低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)及其評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于空中交通飛行態(tài)勢(shì)評(píng)估領(lǐng)域，具體公開了一種低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估方法，用以評(píng)估低空特定時(shí)空內(nèi)密集飛行器群體飛行活動(dòng)的安全狀態(tài)和變化趨勢(shì)，為低空飛行活動(dòng)監(jiān)控、空域劃設(shè)與使用等提供技術(shù)支持。該方法首先分析低空空域運(yùn)行環(huán)境特征和飛行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；然后建立低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)價(jià)關(guān)鍵指標(biāo)及其計(jì)算方法，包括飛行沖突發(fā)生次數(shù)、飛行沖突平均持續(xù)時(shí)間、沖突解脫行為比、匯聚態(tài)勢(shì)迫近程度、碰撞風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度等；最后通過分析關(guān)鍵指標(biāo)間的相關(guān)性和差異性，提出一種低空飛行態(tài)勢(shì)安全性綜合模糊聚類評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明構(gòu)建了低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估技術(shù)框架，提出了低空飛行態(tài)勢(shì)安全性量化指標(biāo)和綜合評(píng)估方法，兼具創(chuàng)新性和實(shí)用性。
【專利說明】
低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)及其評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及空中交通態(tài)勢(shì)評(píng)估領(lǐng)域，尤其適用于復(fù)雜低空空域環(huán)境條件下，一種 密集混雜通用航空飛行活動(dòng)態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低空空域是一種重要資源，是各類航空尤其是通用航空的活動(dòng)空間，蘊(yùn)藏著極大 的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及低空空域逐步開放，低空空域使用需求 日趨旺盛，通用航空飛行活動(dòng)日漸密集，充分利用低空資源、科學(xué)監(jiān)控低空飛行已成為亟待 攻關(guān)的重要課題。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于低空飛行活動(dòng)的研究較為廣泛，主要集中在低空飛行行 為建模、沖突探測(cè)與解脫等技術(shù)領(lǐng)域。然而針對(duì)低空飛行態(tài)勢(shì)方面的研究尚不多見，低空飛 行態(tài)勢(shì)是指某低空時(shí)空內(nèi)由密集飛行器群體、各種影響因素等相互作用形成的整體飛行狀 態(tài)和趨勢(shì)。
[0003] 低空飛行態(tài)勢(shì)安全評(píng)估是對(duì)一定時(shí)間和空間內(nèi)航空器群體的安全性進(jìn)行綜合評(píng) 價(jià)，是科學(xué)監(jiān)控低空空域運(yùn)行安全的關(guān)鍵技術(shù)。目前關(guān)于低空空域飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估方 面的研究尚處于初步階段，且尚未形成健全的評(píng)估指標(biāo)與方法體系，亟需研究建立一套科 學(xué)的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估技術(shù)與方法體系，為合理劃設(shè)低空空域結(jié)構(gòu)、科學(xué)監(jiān)控低空 飛行活動(dòng)等提供前瞻技術(shù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為科學(xué)評(píng)估低空空域航空器群體飛行活動(dòng)的安全狀態(tài)和變化趨勢(shì)，填補(bǔ)低空飛行 態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估技術(shù)與方法空白，本發(fā)明建立一套低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)及測(cè)算方 法，提出一種低空飛行態(tài)勢(shì)安全性綜合量化評(píng)估方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0006] 首先提取所評(píng)估低空空域的運(yùn)行環(huán)境特征及飛行態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù);然后測(cè)算低空飛 行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)價(jià)關(guān)鍵指標(biāo)及其計(jì)算方法，包括飛行沖突發(fā)生次數(shù)、飛行沖突平均持續(xù)時(shí) 間、沖突解脫行為比、匯聚態(tài)勢(shì)迫近程度、碰撞風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度等;最后分析關(guān)鍵指標(biāo)間的相關(guān)性 和差異性，采用模糊聚類方法評(píng)估低空飛行態(tài)勢(shì)安全性。
