一種基于聚類分析法的空中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空中交通管制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空中交通管制模擬仿真 異常檢測(cè)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證各類飛行活動(dòng)的安全和有序，空中交通管制服務(wù)顯得相當(dāng)重要?，F(xiàn)代空 中交通管制服務(wù)的主要內(nèi)容是：空中交通管制員依托現(xiàn)代通信、導(dǎo)航、監(jiān)視技術(shù)，對(duì)所轄航 空器實(shí)施管理和控制，協(xié)調(diào)和指導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)路徑和模式，以防止空中航空器與航空器相撞、以 及在機(jī)場(chǎng)機(jī)動(dòng)區(qū)內(nèi)航空器與障礙物相撞，維護(hù)和加快空中交通的有序流動(dòng)?？罩薪煌ü苤?扇區(qū)是空中交通管制的基本空間單元，一般情況下，為航空器提供空中交通管制服務(wù)的空 域被劃設(shè)為若干管制扇區(qū)，每個(gè)管制扇區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)管制員工作席位。為了保證管制員能夠 高效、準(zhǔn)確地控制空域中的航空器有序流動(dòng)，現(xiàn)有技術(shù)中提供一些模擬空中交通管制控制 的模擬仿真裝置和方法。
[0003] 例如，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410487083. 1的專利申請(qǐng)中公開(kāi)了一種基于虛擬 管制員的空域仿真方法及其裝置，該方法包括：獲取預(yù)設(shè)的飛行計(jì)劃和航跡沖突規(guī)則及風(fēng) 條件；若判斷獲知飛行計(jì)劃和航跡沖突規(guī)則合法，則獲取航空器性能數(shù)據(jù)；根據(jù)飛行計(jì)劃、 風(fēng)條件及航空器性能數(shù)據(jù)獲得航空器的第一軌跡信息，并檢測(cè)是否接收到管制指令；若檢 測(cè)到管制指令，則根據(jù)航空器性能數(shù)據(jù)、航跡沖突規(guī)則以及管制指令，獲得航跡沖突統(tǒng)計(jì)信 息；若未檢測(cè)到管制指令，則根據(jù)航空器性能數(shù)據(jù)、航跡沖突規(guī)則以及第一軌跡信息，獲得 航跡沖突統(tǒng)計(jì)信息；從而提高仿真的實(shí)時(shí)性。
[0004] 但是實(shí)際的空域管制中，會(huì)出現(xiàn)很多意料不到的問(wèn)題，僅僅靠現(xiàn)有技術(shù)中的模擬 仿真裝置和方法，很難滿足對(duì)空中交通管制過(guò)程進(jìn)行全面、綜合仿真、檢測(cè)的需求；而且發(fā) 明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的模擬仿真方法和裝置并不能提示提示管制 員在仿真過(guò)程中的異常錯(cuò)誤信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能夠?qū)罩薪煌ü苤七^(guò)程進(jìn)行全面、綜合仿真、檢測(cè)和 異常信息提示的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠很好地仿真、檢測(cè)管制人員操作過(guò)程的空 中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)方法和裝置。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括：
[0007] -方面，提供一種空中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)方法，其特征在于，包括：
[0008] 步驟1 :采集樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)雷達(dá)管制模擬機(jī)收集管制員輸入?yún)?shù)樣本數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟2 :基于樣本數(shù)據(jù)，利用聚類分析法構(gòu)建管制員操作參數(shù)檔案；
[0010] 步驟3 :采集模擬數(shù)據(jù)，通過(guò)雷達(dá)管制模擬機(jī)采集管制員輸入?yún)?shù)的實(shí)時(shí)模擬數(shù) 據(jù)；
[0011] 步驟4,參照管制員操作參數(shù)檔案，對(duì)所述管制員輸入?yún)?shù)的實(shí)時(shí)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行相 似度計(jì)算，得到最小相似度值；
[0012] 步驟5 :若所述最小相似度值大于預(yù)定的閾值，提示管制員模擬操作異常。
[0013] 進(jìn)一步地，所述管制員輸入?yún)?shù)類型包括管制通行性參數(shù)、管制復(fù)雜性參數(shù)、管制 安全性參數(shù)、管制經(jīng)濟(jì)性參數(shù)、管制工作負(fù)荷參數(shù)。
[0014] 進(jìn)一步地，所述管制通行性參數(shù)包括管制員仿真測(cè)試的時(shí)長(zhǎng)、扇區(qū)航行里程、扇區(qū) 航行時(shí)間、扇區(qū)交通流密度，所述管制復(fù)雜性參數(shù)包括扇區(qū)航空器爬升次數(shù)、扇區(qū)航空器下 降次數(shù)、扇區(qū)航空器改速次數(shù)、扇區(qū)航空器改行次數(shù)，所述管制安全性參數(shù)包括扇區(qū)短期沖 突告警頻率、扇區(qū)最低安全高度告警頻率，所述管制經(jīng)濟(jì)性參數(shù)包括扇區(qū)內(nèi)航空器排隊(duì)長(zhǎng) 度、航空器延誤架次率、航空器延誤時(shí)間、航空器平均延誤時(shí)間，所述管制工作負(fù)荷參數(shù)包 括陸空通話信道占用率、陸空通話次數(shù)，總計(jì)16項(xiàng)參數(shù)。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟1和步驟2之間還設(shè)有樣本數(shù)據(jù)無(wú)量綱處理步驟，具體如下：
