專利名稱：通過管制工作負荷回歸分析確定空域容量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定空域容量的一種方法，具體涉及一種通過管制工作負荷回歸分 析確定空域容量的方法。
背景技術(shù)：
確定空域容量的方法主要有仿真評估方法和數(shù)學(xué)模型方法。
仿真評估方法確定空域容量，是通過建立空中交通系統(tǒng)特征模型，并對之進行計算 機仿真試驗和數(shù)據(jù)結(jié)果分析來完成。該方法需要進行大量的系統(tǒng)建模、編程、仿真計算 及結(jié)果分析等工作，評估任務(wù)繁重，周期太長。更為不足的是，由于所建的仿真模型對 于管制員的管制技能、指揮習(xí)慣等因素?zé)o法全面考慮，導(dǎo)致仿真結(jié)果并不能完全真實反 映空域運行情況，從而影響了空域容量評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。
以往確定空域容量的數(shù)學(xué)模型方法，是在保持安全間隔標(biāo)準(zhǔn)的前提下，判定單位時 間內(nèi)通過某航路或節(jié)點(交叉點、轉(zhuǎn)彎點、定位點等)的最大飛行架次來完成。該方法 僅考慮保證空域中的安全飛行間隔，沒有考慮到管制員工作負荷等影響空域容量的主要 因素，由此得到的評估結(jié)果也不能準(zhǔn)確地反映出空域的容量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的問題是，針對現(xiàn)有空域容量評估方法的不足，提出直接應(yīng)用 實際管制數(shù)據(jù)，并使用航班活動作為自變量進行回歸分析，建立管制工作負荷預(yù)測模型， 再進一步確定出空域容量。
實現(xiàn)此方法的技術(shù)方案如下
一種通過管制工作負荷回歸分析確定空域容量的方法，直接應(yīng)用實際管制數(shù)據(jù)，并 采用所研究空域航班活動數(shù)據(jù)作自變量進行回歸分析，建立管制工作負荷預(yù)測模型，進 而確定空域的容量，其步驟為
a、通過管制中心信息系統(tǒng)、錄像資料以及雷達語音記錄儀，采集所研究空域內(nèi)的 航班活動數(shù)據(jù)和管制工作負荷數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)；
所述航班活動數(shù)據(jù)包括各走廊口的進港和離港的航班數(shù)據(jù)；所述管制工作負荷數(shù)據(jù)包括管制通話雷達語音記錄數(shù)據(jù)、發(fā)布改變高度操作平均持 續(xù)時間/\、移交操作的平均持續(xù)時間^、對每架出港航空器發(fā)布改變高度操作的平均次 數(shù)巧、對每架進/出港航空器進行移交操作的平均次數(shù)"2、對每架進港航空器發(fā)布改變 高度操作的平均次數(shù)^;
將上述樣本數(shù)據(jù)按照對應(yīng)研究時段進行分類和統(tǒng)計；
b、 根據(jù)a步驟中的管制通話雷達語音記錄數(shù)據(jù)和與其對應(yīng)的空域內(nèi)航班活動數(shù)據(jù)， 確定管制工作負荷回歸分析的因變量和自變量；
c、 根據(jù)b步驟確定的管制工作負荷回歸分析的因變量和自變量，建立管制工作負 荷多元回歸分析模型如下
X = to + te +…+ AL + e,;
上式中下標(biāo)/表示第/組回歸分析數(shù)據(jù)(乂,《,，;^,…,;^)， / = 1,2，'","；"為自然數(shù)，
少,是因變量，代表考察時段A,內(nèi)管制通話雷達語音記錄數(shù)據(jù)；》,，A,.，…,A,是自變量，
其中，用》,代表考察時段^內(nèi)離開管制空域的航空器總數(shù)量；而;rw…，;^則代表考察
