空中交通流量预测理论研究

空中交通流量预测理论研究AirTrafficFlowPredictionTheory佐江丽徐宁霞温媛媛吴奇顾枭雄2011.04.08南京航空航天大学民航学院主要内容一、中国民航发展基本现状二、空中交通流量预测的意义三、空中交通流量预测的方法四、小结南京航空航天大学民航学院中国民航的基本现状根据国家民航局统计，至2009年底，我国通航民用（含军民合用）机场166个，从事旅客运输的航空公司25个，运输飞机1260架，总2038架国际航线297条，通航国家47个国内航线1235条，从业人员≈30万南京航空航天大学民航学院中国民航的总体发展趋势2003年SARS2008年世界金融危机南京航空航天大学民航学院中国民航的世界地位年度78859195200620082009中国世界排名37211511222国家年度民航运输总周转量（亿吨公里）美国197230320041449中国200630520201400国家名次运输总周转量(亿吨公里)美国11572.11中国2305.802006年中国民航运输总周转量中国与世界的差距成为世界民航运输第二大国到2020年，还相差至少16-20年的差距南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的意义基于以上情况，在这种形势下，空中交通流量预测的重要性更加突出。准确的空中交通流量预测，可以帮助空中交通管理部门提早进行规划和管理，优化航空资源配置，合理安排航班，减少空中交通拥挤和航班延误，提高民航运行的效率，减轻管制部门的工作负荷，提高航空公司的运行效益。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的意义预测学运用观察、归纳、演绎、推理等分析方法，运用数学模型和试验方法，根据客观的历史资料、实际经验和教训，研究客观事物的发展趋势和规律，从而在技术上保证预测结果的可靠性和准确性。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的意义空中交通流量的预测是预计未来在空中交通运输系统内或实施中可能会有多少交通量或客(货)运输量。这个需求量是提出适应未来服务水平需要的措施，或者规划空中交通运输设施所需规模的基础。空中交通流量预测的目的就在于研究和掌握空中交通流的发展规律，最终空中交通管理部门对空中交通流的未来发展有一个估计和推断。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测对空管部门的意义空中交通管制（ATC）部门的主要任务是防止机动飞行区内飞机与飞机、飞机与障碍物之间发生碰撞，加速空中交通流的流动速度，维持空中交通秩序。空中交通流量管理(ATFM)的主要目的是防止机动飞行区内飞机与飞机、飞机与障碍物之间发生碰撞，加快空中交通流的流动速度，维持空中交通秩序南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测对空管部门的意义对于长期流量预测（一年以上），可以为管制中心制定长期发展战略、调整空域布局和航线结构，为区域管制部门规划航路等重要设施，为机场终端区管制部门制定们机场的长期发展方案提供依据。对于中期流量预测（一周至一年），可以为管制中心实施战略流量管理、从整体上对空域容量进行评估并修改相应计划，为区域过管制部门规划航路使用，为机场终端区管制部门安排管制人员、制定计划提供依据。对于短期流量预测（一周以内），可以为管制中心实施预战术流量管理、从整体上进行容量优化，为区域过管制部门实行航路变更，为机场终端区管制部门发布ATFM通告电报等措施提供依据。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测对空管部门的意义对于实时流量预测（一天以内），可以为区域过管制部门实行改航措施、调整航路间隔、调整扇区数量、改变扇区流向或调整管制人数，为机场终端区管制部门制定地面等待措施、合理安排进离场次序、调整管制人数提供依据。总之，流量预测可以为各级部门制定计划提供依据，合理安排人员，优化航路容量，减少延误，实现民航的安全、高效运行。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测对航空公司的意义航空公司的主要任务是保证航班正点起飞并准时飞抵目的地、确保旅客转机、航班和飞行机组的衔接、降低燃油消耗。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测对航空公司的意义对于长期流量预测（一年以上），可以为航空公司制定长期发展规划，调整公司航线，开辟新航路等提供依据。