[0016] 令第i個(gè)樣本的第j項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際值為x^j，yu為無(wú)量綱化處理后的參數(shù)值，^ 為第j項(xiàng)參數(shù)的均值，為第j項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，則對(duì)于正向參數(shù)，
對(duì)于逆向 參數(shù)，先取其倒數(shù)或取負(fù)使其正向化，再使用上述公式對(duì)其進(jìn)行無(wú)量綱化處理。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟2具體包括如下步驟：
[0018] 步驟2.1 :初始化類
[0019] 基于樣本無(wú)量綱化參數(shù)值，制定聚類數(shù)目k，并確定每一類的初始類中心點(diǎn)；
[0020] 步驟2. 2 :根據(jù)距離最近原則分類
[0021] 計(jì)算每個(gè)樣本到k個(gè)類中心點(diǎn)的之間的歐幾里德距離，并按照距類中心點(diǎn)距離最 短的原則將所有數(shù)據(jù)分類，形成k個(gè)類，依次計(jì)算各類中變量的均值，并以均值作為新的k 個(gè)類的類中心點(diǎn)；
[0022] 步驟2. 3 :聚類分析結(jié)果輸出
[0023] 計(jì)算新確定的類中心點(diǎn)距上個(gè)類中心點(diǎn)之間的偏移量，當(dāng)最大偏移量大于設(shè)定值 時(shí)，返回步驟2. 2,否則聚類結(jié)束得到k個(gè)類，從而得到管制員操作參數(shù)檔案。
[0024] 進(jìn)一步地，所述步驟4包括如下步驟：
[0025] 步驟4. 1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入與標(biāo)準(zhǔn)化：
[0026] 獲取雷達(dá)管制模擬機(jī)采集管制員輸入?yún)?shù)的實(shí)時(shí)模擬數(shù)據(jù)，令第1個(gè)管制員第j 項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際值為ru ]，]為無(wú)量綱化處理后的參數(shù)值，$為第j項(xiàng)參數(shù)的均值，S]為第 j項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，則對(duì)于正向參數(shù)，^對(duì)于逆向參數(shù)，先取其倒數(shù)或取負(fù)使其 正向化，再使用上述公式對(duì)其進(jìn)行無(wú)量綱化處理；其中均值和標(biāo)準(zhǔn)差從管制員操作參數(shù)檔 案中提?。?br>[0027] 步驟4. 2最大相似類尋找：
[0028] 計(jì)算管制員1的模擬數(shù)據(jù)無(wú)量綱化參數(shù)值t= {t u j = 1，2, ...，16}與管制員 操作參數(shù)檔案中各個(gè)類的中心點(diǎn)(^的相似度sim (t i，ck)，并求得與管制員操作參數(shù)檔案中 k個(gè)類中心點(diǎn)的最大相似度simlti, ck)及其類Class (k)，其中SimU1, ck)可記為：
[0030] 其中，& ,為檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)量綱化后第j項(xiàng)參數(shù)值，c ki ]為第k個(gè)類中心點(diǎn)的第j項(xiàng) 無(wú)量綱化參數(shù)值。
[0031] 進(jìn)一步地，所述步驟5包括如下步驟：
[0032] 計(jì)算^與Class(k)中各樣本無(wú)量綱化數(shù)據(jù)的相似度，得到最大相似類中的最小 相似度minSim，若minSim超出設(shè)定的閾值范圍，則輸出異常操作報(bào)警信號(hào)。
[0033] 另一方面，還提供一種空中交通管制模擬仿真異常檢測(cè)裝置，其特征在于，包括：
[0034] 雷達(dá)管制模擬機(jī)，用于采集樣本數(shù)據(jù)和管制員輸入的實(shí)時(shí)模擬數(shù)據(jù)；
[0035] 相似度計(jì)算單元，用于將所述樣本數(shù)據(jù)和所述實(shí)時(shí)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度處理；其 中，所述相似度計(jì)算單元設(shè)置有對(duì)數(shù)據(jù)分類的聚類處理子單元；
[0036] 樣本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)所述相似度計(jì)算單元計(jì)算的樣本數(shù)據(jù)；
[0037] 閾值判斷單元，當(dāng)經(jīng)過(guò)相似度處理后的所述實(shí)時(shí)模擬數(shù)據(jù)超出所述樣樣本數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)單元中樣本數(shù)據(jù)的預(yù)定范圍時(shí)，提示管制員模擬操作異常。
[0038] 進(jìn)一步地，所述相似度計(jì)算單元還包括無(wú)量綱化處理子單元；所述聚類處理子單 元包括對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行類處理的歐幾里德距離計(jì)算模塊。
[0039] 采用本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案，至少有以下有益效果：
[0040] 1、對(duì)數(shù)據(jù)集采用聚類處理相似度，可以很好地將雷達(dá)管制模擬機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分 類，這樣可以先將樣本數(shù)據(jù)按照等級(jí)分好類；然后管制員在后續(xù)操作雷達(dá)管制模擬機(jī)的時(shí) 候，就可以直接按照分好類的樣本數(shù)據(jù)結(jié)合相似度閾值，提示管制員的模擬仿真操作是否 異常。
[0041] 2、采用聚類處理來(lái)對(duì)管制員模擬仿真機(jī)進(jìn)行模擬仿真異常操作檢測(cè)時(shí)，不僅可以 對(duì)單組數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測(cè)，還可以同時(shí)對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測(cè)，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單一管制