時段A^內(nèi)經(jīng)過各走廊口 (或移交點)進入管制空域的航空器的總數(shù)量；A是回歸系數(shù)， ;=1,2,…,w; w為自然數(shù)，表示經(jīng)各走廊口 (或移交點)進入管制空域的每架航空器對 應(yīng)的管制工作負荷(也即管制工作時間)；e,是一個誤差項，并且￡^,) = 0， D(e,)-cj、
d、 采用a步驟得到的研究時段內(nèi)航班活動數(shù)據(jù)和與其對應(yīng)的管制通話雷達語音記 錄數(shù)據(jù)，通過回歸分析確定c步驟中建立的多元回歸分析模型中的回歸系數(shù)/ ,.，建立 初步的工作負荷預(yù)測模型；
e、 采用a步驟得到的管制工作負荷數(shù)據(jù)，對初步工作負荷預(yù)測模型中的A,A,…,A 參數(shù)進行修正，步驟為
將每架出港航空器對管制員產(chǎn)生的工作負荷記為^，且",Aw^巧w^"2;經(jīng)不 同走廊口進港的每架航空器對管制員產(chǎn)生的工作負荷記為^，且",=",+6*"3+,2*"2
! = 2,3,...,"; W為自然數(shù)；^為發(fā)布改變高度操作平均持續(xù)時間、/2為移交操作的平均持續(xù)時間、巧為對每架出港航空器發(fā)布改變高度操作的平均次數(shù)、"2為對每架進/出港航 空器進行移交操作的平均次數(shù)、《3為對每架進港航空器發(fā)布改變高度操作的平均次數(shù);
然后，將初步工作負荷預(yù)測模型中的參數(shù)A， z、l,2,…,"；"為自然數(shù)，對應(yīng)地用", (/ = 1,2,..., ; M為自然數(shù))替代，得到最終的管制工作負荷預(yù)測模型如下-
上式中，少代表研究空域在時段"內(nèi)的管制工作負荷；》,A,…,A是自變量，其
中，《代表考察時段"內(nèi)離開管制空域的航空器總數(shù)量；而A,…，;^則代表考察時段
A,內(nèi)經(jīng)過各走廊口 (或移交點)進入研究空域的航空器的總數(shù)量；
f、根據(jù)e步得到的管制工作負荷預(yù)測模型，獲取不同航班活動條件下對所研究空 域進行管制的工作負荷值j ，然后利用DORATASK方法或MBB方法來確定空域容量值。
本發(fā)明的有益效果
1、 直接采用實際管制數(shù)據(jù)作為樣本，通過建立管制工作負荷預(yù)測模型來確定空域 容量，能夠更為準(zhǔn)確地衡量空域容量，保證空中交通的安全和高效；
2、 直接以交通流特征作為自變量，對管制工作負荷預(yù)測和未來空域容量的評估更 為直觀，其結(jié)果能夠直接用于指導(dǎo)空中交通管理部門的管制工作；
3、 減少了以往仿真建模、編程、仿真計算和仿真數(shù)據(jù)分析等大量的工作，縮短了 空域容量評估時間。


下面對本發(fā)明作進一步說明，其中，附圖分別表示
圖1為本發(fā)明設(shè)計的通過管制工作負荷回歸分析確定空域容量的流程圖， 圖2為本發(fā)明設(shè)計的航班信息樣本數(shù)據(jù)處理流程圖， 圖3為本發(fā)明設(shè)計的管制語音樣本數(shù)據(jù)處理流程圖。
具體實施例方式
第一步樣本數(shù)據(jù)采集與處理。
樣本數(shù)據(jù)的采集與處理是整個發(fā)明的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。在本發(fā)明中，需要采集的樣本數(shù)
據(jù)包括空域內(nèi)的航班活動數(shù)據(jù)和管制工作負荷數(shù)據(jù)。具體包括(l)空管中心信息系統(tǒng)中
