何 月 嬌(北京天航信民航通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有限公司 北京 100192)

0 引 言

民航飛行電報數(shù)據(jù)是空管自動化系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)源，也是空中交通管制的主要信息來源，電報中包含了航班航空飛行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如航班號、起降機(jī)場、飛機(jī)機(jī)型、起飛時間、降落時間、飛行高度、航路等，在空管自動化系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。民航飛行電報解析后的航班動態(tài)數(shù)據(jù)，與雷達(dá)、機(jī)場、倉單、空域等信息結(jié)合，廣泛應(yīng)用于民航航班運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計挖掘、CDM等生產(chǎn)監(jiān)測統(tǒng)計系統(tǒng)中。

隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，空中交通流量日益增加。中國民用航空局民航機(jī)場生產(chǎn)統(tǒng)計公報顯示，近五年飛機(jī)起降架次增長率在7.9%以上，如表1所示，2016年平均每天起降航班2.5萬架次[1]。

表1 航班起降架次統(tǒng)計

每一個航班的起降，對應(yīng)的是幾倍甚至幾十倍的民航飛行電報數(shù)量。民航飛行電報數(shù)量的快速增長，給航班的監(jiān)控運(yùn)行帶來了壓力和挑戰(zhàn)，對于民航飛行電報自動化處理的效率和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。文獻(xiàn)[2-4]討論了使用XML、語法分析、正則表達(dá)式、知識庫解決民航飛行電報解析和容錯的問題。文獻(xiàn)[5]討論了電報數(shù)據(jù)質(zhì)量的約束模型。文獻(xiàn)[6]討論了航班動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘與航班預(yù)測模型，對航班到達(dá)時間進(jìn)行了預(yù)測。綜上，歷史文獻(xiàn)對基于規(guī)范的電報格式的解析處理以及動態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測有一些相關(guān)研究，國內(nèi)尚未出現(xiàn)信息整合設(shè)計和效率的討論。

基于航班的數(shù)據(jù)整合是將動態(tài)的民航飛行電報基于航班按照時間序列進(jìn)行整合，以提供基于航班的準(zhǔn)確的實時信息。民航飛行電報在拍發(fā)過程中存在一定量級的錯誤、重復(fù)、延遲，其中拍發(fā)錯誤指的是缺失編組、使用代碼錯誤、電報提供的信息錯誤、電報種類錯誤等，拍發(fā)重復(fù)指電報的重復(fù)發(fā)送。航班運(yùn)行的實時監(jiān)控對于航班整合的效率和準(zhǔn)確性要求較高。對電報數(shù)據(jù)整合時，需要識別錯誤電報進(jìn)行自動糾正或異常提示，重復(fù)拍發(fā)的電報可以識別重復(fù)值，并整合到同一個航班上。

基于上述背景，本文提出基于狀態(tài)機(jī)的民航飛行電報數(shù)據(jù)流并發(fā)處理模型，目的是提高數(shù)據(jù)整合的準(zhǔn)確性，以及提高處理效率，滿足民航飛行電報的監(jiān)控統(tǒng)計需求。

1 民航飛行電報介紹

我國管制區(qū)域間飛行動態(tài)信息的傳遞是通過航空固定電信網(wǎng)AFTN，以民用航空飛行動態(tài)固定格式電報進(jìn)行發(fā)送。民航飛行電報拍發(fā)遵從《民用航空飛行動態(tài)固定電報格式》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)民航局規(guī)章《民航航空空中交通規(guī)則》，參考國際民航組織文件《空中交通管理》(ICAO DOC 4444)制定[7]?！睹裼煤娇诊w行動態(tài)固定電報格式》歷年標(biāo)準(zhǔn)有MH 4007-1998、MH/T 4007-2006、MH/T 4007-2012標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為MH/T 4007-2012。MH/T 4007-2012中電報種類有16種[8]。具體電報的種類包括：

緊急電報：告警報(ALR),無線電通信時效報(RCF)。

動態(tài)電報：領(lǐng)航計劃報(FPL)、修改領(lǐng)航計劃報(CHG)、取消領(lǐng)航計劃報(CNL)、延誤報(DLA)、起飛報(DEP)、落地報(ARR)。

