一種基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法
1.本發明屬于空中交通管理技術領域，特別涉及一種基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法。
背景技術：
2.空中交通復雜性評價是空中交通管制工作負荷評價的基礎，對空中交通運行安全和效率具有非常重要的意義。當前空中交通復雜性評價方法主要有基于交通密度的評價和基于動態密度的評價。其中基于交通密度的評價方法無法考慮由于航空器之間運行態勢差異而造成的不同復雜程度。基于動態密度的評價方法需要針對多種復雜性因素人工賦權，易受人為因素影響。且兩種方法難以處理大規模歷史數據，不利于使用大范圍長時間歷史數據作為計算樣本以此反映某空域的長期運行狀態，并提高計算結果的準確程度和可用性。
技術實現要素：
3.為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法。
4.為了達到上述目的，本發明提供的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法包括按順序進行的下列步驟：
5.步驟1)載入航空器運行軌跡數據：從空中交通管理數據存儲系統載入航空器實際運行數據，從中提取出起飛機場、降落機場、機型、實際起飛時刻、實際降落時刻以及航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度、高度、速度、航向和爬升率在內的數據，然后存入數據庫；
6.步驟2)設置待測時域-空域參數：設置待測時域的起止時間；設置待測空域各邊界點的經緯度坐標、空域內可允許航空器運行的高度范圍；
7.步驟3)對待測空域進行柵格化處理：根據步驟2)中設置的待測空域各邊界點的經緯度坐標和空域內可允許航空器運行的高度范圍，使用多個長寬均為ls、高度為hs的密鋪長方體形柵格對上述待測空域進行劃分而獲得多個柵格，并確定出各柵格的邊界坐標數據；
8.步驟4)對待測時域進行片段化處理：以時間段ts為單位對上述待測時域進行劃分而獲得多個時段；
9.步驟5)篩選某時段某柵格途經的航空器集合：選擇步驟3)、4)中劃分所得的某時段某柵格，根據步驟1)中載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，篩選出在該時段內途徑該柵格的航空器而作為航空器集合；航空器進離柵格的時間以分鐘計，對航空器進入柵格的時刻減去緩沖時間δt1，對航空器離開柵格的時刻加上緩沖時間δt2；
10.步驟6)判斷航空器集合內的航空器是否存在時刻重疊：遍歷步驟5)所得的航空器集合，逐一選擇任意兩架航空器作為一個航空器組，判斷各航空器組的通過時間是否存在
交叉重疊，若存在，將該航空器組對于該柵格的潛在交互關系值設為1，否則設為0；
11.步驟7)判斷航空器間是否發生空間交互：遍歷步驟6)所得的潛在交互關系值為1的航空器組，根據步驟1)載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據和步驟3)確定的柵格的邊界坐標數據，逐分鐘判斷各航空器組內航空器間是否存在水平交互、垂直交互、速度交互的情況；若存在水平交互的情況，則將該航空器組在該時刻的水平交互值設為1，否則設為0；若存在垂直交互的情況，則將該航空器組在該時刻的垂直交互值設為1，否則設為0；若存在速度交互的情況，則將該航空器組在該時刻的速度交互值設為1，否則設為0；
12.步驟8)計算該時段該柵格內航空器總交互持續時長：遍歷步驟7)所得的各時刻各航空器組的水平交互值、垂直交互值和速度交互值，分別進行求和后，即得到該時段該柵格的水平交互持續時長、垂直交互持續時長和速度交互持續時長；再將水平交互持續時長、垂直交互持續時長和速度交互持續時長相加而得到該時段該柵格的航空器總交互持續時長；
13.步驟9)計算該時段該柵格內航空器運行時間：根據步驟5)所得在該時段途徑該柵格的航空器集合、步驟1)載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據、步驟3)確定的柵格邊界坐標數據，檢索出航空器集合內各航空器進離該柵格的時刻，并計算各航空器在該柵格內運行的持續時間；將航空器集合內各航空器運行的持續時間相加，即得到該時段該柵格內航空器運行時間；
14.步驟10)計算該時段該柵格的柵格交互指數：由步驟8)所得的該時段該柵格的航空器總交互持續時長，除以步驟9)所得的該時段該柵格內航空器運行時間，即得到該時段該柵格的柵格交互指數；
15.步驟11)計算該時段的空域交互指數：按照步驟8)所得的某時段某柵格內航空器總交互持續時長和步驟9)所得的航空器運行時間的計算方法，計算該時段內各柵格的航空器總交互時長和運行時間，并將各柵格的航空器總交互時長和運行時間分別求和而得到該時段空域交互時長和該時段空域運行時間；然后將上述該時段空域交互時長除以該時段空域運行時間，即得到該時段的空域交互指數；
16.步驟12)計算待測空域在該時段的空域復雜度：按照步驟10)所得的某時段某柵格的柵格交互指數的計算方法，計算該時段內各柵格的柵格交互指數并求和；然后將求和結果與步驟11)所得的該時段的空域交互指數相乘，即得到該時段的空域復雜度；
