基于空管运行数据的分析与挖掘

顾晓纬

摘   要：随着经济和科技水平的进步，我国民用航空业呈高速发展的态势，空管运行的技术要求与复杂度也不断提高。文章通过对民航华东空管局组织开发的科研项目运行数据进行统计并系统结合空管运行现状和发展，探讨一种在对自动化系统处理后的各类数据资源进行归类处理后进行统计和分析、研究的方法。

关键词：空管运行数据;数据分析;数据挖掘

空管运行数据分析在空管设备故障排查、航班统计分析、异常情况处理等方面具有重要作用。通过对ODSA系统的开发，可以为空管运行提供准确、及时的运行数据用于提升效率和科学规划，帮助系统维护人员寻找、发掘运行风险。同时，还能在后续的深度开发中，更好地挖掘、利用空管自动化系统大量运行数据的价值。

1    自动化系统运行数据统计和态势分析研究项目

1.1  背景分析

空管自动化系统在不间断的运行当中会产生大量有潜在价值的数据，管制部门和设备维护部门在实际工作中都有业务分析统计的需求。ODSA系统正是为了解决规范和高效收集、分析各空管自动化系统的运行数据问题而存在的。

借助相应的接口转换模块，ODSA系统将日常运行数据收集存储在标准化数据库中，为今后进行常态化的关键数据统计分析和安全评估打下基础。同时，也通过开发相应的定量分析工具，对空管自动化系统运行过程中的运行负荷、设备压力和管制流量等各种指标进行定量分析和计算，用来帮助运行部门和建设部门不断优化管理程序和系统配置，以便采取合理、有效的措施降低风险，更好地保障空管设备运行安全[1]。

1.2  系统特点

该系统的项目方案设计考虑到空管自动化数据的特点，首先，确保数据的完整性和可靠性。其次，突出统计的易用性和灵活性。最后，在系统的结构上确保可维护性和可扩展性。

1.2.1  数据的完整性和可靠性

ODSA系统数据的处理服务和数据库服务分离，确保数据处理的正常、可靠。同时，采用可靠的自动备份策略确保数据安全，采用权限管理确保数据的使用安全。

1.2.2  功能的易用性和灵活性

操作界面依据空管业务的特点进行布局。总体界面设计风格符合软件界面设计的业界通用标准。同时，可以灵活地使用已有的统计规则或使用基础数据项自定义新的统计规则，以满足新的需求。

1.2.3  结构的可维护性和可扩展性

为了在维护时不会影响到自动化系统的运行，ODSA系统与外部系统的接口设计在服务子系统通信服务模块中，保持一定的独立性，以便接口发生变化时尽可能不需要修改主体系统。系统在硬件配置、系统结构、接口规模和系统功能上应具有很强的可扩展性和开放性。系统采用软件中间件技术实现应用软件与硬件平台无关，可移植性强。

1.3  功能需求

ODSA系统能够满足的用户需求主要包括管制运行数据统计需求和设备运行数据统计业务需求两大类。

1.3.1  管制运行数据的统计需求

管制运行数据的统计对象包括以下类型：（1）管制区、航路、航线、航路点、扇区飞行。（2）军航、通航活动。（3）航班正常性、流量控制、管制员指挥量。（4）专机暨重要任务飞行。（5）航空器告警信息。

1.3.2  设备运行数据的统计需求

设备运行数据的统计对象包括以下类型：（1）主备自动化切换信息。（2）各节点主机运行时长、各节点资源使用情况、设备单元运行情况、网络设备端口信息。（3）雷达BIAS曲线、GPS时钟、DCL使用情况。（4）雷达数据和ADS-B数据质量分析。

1.3.3  其他配套功能需求

（1）接收、存储并处理Asterix-Cat062综合雷达信息格式输出的数据;MH/T 4008—2000综合雷达信息格式输出的数据;MH/T 4029.3—2015自动化系统飞行数据格式输出的数据。（2）必要的技术监控和系统管理功能，帮助技术保障部门用户对本系统的运行状态进行监控和管理。（3）防范与自动化系统互连中的安全风险，采用可靠的物理連接方式和安全技术，能防范对本系统服务器的网络安全攻击和病毒攻击[2]。

