亚健康理论方法在空管运行安全管理中的应用研究

Air traffic control system is an operation system that requires high safety level.At present, the study of safety management for air traffic control operation is mainly concentrated on ATM risk management. The research of taking precautions against the accident in the field of the air traffic control operation could be rarely seen in the published reports. From the view of the process of air traffic control operation, based on the revised SHELL model, data mining and system safety management, we'll stuty the application of the sub-health theory in the safety management for air traffic control operation. This project is carrying out on four aspects: the concepts and features of air traffic control operation in sub-health state, the diagnosis theory and method of air traffic control operation in sub-health state, the recuperation theory and method of air traffic control operation in sub-health state, the simulation and application of air traffic control operation in sub-health state. The research may expose the evolution mechanism of the occurrence and development of air traffic control operation in sub-health state. Besides, it may move forward the gate of safety management for air traffic control. It also provides an effective and supportive tool that improves the safety management level for air traffic, which meets the requirements of the air traffic development. Moreover, it may help to achieve the breakthrough in the theory of safety management for air traffic control operation in sub-health state.

空管系统是一个对安全性要求极高的运行系统。目前，关于空管运行安全管理理论方法的研究主要集中空管风险管理方面，而侧重事前预防的空管运行安全理论方法的研究在公开报导中还很少见到。本项目从分析空管运行过程入手，基于改进SHELL模型、数据挖掘和系统安全管理等进行亚健康理论在空管运行安全管理中的应用研究。本项目开展四个方面的研究：空管运行亚健康的概念及特性研究、空管运行的亚健康诊断理论方法研究、空管运行的亚健康调理理论方法研究、空管运行亚健康理论方法的仿真应用研究。本项目的研究，将初步揭示空管运行亚健康发生与发展的演化机理，将实现空管运行安全管理关口的前移，为提高空管运行安全管理水平、满足空中空中交通发展的需要提供有效支持工具，并将有助于实现在空管运行亚健康安全管理理论上的一个突破。

针对因存在诸多隐患空管运行系统大多处于亚健康状态这一事实，研究了空管运行亚健康的概念及特性、诊断理论方法、调理理论方法及仿真应用，初步揭示空管运行亚健康发生、发展及演化的机理和规律，实现了空管运行安全管理关口的前移，形成了空管运行安全管理理论上的一个突破。主要研究内容及成果有：.（1）完成了空管运行亚健康概念和特性分析：分析影响因素提出了空管运行亚健康概念，构建了人-机-环-管-运的评估指标体系，通过类别划分发现其又可细分为稳定亚健康态和不稳定亚健康态，这为实现亚健康状态向健康状态转归奠定了理论基础。结合基尼系数与泰尔指数，建立了空中交通流空间和时间分布的可接受不均衡度模型，构建了评估扇区空管运行亚健康的新指标。.（2）形成了空管运行亚健康诊断理论方法体系：完成了基于模糊贝叶斯网络的跑道入侵风险分析；根据航迹误差服从高斯分布计算三维冲突概率，结合冲突严重程度分析冲突风险；基于扩展摩尔邻域对三维空间中空管运行亚健康风险进行了分析判定。.（3）形成了空管运行亚健康调理理论方法体系：构建了航空器飞行状态预测的HMM-BP混合模型，过HMM模型分别对航空器的飞行高度、航向以及速度特征进行时序建模，利用BP神经网络对航空器的飞行状态进行了推理预测；针对机场容量突变需提前为航班重新分配时隙的问题，提出了带补偿的两阶段随机规划航班时隙分配模型。.（4）形成了空管运行亚健康仿真应用体系：根据系统动力学因果关系反馈结构反映空管运行系统的复杂特征，绘出了空管运行亚健康因果关系图和系统流图，根据相关变量的运行状态进行了仿真预测；通过训练支持向量机、随机森林和神经网络三种分类器，输出测试集的健康状态类型，对区域管制席位健康状态进行了预测并对比分析了各分类器预测结果。