17.步驟13)計算待測時域-空域的平均復雜度：按照步驟4)所得的時段和步驟12)所述的空域復雜度計算方法，分別計算各時段的空域復雜度，然后求平均值，即得到待測空域的平均復雜度；
18.步驟14)計算空域復雜性的空間均衡度：按照步驟10)所述的某時段某柵格的柵格交互指數的計算方法，以及步驟2)設置的待測時域的起止時間，計算待測時域內各時段各柵格的柵格交互指數，并計算每一時段內各柵格的柵格交互指數的方差，隨后取各時段的方差最大值，即為待測時域-空域內空域復雜性的空間均衡度；
19.步驟15)計算空域復雜性的時間均衡度：按照步驟12)所述的某時段的空域復雜度的計算方法，分別計算該待測時域內各時段的空域復雜度，并計算各時段的空域復雜度的方差，即為待測時域-空域內空域復雜性的時間均衡度。
20.在步驟7)中，所述判斷航空器間是否存在水平交互的方法是：遍歷步驟6)所得的
存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的水平航向，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其航向分別以h
t
(a，k)、h
t
(b，k)表示；設航向夾角閾值為h0，若航向夾角大于等于航向夾角閾值，即|h
t
(a，k)-h
t
(b，k)|≥h0，則認為兩航空器在t時刻存在水平交互，即t時刻該航空器組對應的水平交互值為1。
21.在步驟7)中，所述判斷航空器間是否存在垂直交互的方法是：遍歷步驟6)所得的存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的爬升率，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其爬升率分別以v
t
(a，k)、v
t
(b，k)表示；航空器的爬升率正閾值以v0表示、負閾值以-v0表示，若航空器的爬升率大于等于爬升率正閾值v0，則認為該航空器處于爬升狀態；若爬升率小于等于爬升率負閾值-v0，則認為該航空器處于下降狀態；否則認為該航空器處于平飛狀態。檢測兩航空器的垂直飛行狀態，若垂直飛行狀態不同，則認為兩航空器存在垂直交互，即t時刻該航空器組對應的垂直交互值為1。
22.在步驟7)中，所述判斷航空器間是否存在速度交互的方法是：遍歷步驟6)所得的存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的速度，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其速度分別以s
t
(a，k)、s
t
(b，k)表示；兩航空器的速度差異閾值以s0表示，若兩航空器的速度差異大于等于速度差異閾值s0，即|s
t
(a，k)-s
t
(b，k)|≥s0，則認為兩航空器在t時刻存在速度交互，即t時刻該航空器組對應的速度交互值為1。
23.在步驟10)中，所述某時段某柵格的柵格交互指數計算方法是：假定步驟3)中將該時劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，將步驟8)所得的第i時段內各時刻各航空器組對該第j柵格的水平、垂直、速度交互時長分別求和，即為該柵格在該時段內的水平、垂直、速度交互時間，分別以表示；柵格內航空器總交互時長以表示，其為柵格的水平、垂直、速度交互時間之和，即該時段該柵格內航空器運行時間以表示，柵格交互指數以通過柵格內航空器交互持續時長除以柵格內航空器運行時間計算，即
24.在步驟11)中，所述某時段的空域交互指數計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，則第i時段內第j柵格的航空器交互持續時長為第i時段內第j柵格的航空器運行時間為該時段的空域交互指數adi為該時段各柵格的航空器交互持續時長之和除以各柵格內航空器運行時間之和，即
25.在步驟12)中，所述某時段的空域復雜度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，則第i時段內第j柵格的柵格交互指數為該時段的空域交互指數為adi；該時段空域復雜度ci為該時段各柵格的柵格交互指數之和乘以該時段的空域交互指數，即
26.在步驟13)中，所述待測時域-空域的平均復雜度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段的空域復雜度為ci；則該時域-空域的平均復雜度為各時段的空域復雜度的平均值，即
27.在步驟14)中，所述空域復雜度的空間均衡度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段內第j柵格的柵格交互指數為則該時段各柵格交互指數的平均值各柵格交互指數的方差可分別計算，待測時域-空域內空域復雜性的空間均衡度為各時段方差的最大值，即c
a_s
＝max
1≤i≤m
si
di
。
