一种基于主成分分析的空中交通管制模拟仿真异常检测方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种空中交通管制的技术领域，尤其涉及一种空中交通管制模拟仿真 异常检测方法和装置。
【背景技术】
[0002] 为了保证各类飞行活动的安全和有序，空中交通管制服务显得相当重要。现代空 中交通管制服务的主要内容是：空中交通管制员依托现代通信、导航、监视技术，对所辖航 空器实施管理和控制，协调和指导其运动路径和模式，以防止空中航空器与航空器相撞、以 及在机场机动区内航空器与障碍物相撞，维护和加快空中交通的有序流动。空中交通管制 扇区是空中交通管制的基本空间单元，一般情况下，为航空器提供空中交通管制服务的空 域被划设为若干管制扇区，每个管制扇区对应一个管制员工作席位。为了保证管制员能够 高效、准确地控制空域中的航空器有序流动，现有技术中提供一些模拟空中交通管制控制 的模拟仿真装置和方法。
[0003] 例如，中国专利申请号为CN201410487083. 1的专利申请中公开了一种基于虚拟 管制员的空域仿真方法及其装置，该方法包括：获取预设的飞行计划和航迹冲突规则及风 条件；若判断获知飞行计划和航迹冲突规则合法，则获取航空器性能数据；根据飞行计划、 风条件及航空器性能数据获得航空器的第一轨迹信息，并检测是否接收到管制指令；若检 测到管制指令，则根据航空器性能数据、航迹冲突规则以及管制指令，获得航迹冲突统计信 息；若未检测到管制指令，则根据航空器性能数据、航迹冲突规则以及第一轨迹信息，获得 航迹冲突统计信息；从而提高仿真的实时性。
[0004] 但是实际的空域管制中，会出现很多意料不到的问题，仅仅靠现有技术中的模拟 仿真装置和方法，很难满足对空中交通管制过程进行全面、综合仿真、检测的需求；而且发 明人在实现本发明的过程中发现，现有技术中的模拟仿真方法和装置并不能提示提示管制 员在仿真过程中的异常错误信息。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术中缺乏能够对空中交通管制过程进行全面、综合仿真、检测和 异常信息提示的技术问题，本发明提供一种能够很好地仿真、检测管制人员操作过程的空 中交通管制模拟仿真异常检测方法和装置
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供的技术方案包括：
[0007] -方面，提供一种空中交通管制模拟仿真异常检测方法，其特征在于，该方法包 括：
[0008] 步骤1 :采集模拟数据，通过雷达管制模拟机采集管制员从其上输入的多种模拟 参数；所述模拟参数类型包括管制通行性参数、管制复杂性参数、管制安全性参数、管制经 济性参数、管制工作负荷参数；
[0009] 步骤2 :数据无量纲化处理，将采集到的模拟参数进行无量纲化转换为无量纲化 参数；
[0010] 步骤3 :对无量纲化参数进行主成分分析，获得交通管制综合指标值；
[0011] 步骤4:对交通管制综合指标值进行排序，筛选一定范围的排序结果进行警告提 醒。
[0012] 进一步地，所述管制通行性参数包括管制员仿真测试的时长、扇区航行里程、扇区 航行时间、扇区交通流密度，所述管制复杂性参数包括扇区航空器爬升次数、扇区航空器下 降次数、扇区航空器改速次数、扇区航空器改行次数，所述管制安全性参数包括扇区短期冲 突告警频率、扇区最低安全高度告警频率，所述管制经济性参数包括扇区内航空器的排队 长度、航空器延误架次率、航空器延误时间、航空器平均延误时间，所述管制工作负荷参数 包括陆空通话信道占用率、陆空通话次数。
[0013] 进一步地，所述步骤2具体包括：
[0014] 以第i个管制员的交通管制综合指标值为因变量，记为E1，管制员输入的多种模 拟参数共计16项，记自变量为：
[0015] Xi= {x Ji j, j = 1, 2, . . . , 16}
[0016] 第i个管制员的第j项参数的实际值为& 以多个管制员输入的多种模拟参数， 组成样本集；该样本集中，管制员的数量为n，即样本的数量为n，其中n>16,模拟参数量为 16个，构建ηX 16的参数矩阵X，即：
[0018] 记自变量的无量纲化参数为：
[0019] Yi= {y i, j, j = I, 2, . . . , 16}
[0020] yu为第i个管制员（样本）无量纲化处理后的第j项参数值，I为第j项参数 的均倡
为第j项参数的标准差
-则对于正向参数，
[0021] 对于逆向参数，先取其倒数或取负获得正向化过渡参数X/ = (X1, j，X2, j，· · ·，Xn, j )艮P :
[0023] 及其均值5'、标准差s/，
[0024] 再进行无量纲化处理，
[0025] 进一步地，所述步骤3具体包括：
[0026] 无量纲化处理后，16项模拟参数的协方差矩阵构成相关系数矩阵，计算相关系数 矩阵的特征值λ ,并按从大到小排序，第j大的特征值λ ,所对应的特征向量ε ,就是参数 矩阵X的第i个主成分，因此对于第i个管制员的样本参数数据的第j个主成分表示为：
[0027] Eli j= Y1X ε j= ε ^1Yljl+ ε ji2ylj2+. . . + ε jil6yljl6, j = I, 2, . . . , 16
[0028] 第j个主成分的贡献率为：
[0030] 取m个主成分，使累计贡献率达到80%以上：
[0032] 其中，m是指主成分累计贡献率达到80%以上时对应的主成分个数；
[0033] 计算管制员i的交通管制综合指标值
[0035] 进一步地，所述方法还包括在对所述操作结果进行排序的步骤。
[0036] 进一步地，所述方法还包括对每组模拟参数计算结果排序后，进行筛选的步骤。
[0037] 进一步地，所述步骤4中的所述排序为按照管制员交通管制综合指标值从大到小 进行排序，筛选最后的20%进行警告提示。
[0038] 另一方面，本发明还提供一种空中交通管制模拟仿真异常检测装置，其特征在于， 该装置包括：
[0039] 雷达管制模拟机，用于采集至少一个管制员从其上输入的多种模拟参数；
[0040] 数据无量纲处理单元，用于将采集到的模拟参数进行无量纲化转换；
[0041] 协方差矩阵运算单元，将所述无量纲化转换后的参数进行协方差矩阵处理；
[0042] 主成分分析单元，用于对每组无量纲化后的模拟参数对应的主成分依次乘以预定 的因子，然后累加求和；
[0043] 数据输出单元，用于存储主成分分析单元累加求和后的值对应的管制员操作结 果。
[0044] 采用本发明提供的上述技术方案，至少可以获得以下有益效果中的一种：
[0045] 1、将雷达管制模拟机中采集的模拟参数，进行主成分分析，可以快速地得到每组 数据经过主成分分析后的综合指标值，并可以分析每组数据是否达到阈值；进一步地，可 以根据多个管制员操作的综合指标值排名，将综合指标值排名最后的若干名标记为异常数 据，提供了一种方便供管制员训练用的空中交通管制模拟仿真异常检测方法和装置。
[0046] 2、进一步地，对所述多组参数进行排序，可