì)ODSA系統(tǒng)提供的運(yùn)行參考數(shù)據(jù)以及人工核實(shí)的精確數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，ODSA提供的數(shù)據(jù)具有很高的準(zhǔn)確性。已經(jīng)在流量統(tǒng)計(jì)、臨時(shí)航線開辟?zèng)Q策、扇區(qū)劃設(shè)決策、空域流量管理、人員負(fù)荷管理等管制運(yùn)行管理工作中提供了有效的參考。同時(shí)，為設(shè)備維護(hù)部門在設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)、故障隱患的排查、故障規(guī)律梳理等方面提供了依據(jù)[3]。

2 ? ?結(jié)語

基于空管運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析與挖掘，有助于識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)源、排查故障和保障航行安全。通過對(duì)空管運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，能夠幫助運(yùn)行部門不斷優(yōu)化管理程序和系統(tǒng)配置，減少不安全事件要素。從歷史數(shù)據(jù)中找出潛在的有效信息，能更好地服務(wù)空管運(yùn)行安全，同時(shí)，能為未來的發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)、準(zhǔn)確的依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃帆.空管運(yùn)行數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].科技信息，2012（4）：243.

[2]蔡舒影.基于空管運(yùn)行數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)分析[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2018.

[3]張文濤.基于空管運(yùn)行數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2016.