[0007] 本發(fā)明提出了一套空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)，包括飛行沖突發(fā)生次數(shù)、飛行沖 突平均持續(xù)時(shí)間、沖突解脫行為比、匯聚態(tài)勢(shì)迫近程度、碰撞風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度；
[000引所述飛行沖突發(fā)生次數(shù)Con/心心'1巧給定空域Qj的to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器發(fā) 生飛行沖突的總次數(shù)，用W反映航空器飛行活動(dòng)的整體態(tài)勢(shì)；
[0009]
[0010] 其中，Q康示給定空域，且吟CU，〇為航空器活動(dòng)類型，'1為給定空域的to-ti 時(shí)段內(nèi)a類航空器總數(shù)，為第i架a類航空器在to-ti時(shí)段內(nèi)所發(fā)生的飛行沖突數(shù)；
[0011]所述飛行沖突平均持續(xù)時(shí)間'I、Time^'::在給定空域〇 j的t〇-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段 內(nèi)，所有航空器沖突解脫所需時(shí)間的平均值，W及某一活動(dòng)類型的航空器沖突解脫 持續(xù)時(shí)間的平均值用W衡量飛行態(tài)勢(shì)中安全持續(xù)水平和應(yīng)對(duì)沖突的綜合能力；
[0012；
[0013；
[0014]其中，Q康示給定空域，且^ n-，a為航空器活動(dòng)類型，為to-t擁段內(nèi)a類航 空器總數(shù)，八'，"皆:''為第i架a類航空器在to-ti時(shí)段內(nèi)的沖突解脫時(shí)間；
[001引所述沖突解脫行為比每低空一定時(shí)空內(nèi)飛行活動(dòng)的航空器中進(jìn)行安全沖突解 脫行為的航空器數(shù)量比，用W衡量該類航空器群體受到的飛行活動(dòng)影響程度；
[0016]
[0017] 其中，Q康示給定空域，且C O，日為航空器活動(dòng)類型，灰。'4如?！?,。（<)、 ^^6"：!,。（0分別表示t時(shí)刻空域Q J內(nèi)a類航空器中進(jìn)行調(diào)速、改變航向、改變高度的航空器 數(shù)量，"!r' (0表示t時(shí)刻空域Q沖a類航空器總數(shù)；
[001引所述匯聚態(tài)勢(shì)迫近程度ApTu:表示低空空域匯聚態(tài)勢(shì)下航空器i和j間的迫近程 度；
[0019]
[0020] 其中，Z、分別為航空器i和j的相對(duì)位置矢量和相對(duì)速度矢量;(兩，。為矢量 內(nèi)積；
[0021] 所述碰撞風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度CSi:表示航空器之間或者航空器與障礙物之間的危險(xiǎn)接近強(qiáng) 度，用W衡量航空器之間或者航空器與障礙物之間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)；
[0022]
[0023] 其中，n為位葺增益《數(shù)，DiU)為t時(shí)刻航空器i與最近航空器或障礙物的距離，Do 為航空器i的最小安全間隔。
[0024] 本發(fā)明還提供一種利用低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的低空飛行態(tài)勢(shì)安全 性評(píng)估方法，具體步驟如下：
[0025] 步驟一、分析低空空域運(yùn)行環(huán)境，提取低空空域運(yùn)行環(huán)境特征要素信息，建立低空 空域運(yùn)行環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0026] 步驟二、提取低空飛行態(tài)勢(shì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立低空空域航空器運(yùn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0027] 步驟=、采用相關(guān)系數(shù)分析法對(duì)權(quán)利要求1構(gòu)建的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo) 進(jìn)行相關(guān)性分析，具體分析如下：
[0028] 首先，計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)r Jk:
[0029；
[0030] 其中，W、x化分別為第j、第k個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，心、^分別為第j、k 個(gè)指標(biāo)的樣本均值，I為樣本個(gè)數(shù)；
[0031] 之后，基于步驟二中提取的航空器實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估 指標(biāo)，獲取指標(biāo)值序列樣本X:
[0032] X=化，X2，...，Xi)t