保存的航班信息數(shù)據(jù)(包括航班時刻表和航班實際飛行數(shù)據(jù))；(2)雷達語音記錄儀記錄的管制通話語音數(shù)據(jù)；(3)其他管制動作(包括發(fā)布改變高度的電子進程單操作和移交操 作)的持續(xù)時間和發(fā)生次數(shù)。前兩類數(shù)據(jù)可直接通過拷貝管制中心信息系統(tǒng)及雷達語音 記錄儀中保存的相關(guān)原始數(shù)據(jù)獲得。對第(3)類數(shù)據(jù)可通過現(xiàn)場測時及管制工作錄像資料 進行獲取。
接下來，分別對采集的樣本原始數(shù)據(jù)進行處理。其中，對航班信息數(shù)據(jù)(包括航班 時刻表和航班實際飛行數(shù)據(jù))進行統(tǒng)計處理，獲得研究時段"內(nèi)進出港的航空器總數(shù) 和經(jīng)過各走廊口 (或移交點)進出港的航空器數(shù)量，具體處理流程如附圖2所述；利用 語音記錄儀錄音系統(tǒng)對研究時段"內(nèi)的語音通話數(shù)據(jù)進行處理，處理流程如附圖3所
述，提取得到有語音通話內(nèi)容的時間片段，并進一步將該時間段(也即管制工作負荷) 進行累計，可表示如下
其中，『^aae為時間段A^內(nèi)第i次單方(管制員或飛行員)通話引起的管制員工
作負荷。對其他管制動作的時間和發(fā)生頻次進行處理，統(tǒng)計分析出發(fā)布改變高度操作平 均持續(xù)時間、移交操作的平均持續(xù)時間、對每架進/出港航空器發(fā)布改變高度操作的平 均次數(shù)、對每架進/出港航空器進行移交操作的平均次數(shù)。 第二步確定回歸分析自變量和因變量。
由于本發(fā)明需進行管制工作負荷回歸分析，因此需要根據(jù)研究空域的具體情況(如 空域自然特性、實際飛行流量情況等)以及管制過程，確定回歸分析的自變量，以確定 通過哪些因素能夠?qū)苤茊T的工作負荷進行最佳預(yù)測?？紤]到對于某一研究空域而言， 該管制空域內(nèi)的航線數(shù)量、航線交叉點數(shù)量和扇區(qū)內(nèi)導(dǎo)航設(shè)備數(shù)量是固定的，不會對管 制員的工作負荷預(yù)測產(chǎn)生影響，而空域內(nèi)不同航線上的飛行活動則決定著管制員的工作 負荷，因此，本發(fā)明采用考察時段內(nèi)該空域起飛和著陸飛行器數(shù)量、以及某些航線上的 飛行器數(shù)量來作為工作負荷回歸分析的自變量。另一方面，由于航空器語音通話是整個 管制工作的主體部分，管制員的絕大部分時間都在進行航空器語音通信，包括給機長發(fā) 布指令和聽機長復(fù)述指令，因此，采用考察時段內(nèi)的管制語音通話時間作為管制工作負 荷回歸分析的因變量。
第三步建立管制工作負荷預(yù)測模型。
管制工作負荷預(yù)測模型用于計算完成一系列管制任務(wù)所需要的時間。該預(yù)測模型的
建立分為三個步驟首先，建立多元回歸模型如下
其中，下標(biāo)7'表示第7'組回歸分析數(shù)據(jù)"，^2'，'''，^')， z' = l，2，'"，"。 X是因變量，
代表考察時段AZ內(nèi)航空器語音通話工作負荷；》''^'，'''，1'是自變量，其中，用ZU代
表考察時段"內(nèi)離開管制空域的航空器總數(shù)量；而A'，…，》"'則代表考察時段"內(nèi)經(jīng)過
各走廊口 (或移交點)進入管制空域的航空器的總數(shù)量;^(/ = 1"'"")是回歸系數(shù)，表 示經(jīng)各走廊口 (或移交點)進入管制空域的每架航空器對管制員產(chǎn)生的工作負荷(也即
工作時間)；A是一個誤差項(隨機擾動項)，并且￡(" = 0， D") = <r2。
然后，利用研究空域在時段"內(nèi)進出港的航空器總數(shù)和經(jīng)過各走廊口 (或移交點) 進出港的航空器數(shù)量，以及相應(yīng)時段內(nèi)有管制語音通話的時間統(tǒng)計數(shù)據(jù)，經(jīng)過回歸分析 確定^(z、l，…，")，也即確定管制每架進離場航空器的工作負荷，建立初步的管制工作
負荷預(yù)測模型y 二A^ + A;^+…+ A;^。