对于中期流量预测（一周至一年），可以为航空公司制定票价，合理安排机型及舱位提供依据。对于短期流量预测（一周以内），可以为航空公司修改飞行计划，合理安排航班提供依据。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测对航空公司的意义对于实时流量预测（一天以内），可以为航空公司选择合适航线，是否安排改航及备降场的选择提供依据。总之，流量预测可以为航空公司制定战略规划提供依据，实现资源的优化配置、节省燃油、减少延误，从而提高经济效益。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的方法目前，对于空中交通流量预测方法的研究主要集中在以下几个方面：1.航班需求预测方法（1）基于C-均值聚类的航班需求预测方法首先利用聚类方法分析航班的销售特征，依靠归类决定预测结果，建立一种基于C-均值聚类的航班订座预测模型。该模型屏蔽了日期和季节特性对预测过程的影响，降低了算法复杂度，具有运算速度快、鲁棒性强、预测精度相对较高等优点。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的方法（2）基于神经网络的航班需求预测方法利用神经网络能够记忆复杂的历史订座规律和销售趋势的特点，首先对航班需求的历史数据进行学习，然后建立一种基于神经网络的航班需求预测模型。该模型具有在线预测速度快，预测精度相对较高等优点。（3）航班需求的集群预测方法为了适应不断变化的航班时刻表，将订票程序作为一个集群随着起飞的临近而增长并且加入了多飞机过站的程序来建立航班需求的预测模型。该模型具有运行速度快，鲁棒性和准确性更好的特点。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的方法2.民航客货运输预测方法（1）趋势预测法根据民航货运总量的历史数据，使用n次多项式建立模型进行预测。但是此方法只适用于国家经济发展较平稳的条件下，在国家经济动荡时模型不适用（2）回归分析法首先对民航客货运输的影响因素进行分析，选取合适的因素建立回归分析模型进行预测。此方法考虑了其它因素对民航客货运输的影响，提高了预测的准确性。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的方法（3）支持向量回归方法利用民航客货运输的历史数据，确定ε不敏感值、惩罚因子C及核函数的参数，然后利用支持向量回归方法，建立了机场旅客吞吐量预测模型。该模型与传统预测方法相比，计算结果准确性更高，稳定性更好。（4）模糊时间序列法通过对近进中熵及不变时间指数T最小化的整合，建立一个新的基于熵的模糊时间序列模型来预测机场旅客吞吐量。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的方法3.民航飞行流量预测方法（1）回归分析法首先对民航飞行流量的影响因素进行分析，选取合适的因素建立回归分析模型进行预测。此方法考虑了其它因素对民航飞行流量的影响，提高了预测的准确性。（2）基于神经网络的飞行流量预测方法利用神经网络能够记忆复杂的历史数据规律和趋势的特点，首先对飞行流量大量的历史数据进行学习，然后建立一种基于神经网络的飞行流量预测模型。该模型具有在线预测速度快，预测精度相对较高等优点。南京航空航天大学民航学院空中交通流量预测的方法（3）时间序列法根据历史数据，确定时间序列模型的参数，然后建立时间序列模型对民航飞行流量进行预测。（4）基于最小二乘估计原理的飞机流量预测方法应用系统辨识理论进行模型和参数的辨识，建立了基于最小二乘估计原理的飞机流量预测模型。该模型进行一步预报时不用对国内生产总值指数进行预报，因而预报过程更简单，同时流量预报误差相对更小。南京航空航天大学民航学院小结随着民航运输量的不断增长，对空中交通流量预测的研究也逐渐增多，近年来的预测方法主要有以下几种：1、趋势预测法2、时间序列法3、回归模型预测法4、马尔科夫预测法5、神经网络预测模型6、灰色关联分析预测法南京航空航天大学民航学院小结在这些预测方法中，趋势法、时间序列法、回归分析法、马尔科夫法和神经网络法都需要大量的数据作为支持，数据的不足会直接影响其预测的精度，然而，目前空中交通流量的影响因素日益增多，不确定因素的影响也逐渐增大，单一的预测模型已经不能满足对空中交通流量预测的需求，需要将多种预测模型组合，结合各自的优势，同时，还要考虑到随机因素对空中交通流量的影响，才能使空中交通流量预测的精度提高。因此，关于空中交通流量的预测还有许多问题有待进一步的研究和探索……南京航空航天大学民航学院谢谢！结束