[003；3] Xi= Uii, Xi2,..., Xij), i = 1,2,..., I
[0034] 其中，X功第i個(gè)時(shí)間樣本序列，Xi功第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，功樣本 個(gè)數(shù)；
[0035] 步驟四：基于模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，采用模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)低空飛行 態(tài)勢(shì)安全性進(jìn)行歸類;具體步驟包括：
[0036] (1)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)數(shù)據(jù)：
[0037] 悠 ifell二由管的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，令 [00；3 引
[0039] 其中，XU為第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列值，為第j個(gè)指標(biāo)的樣本均值，Std(Xj)為 第j個(gè)指標(biāo)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差；
[0040] (2)初始化隸屬度矩陣U:
[0041 ]建立初始隸屬度矩陣U，令
[0042]
[0043] 其中，Uni表示第i個(gè)指標(biāo)樣本序列隸屬于第n個(gè)安全等級(jí)分類的程度，N為低空飛行 態(tài)勢(shì)安全性等級(jí)分類數(shù);取N = 5,將低空飛行態(tài)勢(shì)安全性等級(jí)分為安全、較安全、安全性一 般、較不安全、不安全五類，即：
[0044] Class = {安全，較安全，安全性一般，較不安全，不安全}
[0045] (3)計(jì)算N個(gè)分類的聚類中屯、Cn:
[0046]
[0047] 其中，m為加權(quán)指數(shù);其取值大小影響模糊聚類結(jié)果的正確性和聚類性能。
[004引 （4)計(jì)算FCM價(jià)值函數(shù).T:
[0049]
[0050] 其中，dni為第n個(gè)分類的聚類中屯、與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù)，J的 值反映類內(nèi)緊致性，J越小，表明聚類越緊致；
[0051 ]將前后兩次的價(jià)值函數(shù)值J進(jìn)行比較，若價(jià)值函數(shù)值改變量A J小于闊值e，轉(zhuǎn)步驟 (6)，否則轉(zhuǎn)步驟(5);
[0化2] 化）巧就隸屬巧隨TI.
[0化3]
[0054] 共T，日ni刃巧11/|、巧類的聚類中屯、與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù)；重 復(fù)步驟(3)、（4);
[0055] (6)導(dǎo)出隸屬矩陣U，依據(jù)最大隸屬度原則將各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行歸類，即：
[0056] '義…巧口'M'(打),if Uni=max(uii,U2i,... ,UNi)
[0057] 其中，JTf"為第i個(gè)低空飛行態(tài)勢(shì)安全性指標(biāo)時(shí)間樣本序列的安全等級(jí)，Uni表示 第i個(gè)指標(biāo)樣本值對(duì)第n個(gè)分類的隸屬度；
[0化引（7)輸出低空飛行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)安全等級(jí)= 。
[0059] 進(jìn)一步的，步驟一所述低空空域運(yùn)行環(huán)境特征要素信息包括低空空域結(jié)構(gòu)信息、 機(jī)場(chǎng)位置信息、障礙物位置信息、航空氣象條件信息。
[0060] 進(jìn)一步的，步驟二所述低空飛行態(tài)勢(shì)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括任意時(shí)刻每架航空器的位置、 速度、航向、沖突狀態(tài)、飛行狀態(tài)。
[0061 ] 進(jìn)一步的，所述步驟四中，取m = 2。
[0062] 本發(fā)明具有W下技術(shù)效果：
[0063] (1)建立了一套低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)及其計(jì)算方法，既體現(xiàn)了低空飛行 態(tài)勢(shì)的宏觀安全性，也體現(xiàn)了航空器之間相互影響的微觀安全性，還能體現(xiàn)飛行態(tài)勢(shì)宏微 觀安全性隨時(shí)間和空間的變化，彌補(bǔ)了低空飛行安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)的缺失。
[0064] (2)提出了一種低空飛行態(tài)勢(shì)安全性模糊聚類綜合評(píng)估方法，基于模糊數(shù)學(xué)理論 和FCM聚類算法對(duì)低空飛行態(tài)勢(shì)安全性進(jìn)行歸類處理和綜合量化分析，具有評(píng)估方法實(shí)用、 評(píng)估程序簡(jiǎn)單、評(píng)估結(jié)果量化等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0065] 圖1為低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估方法流程圖；