協(xié)調(diào)電報：現(xiàn)行飛行變更報(CPL)、預(yù)計飛越報(EST)、管制協(xié)調(diào)報(CDN)、管制協(xié)調(diào)接收報(ACP)、邏輯確認(rèn)報(LAM)。

補(bǔ)充電報：請求飛行計劃報(RQP)、請求領(lǐng)航計劃補(bǔ)充信息報(RQS)、領(lǐng)航計劃補(bǔ)充信息報(SPL)。

由于各地區(qū)管理局、航空公司運(yùn)輸公司、機(jī)場公司、相關(guān)飛行學(xué)院等發(fā)展程度和設(shè)備多樣，在實際電報拍發(fā)過程中，存在MH 4007-1998、MH/T 4007-2006、MH/T 4007-2012標(biāo)準(zhǔn)混合使用，在實際電報還會出現(xiàn)PLN(飛行預(yù)報)、ABS(取消重復(fù)與非重復(fù)性飛行預(yù)報)、RTN(返航報)等電報種類，還存在同一種電報如領(lǐng)航計劃報(FPL)拍發(fā)使用多種標(biāo)準(zhǔn)的情況，如18編組。另外，在電報中會出現(xiàn)民航簡字簡語，對于飛行電報進(jìn)行變更或者取消等處理。

2 模型概念定義

有限狀態(tài)機(jī)是一種用來進(jìn)行對象行為建模的數(shù)學(xué)工具，其作用主要是描述對象在它的生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，以及如何響應(yīng)來自外界的各種事件。每個時刻根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)和當(dāng)前時刻的輸入，決定應(yīng)執(zhí)行的動作和確定一個狀態(tài)以進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。針對民航飛行電報數(shù)據(jù)特征和邏輯關(guān)系，利用有限狀態(tài)機(jī)的概念，提出基于狀態(tài)機(jī)的民航飛行電報數(shù)據(jù)并發(fā)整合模型，模型相關(guān)定義如下。

2.1 定 義

定義1(FSM模型)T=(Σ,S,SI,δ,F)。其中T表示模型定義，Σ表示輸入數(shù)據(jù)類型集合，S是狀態(tài)的非空有限集合，SI表示初始化狀態(tài)且SI∈S,δ表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)且S×δ→S,F是最終狀態(tài)的集合且F∈S。

定義2(數(shù)據(jù)類型集合)Σ給定數(shù)據(jù)類型集合，表示所有電報類型的集合，Σ={FPL，DEP，CNL，…，ARR}。

丁主任擦了擦眼淚，對著甲洛洛：張大爺，你是知道我的，當(dāng)初為了救我父親的命，我不得不接受她家的幫助，可她家從來都只把我當(dāng)成一條狗，一條供潘美麗驅(qū)使的狗。甲洛洛嘆息了一聲：過不下去就別過了，人生一輩子，苦點累點可以扛著，但一個大男人不能活得沒了尊嚴(yán)。丁主任感激地看著甲洛洛：張大爺，今后就叫我小丁吧，這院壩里，我最敬重的就是你，也就你最了解我，最可憐我了，我心里一直記著呢！

定義3(狀態(tài)的非空有限集合)S={APLN，APRE，…，AlARM}，表示航班狀態(tài)集合。

定義4(初始化狀態(tài))SI={APLN}，表示航班初始狀態(tài)。

定義5(狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù))Sj=δ(Si) ，其中δ為轉(zhuǎn)移函數(shù)，Si，Sj∈S。如航班初始狀態(tài)為APLN,接收數(shù)據(jù)后仍處于APLN或者跳轉(zhuǎn)到其他狀態(tài)。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)不同，跳轉(zhuǎn)到不同狀態(tài)，如接收{(diào)FPL}，跳轉(zhuǎn)到{APRE}狀態(tài)。

