一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法

1.一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建空域运行风险评估的指标体系；步骤2，对所述指标体系的权重进行确定；步骤3，对所述指标体系进行经典域分析以及节域分析；步骤4，对所述指标体系的模糊关联度进行分析；步骤5，根据所述指标体系，对所述空域运行进行综合风险评估；步骤1中所述的构建空域运行风险评估的指标体系的方法包括：在待评估空域中，结合所述空域运行特征，将空域运行风险指标 归纳为冲突风险指标 和运行态势风险指标 ，即 ，指标体系的详细信息说明如下：冲突风险指标 包括航班冲突数 、冲突发生率 、冲突持续时间 以及冲突严重程度 ，表示为： ；冲突数 ：评估时段 内航班间距小于安全距离事件发生次数；冲突发生率 ：冲突数 与航班总数 的比值， ；冲突持续时间 ：评估时段 内所有航空器从发生运行冲突到完成冲突解脱所用的时间；冲突严重程度 ：衡量评估时段 内所有航空器之间的冲突严重程度；设时段 的起止时刻为 、 ，存在运行冲突的航空器 和航空器 之间距离为关于时间 的函数 ，安全间隔距离要求为 ， 表示正比例增益系数，参数 表征航空器之间的危险接近程度， ； 则航空器 之间的冲突严重程度表示为 ；设评估时段 内存在运行冲突的航空器集合为 ， 表示存在运行冲突的第pair号航空器对，num表示航空器总数，则冲突严重程度 ；运行态势风险指标 包括调航向数 、平均航向改变量 、调高度数 、平均高度改变量 、调速度数 以及平均速度改变量 ，表示为： ；调航向数 ：评估时段 内航空器发生航向调整事件的次数；平均航向改变量 ：设发生航向调整事件时，航向改变量为， ，则评估时段 内 ；调高度数 ：评估时段 内航空器发生高度调整事件的次数；平均高度改变量 ：设发生高度调整事件时，高度改变量为 ，则评估时段 内 ；调速度数 ：评估时段 内航空器发生速度调整事件的次数；平均速度改变量 ：设发生速度调整事件时， 速度改变量为 ，则评估时段 内 。 2.根据权利要求1所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2-1，所述指标体系中指标的归一化处理，具体方法如下：取待评估空域的 条历史运行数据作为样本，设样本集合 ， 表示样本合集中第row条样本的指标体系，其中， ； ， ，表示样本 的指标值；用编号 表示风险评估指标体系中第col个指标，样本 的指标值记作 ， 表示样本 中编号为 指标值， 表示指标体系中指标个数；对所有历史数据采用直线型无量纲化处理；对步骤1中所述的空域运行风险评估指标体系，采用公式： ；进行归一化处理， 表示样本集合 中编号为 的指标的最小值， 表示编号为 的指标的最大值， 表示数据归一化后的值。 3.根据权利要求2所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2-2，对所述指标体系中的指标权重进行计算：步骤2-2-1，样本指标权重计算；计算第row个样本第col项指标占所有样本的该项指标的比重 ： ；步骤2-2-2，熵值和信息熵冗余度计算；指标 的熵值 ，其中 ，满足 ；指标 的信息熵冗余度 ；步骤2-2-3，评估指标权重；用 表示指标 的权重，各风险评估指标权重的计算公式为 , 。 4.根据权利要求3所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3-1，指标体系节域分析；基于样本集合 ，结合模糊C均值算法FCM完成指标体系经典域和节域分析；结合样本集合 ，指标体系节域表示为： ；式中， 表示空域运行风险评价物元模型， 表示空域运行风险的等级， 表示指标 的节域取值范围， 为样本集合 中编号为 的指标的最小值， 为指标 的最大值，即 ， 。 5.