28.在步驟15)中，所述空域復雜度的時間均衡度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段的空域復雜度為ci；該時域-空域內的平均復雜度為c；則待測時域-空域內空域復雜性的時間均衡度值為各時段空域復雜度的方差，即
29.本發明的有益效果是：評價方法簡單易用，不受人為因素影響，可實現空中交通復雜性的快速量化評價。本方法在接入航空器歷史航跡數據和待測時域-空域數據后，基于某時段各航空器在待測空域內的飛行交互關系，對該待測空域的空中交通復雜性進行評價，無需人工干預、性能可靠，是一種準確、快速地通過大規模歷史航跡數據對空域中交通態勢復雜性進行量化評價的方法。可以彌補當前技術和方法的不足，為新一代空中交通系統建設提供基礎。
附圖說明
30.圖1為本發明提供的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法流程圖；
31.圖2為本發明實施例中的待測空域柵格劃分示意圖；
32.圖3為本發明實施例中的航空器運行狀態垂直方向示意圖；
33.圖4為本發明實施例中的航空器運行狀態水平方向示意圖。
具體實施方式
34.以下結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。
35.如圖1所示，本發明提供的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法包括按順序進行的下列步驟：
36.步驟1)載入航空器運行軌跡數據：從空中交通管理數據存儲系統載入航空器實際運行數據，從中提取出起飛機場、降落機場、機型、實際起飛時刻、實際降落時刻以及航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度、高度、速度、航向和爬升率在內的數據，然后存入數據庫；
37.步驟2)設置待測時域-空域參數：設置待測時域的起止時間；設置待測空域各邊界點的經緯度坐標、空域內可允許航空器運行的高度范圍；
38.步驟3)對待測空域進行柵格化處理：根據步驟2)中設置的待測空域各邊界點的經緯度坐標和空域內可允許航空器運行的高度范圍，使用多個長寬均為ls、高度為hs的密鋪長方體形柵格對上述待測空域進行劃分而獲得多個柵格，并確定出各柵格的邊界坐標數據；
39.步驟4)對待測時域進行片段化處理：以時間段ts為單位對上述待測時域進行劃分而獲得多個時段；
40.步驟5)篩選某時段某柵格途經的航空器集合：選擇步驟3)、4)中劃分所得的某時段某柵格，根據步驟1)中載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，篩選出在該時段內途徑該柵格的航空器而作為航空器集合；航空器進離柵格的時間以分鐘計，對航空器進入柵格的時刻減去緩沖時間δt1，對航空器離開柵格的時刻加上緩沖時間δt2；
41.所述航空器進入、離開柵格的緩沖時間的設置方法是：由于實際運行中航空器進入或離開某柵格的時間不一定為整數分鐘時刻，可能為該分鐘內的某秒，為便于后續步驟6)中判斷各航空器是否存在時刻重疊，因此將其進離柵格的時間按分鐘數取整，將進入柵格的時間向上取整，將離開柵格的時間向下取整；且由于航空器在進離柵格時，其運行信息將在兩柵格間進行交接，管制員需根據此信息對空域內既有航空器進行調整與處理，因此在航空器進入某柵格前以及離開某柵格后的較短時間內，其對于該柵格的影響仍然存在；綜合以上原因，對于航空器進入柵格的時刻減去緩沖時間δt1，離開柵格的時刻加上緩沖時間δt2，這樣便于衡量某航空器對于某柵格的總影響時間。
42.步驟6)判斷航空器集合內的航空器是否存在時刻重疊：遍歷步驟5)所得的航空器集合，逐一選擇任意兩架航空器作為一個航空器組，判斷各航空器組的通過時間是否存在交叉重疊，若存在，將該航空器組對于該柵格的潛在交互關系值設為1，否則設為0；
43.步驟7)判斷航空器間是否發生空間交互：遍歷步驟6)所得的潛在交互關系值為1的航空器組，根據步驟1)載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據和步驟3)確定的柵格的邊界坐標數據，逐分鐘判斷各航空器組內航空器間是否存在水平交互、垂直交互、速度交互的情況；若存在水平交互的情況，則將該航空器組在該時刻的水平交互值設為1，否則設為0；若存在垂直交互的情況，則將該航空器組在該時刻的垂直交互值設為1，否則設為0；若存在速度交互的情況，則將該航空器組在該時刻的速度交互值設為1，否則設為0；
44.所述判斷航空器間是否存在水平交互的方法是：遍歷步驟6)所得的存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的水平航向，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其航向分別以h
t
(a，k)、h
t
(b，k)表示；設航向夾角閾值為h0，若航向夾角大于等于航向夾角閾值，即|h
t
(a，k)-h
t
(b，k)|≥h0，則認為兩航空器在t時刻存在水平交互，即t時刻該航空器組對應的水平交互值為1。