最后，管制員在管制過程中除語音通話產(chǎn)生的工作負荷外，還有其他管制動作產(chǎn)生 的工作負荷，包括發(fā)布改變高度的電子進程單操作、移交操作、監(jiān)視雷達屏幕、以及手 工輸入"簡標(biāo)牌"，但考慮到監(jiān)視活動與航空器語音通話同步以及手工輸入"簡標(biāo)牌" 的發(fā)生頻率很低，故在初步工作負荷預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，只需進一步考慮電子進程單操
作和移交操作。綜合前面得到的發(fā)布改變高度操作平均持續(xù)時間(^)、移交操作的平 均持續(xù)時間(G)、對每架出港航空器發(fā)布改變高度操作的平均次數(shù)(A)、對每架進/ 出港航空器進行移交操作的平均次數(shù)("2)、對每架進港航空器發(fā)布改變高度操作的平
均次數(shù)("3)，對初步工作負荷預(yù)測模型中的參數(shù)A,A,...,A進行修正，具體做法為 將每架出港航空器對管制員產(chǎn)生的工作負荷記為",，且A:A + ^J巧+ ^^"2;經(jīng)不同 走廊口進港的每架航空器對管制員產(chǎn)生的工作負荷記為",.，且",A + rj"3 + 2承"2
(/ = 2,3,...，")。然后，將初步工作負荷預(yù)測模型中的參數(shù)A (/ = 1，2,...,")對應(yīng)地用c^
(/ = 1,2，...,")替代，得到最終的管制工作負荷預(yù)測模型如下-其中，J代表研究空域在時段"內(nèi)的管制工作負荷；A,A，…,;^是自變量，其中，
《代表考察時段"內(nèi)離開管制空域的航空器總數(shù)量；而A,…,l則代表考察時段"內(nèi)
經(jīng)過各走廊口 (或移交點)進入研究空域的航空器的總數(shù)量。至此，依據(jù)空域內(nèi)的航 空器活動數(shù)據(jù)即可預(yù)測出管制員的工作負荷。
第四步確定空域容量。
根據(jù)建立的管制工作負荷預(yù)測模型，利用得到的管制員工作負荷，再利用
DORATASK方法的思想(具有容量時的平均工作負荷必須小于總工作負荷的80%，并 且90%的工作負荷不得超過總工作時間的2.5%)或MBB方法(通過預(yù)測管制員指揮 航空器進入和離開所研究空域的工作負荷，計算出單位時間內(nèi)可以指揮的架次)來確定 不同交通流特征條件下的空域容量。
權(quán)利要求
1、一種通過管制工作負荷回歸分析確定空域容量的方法，其特征在于直接應(yīng)用實際管制數(shù)據(jù)，并采用所研究空域航班活動數(shù)據(jù)作自變量進行回歸分析，建立管制工作負荷預(yù)測模型，進而確定空域的容量，其步驟為a、通過管制中心信息系統(tǒng)、錄像資料以及雷達語音記錄儀，采集所研究空域內(nèi)的航班活動數(shù)據(jù)和管制工作負荷數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)；所述航班活動數(shù)據(jù)包括各走廊口的進港和離港的航班數(shù)據(jù)；所述管制工作負荷數(shù)據(jù)包括管制通話雷達語音記錄數(shù)據(jù)、發(fā)布改變高度操作平均持續(xù)時間t1、移交操作的平均持續(xù)時間t2、對每架出港航空器發(fā)布改變高度操作的平均次數(shù)n1、對每架進/出港航空器進行移交操作的平均次數(shù)n2、對每架進港航空器發(fā)布改變高度操作的平均次數(shù)n3；將上述樣本數(shù)據(jù)按照對應(yīng)研究時段進行分類和統(tǒng)計；b、根據(jù)a步驟中的管制通話雷達語音記錄數(shù)據(jù)和與其對應(yīng)的空域內(nèi)航班活動數(shù)據(jù)，確定管制工作負荷回歸分析的因變量和自變量；c、根據(jù)b步驟確定的管制工作負荷回歸分析的因變量和自變量，建立管制工作負荷多元回歸分析模型如下yi＝β1χ1i+β2χ2i+...