[0066] 圖2為低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)體系圖；
[0067] 圖3為復(fù)雜低空空域運(yùn)行環(huán)境示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0068] 下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述：
[0069] 圖1為本發(fā)明的流程圖。運(yùn)種低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估方法包括W下具體實(shí)施步 驟：
[0070] 步驟一:分析低空空域運(yùn)行環(huán)境特征，并提取相應(yīng)運(yùn)行環(huán)境特征信息。
[0071] 圖3為復(fù)雜低空空域運(yùn)行環(huán)境示意圖。低空空域運(yùn)行環(huán)境主要包括各類低空空域 范圍、通航機(jī)場(chǎng)W及臨時(shí)起降點(diǎn)位置、地形障礙物位置、航空氣象條件等。其中，各類低空空 域范圍、通航機(jī)場(chǎng)W及臨時(shí)起降點(diǎn)位置、地形障礙物位置等信息可從《國(guó)內(nèi)航行資料匯編 (NAIP)》W及地理信息系統(tǒng)(GIS)中獲取，航空器氣象數(shù)據(jù)信息可從航空氣象雷達(dá)中提取。 所要提取的化巧巧域運(yùn)行環(huán)培信息具體包巧：
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] ;
[0077]
[007引
[0079] 其中，f (x,y ,Z)為高度為Z時(shí)低空空域水平截面表達(dá)式;fci(x,y,z)、fri(x,y,z)、 fsi(x，y，z)分別為高度為Z時(shí)第i個(gè)管制空域、報(bào)告空域、監(jiān)控空域水平截面表達(dá)式;zi、Z2為 低空空域高度的上下界;療、《為管制空域高度的上下界;哮、<為報(bào)吿空域高度的上下 界;卻'、詩(shī)監(jiān)視空域高度的上下界;<、<分別為通航機(jī)場(chǎng)或臨時(shí)起降點(diǎn)Pi的經(jīng)度、締 度和高度;<、.Y,°、分別為地形障礙物化的經(jīng)度、締度和高度；Qi為空域i，S為該空域的氣 象條件(雷雨、低能見度、風(fēng)切變等），P為該氣象條件的范圍，E為該氣象條件的強(qiáng)度。
[0080] 步驟二:提取低空飛行態(tài)勢(shì)運(yùn)行數(shù)據(jù)。
[0081] 通過一次雷達(dá)、二次雷達(dá)、航空器機(jī)載設(shè)備等，并借助計(jì)算機(jī)工具提取任意時(shí)刻t 航空器i的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)(Xi(t) ,yi(t) ,zi(t) ,vi(t)山(t) ,Ci(t) ,Sl:atei(t) ,TypeO。
[00劇其中，Xl(t)、yl(t)、Zl(t)、Vl(t)、hl(t)分別表示t時(shí)刻航空器i的經(jīng)度、締度、高度、 速度、航向；Ci(t)表示t時(shí)刻航空器i的沖突狀態(tài)，且Ci(t) = 0表示航空器i無飛行沖突，Cl (t) = l表示航空器i有飛行沖突；S化tei(t)表示t時(shí)刻航空器i的飛行狀態(tài)，包括調(diào)速、改變 航向、調(diào)整高度等;Typei表示航空器i的活動(dòng)類型;包括觀光旅游、搶險(xiǎn)救援、運(yùn)輸作業(yè)、公 務(wù)飛行。
[0083] 步驟采用相關(guān)系數(shù)分析法對(duì)所構(gòu)建的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行相關(guān) 性分析，并計(jì)算低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)。
[0084] (1)計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)r Jk:
[0085]
[0086] 其中，町、Xik分別為第j、第k個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，耳、^分別為第j、k 個(gè)指標(biāo)的樣本均值，I為樣本個(gè)數(shù)，rjk取值越小表示兩個(gè)指標(biāo)間相關(guān)性越小。
[0087] (2)圖2為低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)體系圖，基于步驟二中提取的航空器實(shí)時(shí) 運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)：
[008引①飛行沖突發(fā)牛次數(shù)€0郵心皆4 ;
[0089；
[0090] 其中，Q康示給定空域，且A ，a為航空器活動(dòng)類型，為給定空域的to-ti 時(shí)段內(nèi)a類航空器總數(shù)，C。"爪'":1.;'''為第i架a類航空器在to-ti時(shí)段內(nèi)所發(fā)生的飛行沖突數(shù)。
[0091] ②飛行沖突平均持續(xù)時(shí)間'、Time冷:
[0092] 先計(jì)算第i架a類航空器在to-ti時(shí)段內(nèi)的沖突解脫時(shí)間
[0093]
,[1，航空器/在/時(shí)刻有飛行沖突 「00941 conflict 二'' ' 10:，航空器/在/時(shí)刻無飛巧沖突