45.所述判斷航空器間是否存在垂直交互的方法是：遍歷步驟6)所得的存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的爬升率，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其爬升率分別以v
t
(a，k)、v
t
(b，k)表示；航空器的爬升率正閾值以v0表示、負閾值以-v0表示，若航空器的爬升率大于等于爬升率正閾值v0，則認為該航空器處于爬升狀態；若爬升率小于等于爬升率負閾值-v0，則認為該航空器處于下降狀態；否則認為該航空器處于平飛狀態。檢測兩航空器的垂直飛行狀態，若垂直飛行狀態不同，則認為兩航空器存在垂直交互，即t時刻該航空器組對應的垂直交互值為1。
46.所述判斷航空器間是否存在速度交互的方法是：遍歷步驟6)所得的存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的速度，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其速度分別以s
t
(a，k)、s
t
(b，k)表示；兩航空器的速度差異閾值以s0表示，若兩航空器的速度差異大于等于速度差異閾值s0，即|s
t
(a，k)-s
t
(b，k)|≥s0，則認為兩航空器在t時刻存在速度交互，即t時刻該航空器組對應的速度交互值為1。
47.步驟8)計算該時段該柵格內航空器總交互持續時長：遍歷步驟7)所得的各時刻各航空器組的水平交互值、垂直交互值和速度交互值，分別進行求和后，即得到該時段該柵格的水平交互持續時長、垂直交互持續時長和速度交互持續時長；再將水平交互持續時長、垂直交互持續時長和速度交互持續時長相加而得到該時段該柵格的航空器總交互持續時長；
48.步驟9)計算該時段該柵格內航空器運行時間：根據步驟5)所得在該時段途徑該柵格的航空器集合、步驟1)載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據、步驟3)確定的柵格邊界坐標數據，檢索出航空器集合內各航空器進離該柵格的時刻，并計算各航空器在該柵格內運行的持續時間；將航空器集合內各航空器運行的持續時間相加，即得到該時段該柵格內航空器運行時間；
49.步驟10)計算該時段該柵格的柵格交互指數：由步驟8)所得的該時段該柵格的航空器總交互持續時長，除以步驟9)所得的該時段該柵格內航空器運行時間，即得到該時段該柵格的柵格交互指數；
50.所述某時段某柵格的柵格交互指數計算方法是：假定步驟3)中將該時劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，將步驟8)所得的第i時段內各時刻各航空器組對該第j柵格的水平、垂直、速度交互時長分別求和，即為該柵格在該時段內的水平、垂直、速度交互時間，分別以表示；柵格內航空器總交互時長以表示，其為柵格的水平、垂直、速度交互時間之和，即該時段該柵格內航空器運行時間以表示，柵格交互指數以通過柵格內航空器交互持續時長除以柵格內航空器運行時間計算，即
51.步驟11)計算該時段的空域交互指數：按照步驟8)所得的某時段某柵格內航空器總交互持續時長和步驟9)所得的航空器運行時間的計算方法，計算該時段內各柵格的航空器總交互時長和運行時間，并將各柵格的航空器總交互時長和運行時間分別求和而得到該時段空域交互時長和該時段空域運行時間；然后將上述該時段空域交互時長除以該時段空域運行時間，即得到該時段的空域交互指數；
52.所述某時段的空域交互指數計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，則第i時段內第j柵格的航空器交互持續時長為第i時段內第j柵格的航空器運行時間為該時段的空域交互指數adi為該時段各柵格的航空器交互持續時長之和除以各柵格內航空器運行時間之和，即
53.步驟12)計算待測空域在該時段的空域復雜度：按照步驟10)所得的某時段某柵格的柵格交互指數的計算方法，計算該時段內各柵格的柵格交互指數并求和；然后將求和結
果與步驟11)所得的該時段的空域交互指數相乘，即得到該時段的空域復雜度；
54.所述某時段的空域復雜度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，則第i時段內第j柵格的柵格交互指數為該時段的空域交互指數為adi；該時段空域復雜度ci為該時段各柵格的柵格交互指數之和乘以該時段的空域交互指數，即
55.步驟13)計算待測時域-空域的平均復雜度：按照步驟4)所得的時段和步驟12)所述的空域復雜度計算方法，分別計算各時段的空域復雜度，然后求平均值，即得到待測空域的平均復雜度；
56.所述待測時域-空域的平均復雜度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段的空域復雜度為ci；則該時域-空域的平均復雜度為各時段的空域復雜度的平均值，即
57.步驟14)計算空域復雜性的空間均衡度：按照步驟10)所述的某時段某柵格的柵格交互指數的計算方法，以及步驟2)設置的待測時域的起止時間，計算待測時域內各時段各柵格的柵格交互指數，并計算每一時段內各柵格的柵格交互指數的方差，隨后取各時段的方差最大值，即為待測時域-空域內空域復雜性的空間均衡度；此數值越高，表明待測時域-空域內各柵格的柵格交互指數差異越大，空間均衡度越弱；
