基于bp网络空中交通管制运行品质评价

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1、基于BP网络空中交通管制运行品质评价基金项目：国家科技支撑计划项目(2011BAH24B06)；国家软科学计划项目(2010GXS1B105)；民航科技项目(MHRDZ200815)作者简介：张建平(1976-),男，高级工程师，博士研究生，研究方向为空中交通管理，电话：13808097935,E-mail：jpzhang031l@hotmail.com文章编号：0258-2724(2013)03-0553-06D0I:10.3969/j.issn.0258-2724.2013.03.025摘要：为改善空中交通管制运行

2、品质综合评价方法，建立了包括空中交通流密度、运行安全性能、运行效率性能及管制员工作负荷的通用评价指标体系；基于BP(backpropagation)网络模型给出了运行品质分类评价的人工智能方法•针对成都终端管制区域平行双跑道隔离运行模式，采集60个典型样本进行网络训练测试，确立了拓扑结构为12-7-5型的BP网络模型，并应用于对40个检验样本的分类评价•经与主成分分析法比对，2种综合评价方法所得出的评价结果基本一致.关键词：BP网络；空中交通管制；运行品质；综合评价；主成分分析法中图分类号：V355文献标志码：A空中交

3、通管制运行品质涵盖空中交通流密度、运行安全性能、运行效率性能及管制员工作负荷等多个方面［1-2］.对管制运行品质做出科学评价，是确定管制运行优化策略、改善管制运行状况的前提.相关研究成果包括：文献［3-5］研究了空中交通流密度问题，提出了用于判别空中交通拥挤程度的指标及分析计算方法；文献［6-8］基于威胁差错管理(threatanderrormanagement,TEM),给出了管制运行安全性能的评价方法；文献［9-10］通过研究航班延误问题，对管制运行效率性能进行了评价；文献［11-13］针对管制员工作负荷评估，对管

4、制员生理及心理状况测量、人与机器系统环境之间相互作用等方面进行了研究，并应用于管制扇区容量评估•目前，研究主要针对单一管制运行品质问题，由于不同运行品质问题间相互影响、相互作用，需要对诸多运行品质因素开展综合评价，才能系统地改善管制运行状况•鉴于评价因素众多且存在此消彼涨的关系，依靠人工评定方式往往因专家意见相左而无法形成评价结论；文献［1-2］研究了定量的综合评价方法，针对单跑道终端区建立了管制运行品质评价指标体系，并基于主成分分析法对原始指标进行降维处理，实现综合评价.然而，主成分分析法是一种简化数据集技术，它是将

5、原始指标重新组合成一组新的互相无关的几个综合指标，同时根据实际需要从中取出几个较少的综合指标进行分析，因此会产生原始指标信息的丢失，影响评价结果的准确性；此外，应用主成分分析法尽管可得出样本综合评价分值，但无法实现对样本的分类归纳•实际中，基于全信息的评价方法是优选的评价方法，而就评价效果而言，样本分类结果较样本评分结果更加简洁直观•为改善上述问题，本文建立了通用的管制运行品质评价指标体系，通过设计BP(backpropagation)网络，针对全部原始指标信息建立输入-输出映射关系，以人工智能方式给出管制运行品质分类

6、评价方法.经实例验证，新方法弥补了主成分分析法的缺陷，更为优化.1评价策略及方法1.1管制运行品质评价指标体系管制运行品质评价指标尚无行业规范，为定量开展综合评价，基于文献［1］归纳得出了具有通用性的评价指标体系，如表1所示.近年来，空管领域相关雷达综合航迹处理技术、飞行计划处理技术、管制席位语音通话数据采集技术、数据集成共享技术都发展得比较成熟，这使得表1各项指标数据的采集具备技术和工程方面的可行性.1.2BP网络原理作为人工神经网络模型的代表，BP网络能学习和存储大量的输入-输出模式映射关系，无需事前揭示描述这种映

7、射关系的数学方程，具有突出的大规模并行处理、信息分布存储及自学习功能，已广泛应用于函数逼近、模式识别、分类及数据压缩问题[14],BP网络的拓扑结构包括输入层(inputlayer).隐含层(hidelayer)和输出层(outputlayer),学习算法由信息正向传播和误差反向传播两个过程组成.对于一个信息正向传播过程，输入层各节点负责接收来自外界的输入信息，并传递给隐含层各节点；隐含层负责信息变换,根据信息变化能力需求可以设计为单层或多层；最后一个隐含层传递到输出层各节点的信息，经进一步处理后由输出层向外界输出•当

8、实际输出与期望输出不符时，进入误差反向传播阶段•误差通过输出层，基于误差梯度下降的方式修正各层权值和阈值，向隐含层、输入层逐层反传.周而复始的信息正向传播和误差反向传播过程，是各层权值和阈值不断调整的过程，也是神经网络学习训练的过程，此过程一直进行到可以接受的程度为止[15].1.3策略及方法1.3.1网络设计理论证明，具有偏差和