+βiχni+ei；上式中下標(biāo)i表示第i組回歸分析數(shù)據(jù)(yi，χ1i，χ2i，…，χni)，i＝1，2，…，n；n為自然數(shù)，yi是因變量，代表考察時段Δt內(nèi)管制通話雷達語音記錄數(shù)據(jù)；χ1i，χ2i，…，χni是自變量，其中，用χ1i代表考察時段Δt內(nèi)離開管制空域的航空器總數(shù)量；而χ2i，…，χni則代表考察時段Δt內(nèi)經(jīng)過各走廊口(或移交點)進入管制空域的航空器的總數(shù)量；βi是回歸系數(shù)，i＝1，2，…，n；n為自然數(shù)，表示經(jīng)各走廊口(或移交點)進入管制空域的每架航空器對應(yīng)的管制工作負荷(也即管制工作時間)；ei是一個誤差項，并且E(ei)＝0，D(ei)＝σ2；d、采用a步驟得到的研究時段內(nèi)航班活動數(shù)據(jù)和與其對應(yīng)的管制通話雷達語音記錄數(shù)據(jù)，通過回歸分析確定c步驟中建立的多元回歸分析模型中的回歸系數(shù)βi，建立初步的工作負荷預(yù)測模型；y＝β1χ1+β2χ2+...+βnχn；e、采用a步驟得到的管制工作負荷數(shù)據(jù)，對初步工作負荷預(yù)測模型中的β1，β2，...，βn參數(shù)進行修正，步驟為將每架出港航空器對管制員產(chǎn)生的工作負荷記為α1，且α1＝β1+t1*n1+t2*n2；經(jīng)不同走廊口進港的每架航空器對管制員產(chǎn)生的工作負荷記為αi，且αi＝βi+t1*n3+t2*n2i＝2，3，...，n；n為自然數(shù)；t1為發(fā)布改變高度操作平均持續(xù)時間、t2為移交操作的平均持續(xù)時間、n1為對每架出港航空器發(fā)布改變高度操作的平均次數(shù)、n2為對每架進/出港航空器進行移交操作的平均次數(shù)、n3為對每架進港航空器發(fā)布改變高度操作的平均次數(shù)；然后，將初步工作負荷預(yù)測模型中的參數(shù)βi，i＝1，2，...，n；n為自然數(shù)，對應(yīng)地用αi(i＝1，2，...，n；n為自然數(shù))替代，得到最終的管制工作負荷預(yù)測模型如下y＝α1χ1+α2χ2+...+αnχn；上式中，y代表研究空域在時段Δt內(nèi)的管制工作負荷；χ1，χ2，…，χn是自變量，其中，χ1代表考察時段Δt內(nèi)離開管制空域的航空器總數(shù)量；而χ2，…，χn則代表考察時段Δt內(nèi)經(jīng)過各走廊口(或移交點)進入研究空域的航空器的總數(shù)量；f、根據(jù)e步得到的管制工作負荷預(yù)測模型，獲取不同航班活動條件下對所研究空域進行管制的工作負荷值y，然后利用DORATASK方法或MBB方法來確定空域容量值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過管制工作負荷回歸分析確定空域容量的方法。通過對管制工作過程進行分析，直接應(yīng)用實際管制數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生管制工作負荷的交通流特征作回歸分析自變量，通過回歸分析建立管制工作負荷的預(yù)測模型，最后利用DORATASK或MBB方法確定研究空域在不同交通流條件下的空域容量。本發(fā)明能夠更為準(zhǔn)確地衡量空域容量，對管制工作負荷預(yù)測和未來空域容量的評估更為直觀，縮短了空域容量評估時間，保證空中交通的安全和高效。
文檔編號G08G5/00GK101515409SQ20091002614
公開日2009年8月26日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者韓松臣 申請人:南京航空航天大學(xué)