58.所述空域復雜度的空間均衡度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段內第j柵格的柵格交互指數為則該時段各柵格交互指數的平均值各柵格交互指數的方差可分別計算，待測時域-空域內空域復雜性的空間均衡度為各時段方差的最大值，即c
a_s
＝max
1≤i≤m
si
di
。
59.步驟15)計算空域復雜性的時間均衡度：按照步驟12)所述的某時段的空域復雜度的計算方法，分別計算該待測時域內各時段的空域復雜度，并計算各時段的空域復雜度的方差，即為待測時域-空域內空域復雜性的時間均衡度；此數值越高，表明待測時域-空域內各時段的空域復雜度差異越大，時間均衡度越弱。
60.所述空域復雜度的時間均衡度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段的空域復雜度為ci；該時域-空域內的平均復雜度為c；則待測時域-空域內空域復雜性的時間均衡度值為各時段空域復雜度的方差，即
61.實施例：
62.本實施例提供的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法包括按順序進行的下列步驟：
63.步驟1)載入航空器運行軌跡數據：從空中交通管理數據存儲系統載入的航空器實際運行數據如表1所示。本實施例中共有18架航空器，航空器實際運行數據包括各航空器在當前時刻的經度、緯度、高度、速度、航向和爬升率。
64.步驟2)設置待測時域-空域參數：待測時域的起止時間為00:00:00-00:06:00，待測空域數據如表2所示。待測空域信息包括空域經緯度坐標和高度范圍。
65.步驟3)對待測空域進行柵格化處理：本實施例中柵格的長和寬ls均設置為20海里，高度hs設置為1000米；待測空域被劃分成4個柵格，即n＝4，分別編號為i、ii、iii、iv，如圖2所示。
66.步驟4)對待測時域進行片段化處理：本實施例中時間段ts設置為3分鐘，待測時域被劃分成2個時段，即m＝2；
67.步驟5)篩選某時段某柵格途經的航空器集合：本實施例中緩沖時間δt1設置為1分鐘，緩沖時間δt2設置為1分鐘；經篩選，共有16架航空器位于待測時域-空域內，編號分別為f01-f16；航空器運行數據如表3所示，航空器運行態勢如圖3、圖4所示。
68.步驟6)對航空器集合內兩架航空器間是否存在時刻重疊進行判斷：經判斷，航空器f01-f04處于同一柵格，存在時刻重疊；航空器f05-f08處于同一柵格，存在時刻重疊；航空器f09-f12處于同一柵格，存在時刻重疊；航空器f13-f16處于同一柵格，存在時刻重疊。各時刻各柵格的航空器時刻重疊關系如表4-1至表4-6表示。
69.步驟7)判斷存在時刻重疊的航空器間是否發生交互：各時刻各柵格的航空器交互關系類型如表5-1至表5-6所示。其中水平交互以h表示，垂直交互以v表示，速度交互以s表示；速度差異閾值s0設置為35千米/時，水平航向夾角閾值h0設置為20度，爬升率正閾值v0設置為20米/秒。
70.步驟8)計算該時段該柵格內航空器交互持續時長：各時刻各柵格內航空器間兩兩交互關系數量如表6-1至表6-6所示；統計各時刻各航空器數據后，本實施例所示各時段各柵格的航空器交互持續時長如表7所示。
71.步驟9)計算該時段該柵格內航空器運行時間：各時段各柵格內航空器運行時長如表8所示。
72.步驟10)計算該時段該柵格的柵格交互指數；各時段各柵格的柵格交互指數統計表如表9所示。
73.步驟11)計算該時段的空域交互指數：各時段的空域交互指數如表10所示。
74.步驟12)計算待測空域在該時段的空域復雜度：
75.第i時段的空域復雜度
76.第ii時段的空域復雜度
77.步驟13)計算待測時域-空域的平均復雜度：
78.步驟14)計算空域復雜度的空間均衡度：c
a_s
＝max
1≤i≤2
si
di
＝0.248。
79.步驟15)計算空域復雜度的時間均衡度：
80.表1航空器運行數據表
81.航空器編號經度緯度高度(m)速度(km/h)航向(度)爬升率(m/s)01120
°
02
′
00
″
e40
°
18
′
00
″
n4800800090002120
°
08
′
00
″
e40
°
13
′
00
″
n4800750090003120
°
08
′
00
″
e40
°
11
′
00
″
n4500725270004120
°
05
′
00
″
e40
°
15
′
00
″
n41007400452005120
°
15
′
00
″
e40
°
16
′
00
″
n4500780270006120
°
17
′
00
″
e40
°
08
′
00
″
n48008200900
07120
°
19
′
00
″
e40
°
11
′
00
″
n4600725225-2008120
°
15
′
00
″
e40
°
12
′
00
″
n41007400452009120
°
02
′
00
″
e40
°
07
′