[00M] 其中，為第i架航空器在t時(shí)刻的沖突狀態(tài)；
[0096] 再計(jì)算低空空域內(nèi)所有航空器沖突解脫所需時(shí)間的平均值，W及某一活 動(dòng)類型的航空器沖突解脫持續(xù)時(shí)間的平均值乃所<：，
[0097]
[009引
[0099] 其中，Q徒示給定空域，且U QU，a為航空器活動(dòng)類型，泌r為to-ti時(shí)段內(nèi)曰類航 空器總數(shù)。
[0101：
[0100] ⑩沖突解脫行為比鉆：
[0102J 具甲，Uj巧不絕足至域，且LVS U :，a刃化至帯巧翊実型，如曲JO、'4。斬丑（小 的分別表示t時(shí)刻空域Q誠(chéng)a類航空器中進(jìn)行調(diào)速、改變航向、改變高度的航空器 數(shù)量，表示t時(shí)刻空域Q j中a類航空器總數(shù)。
[0103] ④匯聚態(tài)勢(shì)迫近程度ApTij:
[0104] 先計(jì)算航空器i和j的相對(duì)位置矢量^和相對(duì)速度矢量^，
[01 化；
[0106；
[0107] 其中，（Xi，yi，Zi)、（Xj，yj，Zj)分別為航空器巧Pj的位置矢量小;，v;，1'.--)、：（v:，v:パ） 分別為航空器i和j的速度矢量；
[0108] 苗宵航毎黑1?巧1?的匯聚態(tài)勢(shì)迫近程度ApTij,
[0109]
[0110] ⑤碰撞風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度CSi:
[0111] 生A管tW勸I航巧毀i占爲(wèi);廳航巧毀f赤幢礙物）j的距離Di(t)，
[0112]
[0113] 其中，（Xl，yl，Zl)、（?，yJ，ZJ)分別為航空器i和航空器(或障礙物)j的位置矢量，
[0114] 再計(jì)算t時(shí)刻航空器i與最近航空器(或障礙物)j的碰撞風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度CSi,
[0115]
[0116] 其中，Tl為位置增益系數(shù)，Do為航空器i的最小安全間隔。
[0117] 獲取指標(biāo)值序列樣本X:
[0118] X=(Xi，X2,…，Xi)T
[0119] Xi = (xii, Xi2, ? ? ?, Xij), i = 1,2, ? ? ?, I
[0120] 其中，X功第i個(gè)時(shí)間樣本序列，Xi功第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，I為樣本 個(gè)數(shù)。
[0121] 步驟四：基于模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，采用模糊C均值聚類算法(FCM)對(duì)低空飛行 態(tài)勢(shì)安全性進(jìn)行歸類。具體步驟包括：
[0122] (1)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)數(shù)據(jù)：
[0123] 計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的樣本均值^及樣本標(biāo)準(zhǔn)差Std(Xj):
[0124]
[0126] 其中，Xi功第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列值；[0127] 將第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列值XU標(biāo)準(zhǔn)化：
[0125]
[012 引
[0129] 從而得到第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)向量Rj= (ru，巧，…，巧）。
[0130] (2)初始化隸屬度矩陣U:
[0131] 建立初始隸屬度矩陣U，令
[0132]
[0133] 具甲，Uni巧不弟1個(gè)巧稱巧本斤列巧屬于第n個(gè)安全等級(jí)分類的程度，N為低空飛行 態(tài)勢(shì)安全性等級(jí)分類數(shù)，本發(fā)明取N=5,將低空飛行態(tài)勢(shì)安全性等級(jí)分為"安全"、"較安 全"、"安全性一般"、"較不安全"、"不安全"五類，即：
[0134] Class = {"安全"，"較安全"，"安全性一般"，"較不安全"，"不安全"}
[0135] (3)計(jì)算N個(gè)分類的聚類中屯、Cn:
[0136]
[0137] 其中，m為加權(quán)指數(shù)，本發(fā)明中取m = 2。
[013引（4)計(jì)算FCM價(jià)值函數(shù)J:
[0139] 計(jì)算第n個(gè)分類的聚類中屯、與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離dni:
[0140] dni = I I Cn-Xi I
[0141] 計(jì)當(dāng)價(jià)值巧掛T:
[0142]
[01創(chuàng) 共寸> ,mwJM乂巧女義。
[0144] 為便于計(jì)算，價(jià)值函數(shù)值J的初始默認(rèn)值為0,闊值e = l(T5。將前后兩次的價(jià)值函數(shù) 值J進(jìn)行比較，若價(jià)值函數(shù)值改變量A J小于闊值e，轉(zhuǎn)步驟(6)，否則轉(zhuǎn)步驟(5)。
[0145] (5)更新隸屬矩陣U:
[0146]
[0147] 其中，dni刃巧n個(gè)分類的聚類中屯、與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù)。重 復(fù)步驟(3)、（4)。
