空中交通擁擠的識別與預測方法研究

摘 要：我國目前航天航空技術正進入一個全新的發展階段，各類航空創新技術不斷涌現，也給我國航空事業的發展提供了良好的環境。但目前隨著國內航班架次的不斷增加，空中交通擁擠情況日益嚴重，如何有效提高空中交通擁擠的識別和預測技術就是目前我國航空事業發展的重要問題。文章即是對空中交通擁擠的識別和預測方法進行研究，探討了空中交通擁堵的概念，并闡述了目前國內的識別技術和預測方法，以期能為相關工作提供參考。

關鍵詞：空中交通擁擠；識別技術；預測方法

前言

我國的民用航空事業當下正在迅速的發展，主要是為了給國內民眾提供更加方便的交通。但隨著國內航空企業的增加，國外航空企業的進入，使得本就有限的國內民用空域資源更加擁擠，如不采取有效的措施，則會嚴重影響該行業的發展，而空中擁擠識別和預測技術則能夠有效提升空域資源的合理分配情況。

1 空中擁擠的概述

空中擁擠這一概念是從上個世紀60到70年代提出的，而這一時期也是世界航空航天技術高速發展的時期，各國的空中交通工具數量越來越大，而有限的空域資源已經逐漸無法滿足現代航空企業的需求。經過研究顯示，當空中交通的容量和流量之間存在較大差異時就會引發空中交通擁擠情況，因此也就在國際上就這一問題開展了細致的研究。同時，現代國際航線正在不斷增加，而惡劣天氣的發生頻率也在增加，導致空中交通網絡的復雜程度越來越高，嚴重影響了國際空中秩序，同時也使得國內空中交通受到影響。因此，必須對空中交通擁擠情況進行識別，并采取預測方式來疏導空中交通網絡，減少擁擠情況，保證空中交通的發展。

2 空中交通擁擠的識別技術

2.1 短期數據的閾值識別技術

在早期的空中交通管理當中，主要是通過對短期內的實時交通情況進行管理，進而獲得短期內空中交通的閾值。這一閾值又被成為臨界值，在空中交通管理中主要指在某一時段內該管理空域當中出現的空中流量最高值和最低值，而這一閾值的范圍也就被作為該扇區空域內的交通容量。根據實際空中交通的流量數值與閾值進行比較，如果大于該閾值的范圍，則證明該空域內已經出現了交通擁擠的情況。早在2004年時美國空中交通研究學者就通過模擬扇區空域閾值的方法對識別技術進行研究，四年后同樣由美國提出了交通流模型理論，使得空中交通擁擠識別技術更近了一步。

2.2 長期數據聚類識別技術

短期內的空中交通數據雖然能夠反映出該區域內的實際情況，但由于數據量較小，因此無法反映該空域內交通流量的規律和特點，而長期數據聚類則可以有效反映該扇區空域內交通流量的規律。聚類方法就是將抽象的數據進行集合，并將相似的數據組成多個小組的數學分析過程，對空中交通擁擠的聚類識別技術則是基于其理論，將該空域內長期流量數據進行收集，并將相似性較高的各種指標進行歸類，借此反映不同時間、不同氣候等條件下空域流量的具體情況，并將分組的各長期數據進行等級分類，這樣可以方便后期空中擁擠識別過程中的記錄。

該模式是在2002年由美國研究者提出的，其將決策樹理論和均值聚類相結合，并在2005年被應用在美國NASA航空器的聚類識別當中。該方法的優點就是能夠幫助管理者確定不同氣候條件下空中擁擠的類型，方便空域管理工作。

2.3 混合數據評價識別技術

該識別技術是將短期和長期數據識別向結合，充分利用二者各自的優勢，采用混合優勢評價的方法，對空域中交通工具的流量進行評估。該評估技術屬于多變量綜合評價模式，通過對長短期內數據的處理，進而獲取單位時間內空域擁擠情況的規律和具體情況。

3 空中交通擁擠的預測方法

3.1 數理統計預測方法

空中交通擁擠本身也具有一定的規律性，因此可以利用數理方法對其變化規律進行概述，從而在預測時利用該規律判斷有可能發生的交通擁擠情況。根據可能對交通擁擠產生影響的單變量和多變量的交替變化情況分析，可以將預測方法分為單變量概率預測、多變量概率預測兩大類。其中單變量主要指的就是單一空中交通需求的變化，例如空中交通工具需求、空域需求等，并根據識別技術中收集的參考數據變化規律對其進行預判。國內研究者是在2013年根據國外理論，結合本國收集情況，建立了對空中交通隨機變化規律進行模擬的擁擠風險預測模型，大大提升了國內空中交通管制的效率。

3.2 交通模型預測方法

數理統計預測方法雖然能夠理性的反映交通擁擠的情況，但對其物理含義的表達不夠清晰，而交通模型預測方法則可以彌補這一缺點。該方法主要是對空中交通流的運行規律進行研究，進而對各參數建立相應的關系模型，并對模型進行分類研究，根據不同模型下的數據預測可能發生的各類交通擁擠情況，例如排隊模型、歐拉模型等。

4 結束語

空中交通行業的發展能夠大大緩解陸地和海洋交通的壓力，并且空中交通更加迅速，有助于地區經濟的快速發展。因此，必須建立有效的空中交通擁擠識別和預測機制，對所負責的空域內擁擠情況進行管理，疏導空中交通工具，保證地域空中交通事業的發展。

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