根据权利要求4所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3-2，指标体系经典域分析：步骤3-2-1，模糊C均值聚类算法参数初始化：设空域运行风险评估共分为 个等级，结合样本集合 ，采用模糊C均值算法FCM对各评估指标的样本数据进行分析；FCM聚类算法根据每个对象对于每个分类的隶属度来判断属于某个类簇的程度，其中隶属度矩阵 为 阶矩阵， 为设定的划分类别数， 为样本总数；隶属度矩阵 使用(0, 1)之间的数据进行初始化，并满足约束条件 ； 表示隶属度矩阵中第mi行第mj列的元素；设置模糊指数 ，模糊指数是在进行分类时约束分类模糊程度的参数；设置稳定分类阈值 ，稳定分类阈值用于判断当前分类结果是否达到稳定，若当前分类结果的价值函数与前一次分类结果的价值函数的差值小于 ，则认为本次分类相较于上一次分类是稳定的；否则认为是不稳定的；设置分类次数 ，通过是否达到 次稳定分类来判断分类结果是否达到稳定状态；设置索引变量 ，取指标 对应的历史运行数据进行聚类分析；步骤3-2-2，模糊C均值聚类；根据隶属度矩阵 ，由式 ， 得到本次分类的第 个聚类中心，由欧式距离公式分别求得 个数据样本到各聚类中心的距离 ， ；在此基础上，计算价值函数 ，公式为： ；式中， 表示聚类中心；若本次分类结果的价值函数与上一次分类结果的价值函数的差值大于稳定分类阈值 ，则本次聚类运算改进了分类结果，且具有进一步改进的空间，连续稳定聚类次数 重置为0，更新隶属度矩阵 ，再次进行聚类，隶属度矩阵的更新公式为： ；若 ，则FCM聚类算法结束，认为指标 对应的历史运行数据已经分为了 个不同的类簇，将各类簇数据按升序方式排列，并记为 ；令索引变量 ，若此时 ，则取指标 对应的历史运行数据进行聚类分析，继续执行步骤3-2-2，进行评估指标历史运行数据聚类分析；若 ，则基于样本数据的FCM数据分析完成，执行步骤3-2-3；步骤3-2-3，指标体系经典域计算；设评估指标体系索引变量col，针对指标 ，由步骤3-2-2已经得到历史运行数据的 个不同的类簇 ，则指标 的经典域表示为： ；式中， 表示指标 在等级 的经典域物元模型， 表示指标 的第 个风险等级， 为指标 在风险等级 处的量值范围， 为类簇 中的最小值， 为类簇 中的最大值，即 ， ， 表示风险评估指标个数， 表示空域运行风险等级数。 6.根据权利要求5所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤4包括：步骤4-1，隶属度函数设置：将评估指标 关于风险等级 的隶属度用变量 表示， 表示待评估空域根据步骤1得到的指标 统计值；结合步骤3中获得指标体系节域和经典域，待评估空域关于风险等级u 的隶属度函数表示为： ；评估空域关于风险等级 的隶属度函数表示为： ；评估空域关于风险等级 的隶属度函数表示为： 。 7.根据权利要求6所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤4包括：步骤4-2，评估指标隶属度计算：设 阶待评估空域的风险评估指标隶属度矩阵 ，评估指标体系索引变量 ，风险评估等级索引变量 ，其中 为风险评估指标个数， 为风险等级总数， 、 的初值均为1；步骤4-2-1，根据步骤4-1中隶属度计算公式，求解风险评估指标 关于风险等级 的隶属度，记作 ，令矩阵 行 列的值 ；步骤4-2-2，令 ，若 ，则重复执行步骤4-2-1；若 ，执行步骤4-2-3；步骤4-2-3，令 ，若 ，则令 ，执行步骤4-2-1；若 ，则 个风险评估指标关于 个风险等级的隶属度计算完成。 8.根据权利要求7所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤5包括：步骤5-1，空域运行风险隶属度矩阵计算；设 阶空域运行综合风险隶属度矩阵 ，矩阵元素 表示为 ， 阶指标权重矩阵 ，其中 ，则空域运行风险隶属度矩阵取值为 。 9.根据权利要求8所述的一种基于模糊物元分析的空域运行风险评估方法，其特征在于，步骤5包括：步骤5-2，评估空域运行风险等级；根据最大隶属度原则，空域运行评估风险等级为矩阵 中隶属度最大值所对应的风险等级，即若存在某整数 ，且隶属度矩阵 最大值 ，则风险等级 ，其中 表示矩阵在位置 的元素值。