00
″
n3600800090010120
°
09
′
00
″
e40
°
09
′
00
″
n3900775270011120
°
05
′
00
″
e40
°
02
′
00
″
n32007500452012120
°
09
′
00
″
e40
°
04
′
00
″
n3200800135-1013120
°
00
′
00
″
e40
°
06
′
00
″
n3800700135-1014120
°
17
′
00
″
e40
°
09
′
00
″
n3900750270015120
°
13
′
00
″
e40
°
02
′
00
″
n34007250452016120
°
16
′
00
″
e40
°
03
′
00
″
n3600800090017120
°
03
′
00
″
e40
°
22
′
00
″
n3300750135-1018120
°
23
′
00
″
e40
°
04
′
00
″
n3800700900
82.表2待測空域信息表
83.經度范圍120
°
00
′
00
″
e-120
°
20
′
00
″
e緯度范圍40
°
00
′
00
″
n-40
°
20
′
00
″
n高度范圍3000米-5000米
84.表3待測空域內航空器運行數據表
[0085][0086]
表4-1航空器潛在交互統計表——第ⅰ時段第0-1分鐘
[0087][0088]
表4-2航空器潛在交互統計表——第ⅰ時段第1-2分鐘
[0089][0090]
表4-3航空器潛在交互統計表——第ⅰ時段第2-3分鐘
[0091][0092]
表4-4航空器潛在交互統計表——第ⅱ時段第3-4分鐘
[0093][0094]
表4-5航空器潛在交互統計表——第ⅱ時段第4-5分鐘
[0095][0096]
表4-6航空器潛在交互統計表——第ⅱ時段第5-6分鐘
[0097][0098]
表5-1航空器交互類型統計表——第ⅰ時段第0-1分鐘
[0099][0100]
表5-2航空器交互類型統計表——第ⅰ時段第1-2分鐘
[0101][0102]
表5-3航空器交互類型統計表——第ⅰ時段第2-3分鐘
[0103][0104]
表5-4航空器交互類型統計表——第ⅱ時段第3-4分鐘
[0105][0106]
表5-5航空器交互類型統計表——第ⅱ時段第4-5分鐘
[0107][0108]
表5-6航空器交互類型統計表——第ⅱ時段第5-6分鐘
[0109][0110]
表6-1航空器交互數量統計表——第ⅰ時段第0-1分鐘
[0111][0112]
表6-2航空器交互數量統計表——第ⅰ時段第1-2分鐘
[0113][0114]
表6-3航空器交互數量統計表——第ⅰ時段第2-3分鐘
[0115][0116]
表6-4航空器交互數量統計表——第ⅱ時段第3-4分鐘
[0117][0118]
表6-5航空器交互數量統計表——第ⅱ時段第4-5分鐘
[0119][0120]
表6-6航空器交互數量統計表——第ⅱ時段第5-6分鐘
[0121][0122]
表7各柵格內航空器交互時長統計表
[0123] 第ⅰ號柵格第ⅱ號柵格第ⅲ號柵格第ⅳ號柵格第0-1分鐘2000第1-2分鐘2202第2-3分鐘11161113第ⅰ時段合計15181115 第ⅰ號柵格第ⅱ號柵格第ⅲ號柵格第ⅳ號柵格第3-4分鐘7161113第4-5分鐘2062第5-6分鐘0000第ⅱ時段合計9161915 第ⅰ號柵格第ⅱ號柵格第ⅲ號柵格第ⅳ號柵格待測時域合計24342830
[0124]
表8各柵格內航空器運行時長統計表
[0125] 第ⅰ號柵格第ⅱ號柵格第ⅲ號柵格第ⅳ號柵格第ⅰ時段合計8766第ⅱ時段合計5586待測時域合計13121412
[0126]
表9各柵格交互指數統計表
[0127][0128]
表10空域交互指數計算
[0129] 航空器交互時長航空器運行時長空域交互指數第ⅰ時段15+18+11+15＝578+7+6+6＝2757/27＝2.111第ⅱ時段9+16+19+15＝595+5+8+6＝2459/24＝2.458待測時域合計24+34+28+30＝11613+12+14+12＝51116/51＝2.275
技術特征：
1.一種基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：所述基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法包括按順序進行的下列步驟：步驟1)載入航空器運行軌跡數據：從空中交通管理數據存儲系統載入航空器實際運行數據，從中提取出起飛機場、降落機場、機型、實際起飛時刻、實際降落時刻以及航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度、高度、速度、航向和爬升率在內的數據，然后存入數據庫；步驟2)設置待測時域-空域參數：設置待測時域的起止時間；設置待測空域各邊界點的經緯度坐標、空域內可允許航空器運行的高度范圍；步驟3)對待測空域進行柵格化處理：根據步驟2)中設置的待測空域各邊界點的經緯度坐標和空域內可允許航空器運行的高度范圍，使用多個長寬均為l
s
、高度為h
s