[0148] (6)導(dǎo)出隸屬矩陣U，依據(jù)最大隸屬度原則將各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行歸類，即：
[0149]
[0150] 其中，X,"…為第i個(gè)低空飛行態(tài)勢(shì)安全性指標(biāo)樣本值的安全等級(jí)，Uni表示第i個(gè)指 標(biāo)樣本值對(duì)第n個(gè)分類的隸屬度。
[0151] (7)輸出低空飛行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)安全等級(jí)：F =義;
[0152] 本發(fā)明建立了一套低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)及其計(jì)算方法，既體現(xiàn)了低空飛 行態(tài)勢(shì)的宏觀安全性，也體現(xiàn)了航空器之間相互影響的微觀安全性，還能體現(xiàn)飛行態(tài)勢(shì)宏 微觀安全性隨時(shí)間和空間的變化，彌補(bǔ)了低空飛行安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)的缺失。同時(shí)提出了 一種低空飛行態(tài)勢(shì)安全性模糊聚類綜合評(píng)估方法，基于模糊數(shù)學(xué)理論和FCM聚類算法對(duì)低 空飛行態(tài)勢(shì)安全性進(jìn)行歸類處理和綜合量化分析，具有評(píng)估方法實(shí)用、評(píng)估程序簡(jiǎn)單、評(píng)估 結(jié)果量化等特點(diǎn)。
[0153] W上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能W此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)，其特征在于，包括飛行沖突發(fā)生次數(shù)、飛行沖突平均 持續(xù)時(shí)間、沖突解脫行為比、匯聚態(tài)勢(shì)迫近程度、碰撞風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度； 所述飛行沖突發(fā)生次數(shù)5?/&令S在給定空域Ω」的to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，航空器發(fā)生飛 行沖突的總次數(shù)，用以反映航空器飛行活動(dòng)的整體態(tài)勢(shì)；其中，Ω謙示給定空域，且Ω, e Ω，α為航空器活動(dòng)類型，為給定空域的tQ-tl時(shí)段 內(nèi)α類航空器總數(shù)，C〇?///<，為第i架α類航空器在如吻時(shí)段內(nèi)所發(fā)生的飛行沖突數(shù)； 所述飛行沖突平均持續(xù)時(shí)間、Tirne'^ :在給定空域Ω」的to-ti監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，所 有航空器沖突解脫所需時(shí)間的平均值，以及某一活動(dòng)類型的航空器沖突解脫持續(xù) 時(shí)間的平均值，用以衡量飛行態(tài)勢(shì)中安全持續(xù)水平和應(yīng)對(duì)沖突的綜合能力；其中，Ω謙示給定空域，且，·α為航空器活動(dòng)類型，為t『tl時(shí)段內(nèi) α類航空器 總數(shù)，為第i架α類航空器在to-乜時(shí)段內(nèi)的沖突解脫時(shí)間； 所述沖突解脫行為比低空一定時(shí)空內(nèi)飛行活動(dòng)的航空器中進(jìn)行安全沖突解脫行為 的航空器數(shù)量比，用以衡量該類航空器群體受到的飛行活動(dòng)影響程度；其中，Ω」表示給定空域，且％ e Ω，α為航空器活動(dòng)類型，⑴、⑴、 分別表示t時(shí)刻空域Ω」內(nèi)α類航空器中進(jìn)行調(diào)速、改變航向、改變高度的航空器 數(shù)量，/Η) (?)表示t時(shí)刻空域Ω j中(1類航空器總數(shù)； 所述匯聚態(tài)勢(shì)迫近程度ApTlj:表示低空空域匯聚態(tài)勢(shì)下航空器i和j間的迫近程度；其中，(6/,,、匕,分別為航空器i和j的相對(duì)位置矢量和相對(duì)速度矢量;為矢量?jī)?nèi)積； 所述碰撞風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度〇51:表示航空器之間或者航空器與障礙物之間的危險(xiǎn)接近強(qiáng)度，用 以衡量航空器之間或者航空器與障礙物之間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)；其中，η為位置增益系數(shù)，DKt)為t時(shí)刻航空器i與最近航空器或障礙物的距離，Do為航 空器i的最小安全間隔。2.