定義6(最終狀態(tài)的集合)F={ARR，ACNL，ACDN，AlARM}，表示航班的最終狀態(tài)集合。

定義7(主鍵)K=f(I),其中I∈S，K表示消息關(guān)鍵詞序列，f表示關(guān)鍵詞處理函數(shù)。

定義8(并行處理分組)MG=GROUP(K)，GROUP表示分組函數(shù)。

2.2 航班轉(zhuǎn)移模型

航班狀態(tài)有限集合如表2所示，劃分為九種狀態(tài)。狀態(tài)跳轉(zhuǎn)如圖1所示。

表2 狀態(tài)的非空有限集合

圖1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

2.3 數(shù)據(jù)處理模型

民航飛行電報處理主要包括5部分：數(shù)據(jù)接收、電報識別、電報解析、電報整合、信息展示。具體算法如圖2所示。

圖2 民航飛行電報處理流程

1) 接收數(shù)據(jù)字符，判斷是否觸發(fā)電報識別。是則進(jìn)入電報識別，否則保存字符。

2) 根據(jù)電報規(guī)則識別電報，如ZCZC。

3) 根據(jù)民用航空飛行動態(tài)固定電報格式分組規(guī)則，多線程解析電報，哈希存儲鍵值對，K={FNM,FDATE,DEPDROME,ARRDROME}。

4) 根據(jù)電報鍵值K進(jìn)行分組，MG=GROUP(K)，多線程處理MG。

5) 根據(jù)FSM模型，對電報內(nèi)容進(jìn)行整合。

3 實驗及分析

3.1 算法執(zhí)行實例

以“FPL/DEP/ARR/DEP/ARR/CNL/CHG/ARR”編碼為例說明上述算法的執(zhí)行過程，實際民航飛行電報的復(fù)雜度和長度要遠(yuǎn)大于此例。

接收字符串識別電報，去除電報報頭后電報內(nèi)容如圖3所示。分析電報內(nèi)容，獲取電報鍵值。該實例中識別到3個鍵值，按照鍵值分組，并行執(zhí)行基于FSM的狀態(tài)整合獲得結(jié)果。

圖3 算法執(zhí)行實例

3.2 實驗結(jié)果

以2017年6月份一周數(shù)據(jù)為例，平均每天起降航班2.9萬次，平均每天錯誤數(shù)據(jù)20個，航班處理準(zhǔn)確率99%以上，如圖4所示。

圖4 起降量和準(zhǔn)確性統(tǒng)計

起降數(shù)據(jù)處理實時性在100 ms以內(nèi)。對比前期數(shù)據(jù)航班處準(zhǔn)確率在90%左右，數(shù)據(jù)處理實時性在2 min左右。

測試平臺為 3.3 GHz 處理器、4 GB內(nèi)存、Windows 2007、JDK1.7，使用 Java 實現(xiàn)。

4 結(jié) 語

本文提出一種基于狀態(tài)機(jī)的民航飛行電報數(shù)據(jù)并發(fā)整合模型，它擴(kuò)展了目前的民航飛行電報處理方法，滿足數(shù)據(jù)處理的實時性、準(zhǔn)確性需求。實驗結(jié)果表明，該方法利用較小的空間，實現(xiàn)了較高的效率。

[1] 中國民用航空局．年度機(jī)場生產(chǎn)統(tǒng)計公報[R]．北京：民航發(fā)展計劃司，2016．

[2] 陳強(qiáng)．飛行數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究與應(yīng)用[D]．四川:四川大學(xué)，2003．

[3] 陳玉秋．民航空管自動化系統(tǒng)中飛行電報自動化處理[D]．南京:南京理工大學(xué)，2007．

[4] 杜冬．基于正則表達(dá)式的飛行電報處理算法[J]．中國民航飛行學(xué)院學(xué)報，2013(1)：21- 23，28．

[5] 姜高揚(yáng)，王潔寧，周沅.基于FIXM的AFTN電報數(shù)據(jù)質(zhì)量約束模型研究[J]．計算機(jī)應(yīng)用與軟件,2016,33(10)：122- 125,144．

[6] 張猛．航班動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘與航班預(yù)測模型的研究和實現(xiàn)[D]．北京：北京郵電大學(xué)，2015．

[7] International Civil Aviation Organization.Doc 4444,Procedures for Air Navigation Services,Air Traffic Management[M]．Canada:International Civil Aviation Organization，2017．

[8] 中國民用航空局．MH/T4007-2012民用航空飛行動態(tài)固定格式電報管理規(guī)定[S/OL]．航空器適航審定司，2012[2012-10-10]．http://www.caac.gov.cn/XXGK/XXGK/BZGF/201708/t20170804_45973.html.