的密鋪長方體形柵格對上述待測空域進行劃分而獲得多個柵格，并確定出各柵格的邊界坐標數據；步驟4)對待測時域進行片段化處理：以時間段t
s
為單位對上述待測時域進行劃分而獲得多個時段；步驟5)篩選某時段某柵格途經的航空器集合：選擇步驟3)、4)中劃分所得的某時段某柵格，根據步驟1)中載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，篩選出在該時段內途徑該柵格的航空器而作為航空器集合；航空器進離柵格的時間以分鐘計，對航空器進入柵格的時刻減去緩沖時間δt1，對航空器離開柵格的時刻加上緩沖時間δt2；步驟6)判斷航空器集合內的航空器是否存在時刻重疊：遍歷步驟5)所得的航空器集合，逐一選擇任意兩架航空器作為一個航空器組，判斷各航空器組的通過時間是否存在交叉重疊，若存在，將該航空器組對于該柵格的潛在交互關系值設為1，否則設為0；步驟7)判斷航空器間是否發生空間交互：遍歷步驟6)所得的潛在交互關系值為1的航空器組，根據步驟1)載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據和步驟3)確定的柵格的邊界坐標數據，逐分鐘判斷各航空器組內航空器間是否存在水平交互、垂直交互、速度交互的情況；若存在水平交互的情況，則將該航空器組在該時刻的水平交互值設為1，否則設為0；若存在垂直交互的情況，則將該航空器組在該時刻的垂直交互值設為1，否則設為0；若存在速度交互的情況，則將該航空器組在該時刻的速度交互值設為1，否則設為0；步驟8)計算該時段該柵格內航空器總交互持續時長：遍歷步驟7)所得的各時刻各航空器組的水平交互值、垂直交互值和速度交互值，分別進行求和后，即得到該時段該柵格的水平交互持續時長、垂直交互持續時長和速度交互持續時長；再將水平交互持續時長、垂直交互持續時長和速度交互持續時長相加而得到該時段該柵格的航空器總交互持續時長；步驟9)計算該時段該柵格內航空器運行時間：根據步驟5)所得在該時段途徑該柵格的航空器集合、步驟1)載入的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據、步驟3)確定的柵格邊界坐標數據，檢索出航空器集合內各航空器進離該柵格的時刻，并計算各航空器在該柵格內運行的持續時間；將航空器集合內各航空器運行的持續時間相加，即得到該時段該柵格內航空器運行時間；步驟10)計算該時段該柵格的柵格交互指數：由步驟8)所得的該時段該柵格的航空器總交互持續時長，除以步驟9)所得的該時段該柵格內航空器運行時間，即得到該時段該柵格的柵格交互指數；步驟11)計算該時段的空域交互指數：按照步驟8)所得的某時段某柵格內航空器總交
互持續時長和步驟9)所得的航空器運行時間的計算方法，計算該時段內各柵格的航空器總交互時長和運行時間，并將各柵格的航空器總交互時長和運行時間分別求和而得到該時段空域交互時長和該時段空域運行時間；然后將上述該時段空域交互時長除以該時段空域運行時間，即得到該時段的空域交互指數；步驟12)計算待測空域在該時段的空域復雜度：按照步驟10)所得的某時段某柵格的柵格交互指數的計算方法，計算該時段內各柵格的柵格交互指數并求和；然后將求和結果與步驟11)所得的該時段的空域交互指數相乘，即得到該時段的空域復雜度；步驟13)計算待測時域-空域的平均復雜度：按照步驟4)所得的時段和步驟12)所述的空域復雜度計算方法，分別計算各時段的空域復雜度，然后求平均值，即得到待測空域的平均復雜度；步驟14)計算空域復雜性的空間均衡度：按照步驟10)所述的某時段某柵格的柵格交互指數的計算方法，以及步驟2)設置的待測時域的起止時間，計算待測時域內各時段各柵格的柵格交互指數，并計算每一時段內各柵格的柵格交互指數的方差，隨后取各時段的方差最大值，即為待測時域-空域內空域復雜性的空間均衡度；步驟15)計算空域復雜性的時間均衡度：按照步驟12)所述的某時段的空域復雜度的計算方法，分別計算該待測時域內各時段的空域復雜度，并計算各時段的空域復雜度的方差，即為待測時域-空域內空域復雜性的時間均衡度。2.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟7)中，所述判斷航空器間是否存在水平交互的方法是：遍歷步驟6)所得的存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的水平航向，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其航向分別以h
t
(a,k)、h
t
(b,k)表示；設航向夾角閾值為h0，若航向夾角大于等于航向夾角閾值，即|h
t
(a,k)-h
t
(b,k)|≥h0，則認為兩航空器在t時刻存在水平交互，即t時刻該航空器組對應的水平交互值為1。3.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟7)中，所述判斷航空器間是否存在垂直交互的方法是：遍歷步驟6)所得的存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的爬升率，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其爬升率分別以v