1.4  系统架构

为了满足上述需求，ODSA系统含有接口子系统、数据记录、数据存储、统计计算子系统、Web服务子系统和系统管理子系统几个模块，各模块之间的关系及数据的传输存储调用过程系统架构如图1所示。

1.4.1  接口子系统

接口子系统分为外部接口处理和内部接口处理，分别用于实现本系统与外部系统的信息交换以及本系统内部各软件模块间的信息交换。

外部接口处理模块为适应支持塔台电子进程单系统接口、Asterix-Cat062综合雷达信息接口、MH/T 4008—2000综合雷达信息接口、MH/T 4029.3—2015自动化系统飞行数据接口等多种外部数据源的引接，针对每一种外部数据源，配置一个数据引接适配插件，通过标准的数据接收接口进行调用，完成数据的接收及存储工作。

1.4.2  数据记录子系统

数据记录子系统包括预处理模块和数据记录模块。后者通过内部信息接口从前者接收预加工的规格化数据后，存储到系统数据库。

预处理模块获取外部输入信息，根据与各外部系统的信息规范进行解析，然后发送到工作流引擎，让数据记录模块进行下一步处理。

数据记录模块通过获取预处理模块发送的规格化信息，根据信息类别存储到不同的数据库表中。

1.4.3  统计计算子系统

统计计算引擎负责后台统计计算，并将计算结果存储到统计数据库中。后台计算的目的是提高前台查询的响应速度，预先汇总各统计对象节点单位时间的数据。

后台计算的运行方式为定时运行，需要计算的对象包括扇区、航路点和航段的分钟、小时、日架次，包括数据的全量、增量、减量、均值、峰值等。

1.4.4  基础数据库

基礎数据库中存储了来自空管自动化系统eFeed，JADE输出的与航空器有关的管制运行信息，主要包括航班基础数据、扇区飞行记录、航线飞行记录、航路点飞行记录、管制操作记录、席位记录、告警记录等实体;来自塔台电子进程单系统输出的航班基础数据、航班状态记录、跑道穿越记录、跑道切换记录等;来自自动化系统OASYS，TRACE等监控和日志设备的自动化系统设备状态、雷达运行记录、交换机运行记录及切换时间等数据。

1.4.5  统计数据库

流量统计库中存储包括扇区分钟架次统计、扇区小时架次统计、扇区日架次统计、航段分钟架次统计、航段小时架次统计、航段日架次统计、航路点分钟架次统计、航路点小时架次统计、航路点日架次统计、分钟平均架次、分钟峰值架次、小时平均架次、小时峰值架次等，可以满足对统计数据的及时调用。

1.5  系统的应用

通过对ODSA系统提供的运行参考数据以及人工核实的精确数据进行比对，ODSA提供的数据具有很高的准确性。已经在流量统计、临时航线开辟决策、扇区划设决策、空域流量管理、人员负荷管理等管制运行管理工作中提供了有效的参考。同时，为设备维护部门在设备的运行维护、故障隐患的排查、故障规律梳理等方面提供了依据[3]。

2    结语

基于空管运行数据的分析与挖掘，有助于识别风险源、排查故障和保障航行安全。通过对空管运行数据进行有效分析，能够帮助运行部门不断优化管理程序和系统配置，减少不安全事件要素。从历史数据中找出潜在的有效信息，能更好地服务空管运行安全，同时，能为未来的发展规划提供科学、准确的依据。

[参考文献]

[1]黄帆.空管运行数据分析系统的研究与应用[J].科技信息，2012（4）：243.

[2]蔡舒影.基于空管运行数据的风险分析[D].南京：南京航空航天大学，2018.

[3]张文涛.基于空管运行数据的风险识别与分析[D].南京：南京航空航天大学，2016.