利用權(quán)利要求1所述的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng) 估方法，其特征在于，具體步驟如下： 步驟一、分析低空空域運(yùn)行環(huán)境，提取低空空域運(yùn)行環(huán)境特征要素信息，建立低空空域 運(yùn)行環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟二、提取低空飛行態(tài)勢(shì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立低空空域航空器運(yùn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟三、采用相關(guān)系數(shù)分析法對(duì)權(quán)利要求1構(gòu)建的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行 相關(guān)性分析，具體分析如下： 首先，計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)rjk:其中，xij、xik分別為第j、第k個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，&、&分別為第j、k個(gè)指 標(biāo)的樣本均值，I為樣本個(gè)數(shù)； 之后，基于步驟二中提取的航空器實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)， 獲取指標(biāo)值序列樣本X: Χ=(Χι，Χ2，···，Χι)τ Xi - (Xil，Xi2，'"，Xij)，i - 1,2 , , I 其中，Xi為第i個(gè)時(shí)間樣本序列，為第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列樣本值，I為樣本個(gè) 數(shù)； 步驟四：基于模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，采用模糊C均值聚類算法對(duì)低空飛行態(tài)勢(shì)安全性 進(jìn)行歸類;具體步驟包括： (1) 標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)數(shù)據(jù)： 將步驟三中計(jì)算的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，令其中，為第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)時(shí)間序列值，5為第j個(gè)指標(biāo)的樣本均值，StdUO為第j 個(gè)指標(biāo)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差； (2) 初始化隸屬度矩陣U: 建立初始隸屬度矩陣U，令其中，uni表示第i個(gè)指標(biāo)樣本序列隸屬于第η個(gè)安全等級(jí)分類的程度，N為低空飛行態(tài)勢(shì) 安全性等級(jí)分類數(shù);取N=5,將低空飛行態(tài)勢(shì)安全性等級(jí)分為安全、較安全、安全性一般、較 不安全、不安全五類，即： Class ={安全，較安全，安全性一般，較不安全，不安全} (3) 計(jì)算N個(gè)分類的聚類中心Cn:其中，m為加權(quán)指數(shù)； (4) 計(jì)算FCM價(jià)值函數(shù)J: f? - 1.1 /=1 其中，dni為第η個(gè)分類的聚類中心與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù)，J的值反 映類內(nèi)緊致性，J越小，表明聚類越緊致； 將前后兩次的價(jià)值函數(shù)值J進(jìn)行比較，若價(jià)值函數(shù)值改變量A J小于閾值ε，轉(zhuǎn)步驟(6)， 否則轉(zhuǎn)步驟(5); (5) 更新隸屬矩陣U:其中，dni為第η個(gè)分類的聚類中心與第i個(gè)數(shù)據(jù)之間的歐氏距離，m為加權(quán)指數(shù);重復(fù)步 驟(3)、⑷； (6) 導(dǎo)出隸屬矩陣U，依據(jù)最大隸屬度原則將各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行歸類，BP: Xfass ~ Ciass(n), if uRi. = .max (i/h, ；?2ι, *'· .Γ/λι) 其中，為第i個(gè)低空飛行態(tài)勢(shì)安全性指標(biāo)時(shí)間樣本序列的安全等級(jí)，uni表示第i個(gè) 指標(biāo)樣本值對(duì)第η個(gè)分類的隸屬度； (7) 輸出低空飛行態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)安全等級(jí)：Γ 。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估方法，其特征在于，步驟一所述低空 空域運(yùn)行環(huán)境特征要素信息包括低空空域結(jié)構(gòu)信息、機(jī)場(chǎng)位置信息、障礙物位置信息、航空 氣象條件信息。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估方法，其特征在于，步驟二所述低空 飛行態(tài)勢(shì)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括任意時(shí)刻每架航空器的位置、速度、航向、沖突狀態(tài)、飛行狀態(tài)。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低空飛行態(tài)勢(shì)安全性評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟四中， 取 m = 2〇
【文檔編號(hào)】G06Q10/06GK105956790SQ201610349299
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】張洪海, 張翔宇, 邱啟倫, 楊磊, 江程鵬
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)