t
(a,k)、v
t
(b,k)表示；航空器的爬升率正閾值以v0表示、負閾值以-v0表示，若航空器的爬升率大于等于爬升率正閾值v0，則認為該航空器處于爬升狀態；若爬升率小于等于爬升率負閾值-v0，則認為該航空器處于下降狀態；否則認為該航空器處于平飛狀態；檢測兩航空器的垂直飛行狀態，若垂直飛行狀態不同，則認為兩航空器存在垂直交互,即t時刻該航空器組對應的垂直交互值為1。4.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟7)中，所述判斷航空器間是否存在速度交互的方法是：遍歷步驟6)所得的存在時刻重疊的航空器組，對于兩航空器的重疊時段，查詢步驟1)所述的航空器實際飛經路徑的時間戳、經度、緯度及高度數據，逐分鐘檢索各航空器的速度，在t時刻航空器a、b均處于柵格k中，其速度分別以s
t
(a,k)、s
t
(b,k)表示；兩航空器的速度差異閾值以s0表示，若兩航空器的速度差異大于等于速度差異閾值s0，即|s
t
(a,k)-s
t
(b,k)|≥s0，則認為兩航空器在t
時刻存在速度交互，即t時刻該航空器組對應的速度交互值為1。5.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟10)中，所述某時段某柵格的柵格交互指數計算方法是：假定步驟3)中將該時劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，將步驟8)所得的第i時段內各時刻各航空器組對該第j柵格的水平、垂直、速度交互時長分別求和，即為該柵格在該時段內的水平、垂直、速度交互時間，分別以交互時間，分別以表示；柵格內航空器總交互時長以表示，其為柵格的水平、垂直、速度交互時間之和，即該時段該柵格內航空器運行時間以表示，柵格交互指數以通過柵格內航空器交互持續時長除以柵格內航空器運行時間計算，即6.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟11)中，所述某時段的空域交互指數計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，則第i時段內第j柵格的航空器交互持續時長為第i時段內第j柵格的航空器運行時間為該時段的空域交互指數ad
i
為該時段各柵格的航空器交互持續時長之和除以各柵格內航空器運行時間之和，即7.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟12)中，所述某時段的空域復雜度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，則第i時段內第j柵格的柵格交互指數為該時段的空域交互指數為ad
i
；該時段空域復雜度c
i
為該時段各柵格的柵格交互指數之和乘以該時段的空域交互指數，即8.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟13)中，所述待測時域-空域的平均復雜度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段的空域復雜度為c
i
；則該時域-空域的平均復雜度為各時段的空域復雜度的平均值，即9.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟14)中，所述空域復雜度的空間均衡度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段內第j柵格的柵格交互指數為則該時段各柵格交互指數的平均值各柵格交互指數的平均值各柵格交互指數的方差可分別計算，待測時域-空域內空域復雜性的空間均衡度為各時段方差的最大值，即c
a_s
＝max
1≤i≤m
si
di
。10.根據權利要求1所述的基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法，其特征在于：在步驟15)中，所述空域復雜度的時間均衡度計算方法是：假定步驟3)中將該時域劃分成m個時段，將空域劃分成n個柵格，第i時段的空域復雜度為c
i
；該時域-空域內的平均復
雜度為c；則待測時域-空域內空域復雜性的時間均衡度值為各時段空域復雜度的方差，即
技術總結
一種基于航空器交互關系的空域復雜性柵格化評價方法。其包括載入航空器運行軌跡數據、設置待測時域-空域參數、對待測空域進行柵格化處理、對待測時域進行片段化處理、篩選某時段某柵格途經的航空器集合、判斷航空器集合內的航空器是否存在時刻重疊、判斷航空器間是否發生空間交互、計算該時段該柵格內航空器總交互持續時長、計算該時段該柵格內航空器運行時間、計算該時段該柵格的柵格交互指數、計算該時段的空域交互指數、計算待測空域在該時段的空域復雜度、計算待測時域-空域的平均復雜度、計算空域復雜性的空間均衡度、計算空域復雜性的時間均衡度等步驟。本發明簡單易用，不受人為因素影響，可實現空中交通復雜性的快速量化評價。量化評價。量化評價。
