孔金鳳，丁德俊，項曉東

(1.中國民用航空飛行學院 空中交通管理學院，四川 廣漢618300；2. 民航華東空中交通管理局 上海終端管制中心，上海 200120)

1 引言

近十幾年來，全球航空運輸業(yè)高速發(fā)展，航空運輸在各國的國民經(jīng)濟中扮演著越來越重要的角色。日益繁忙的航路流量和與日俱增的航空港吞吐量，勢必造成飛行密度增加、間距減小、航空安全等問題。如何在有限的空間、多變的天氣條件下管理好越來越多的飛機及相應增加的地服車輛，成為各國機場當局必須考慮的問題。機場跑道入侵、機場場面飛機與飛機、飛機與場面各種車輛的沖突時有發(fā)生，機場場面的安全性以及機場環(huán)境(氣象條件、能見度等)對機場容量、航班正點影響越來越大，己經(jīng)成為進一步提高航空運輸能力的瓶頸。因此，加強對機場運動目標的監(jiān)視和控制己經(jīng)成為各國空中交通管理的重要組成部分。

根據(jù)中國民航監(jiān)視技術應用政策的要求，在短期及中期規(guī)劃中，有場面監(jiān)視雷達方案、多點定位方案、ADS-B方案可供我國機場進行選擇，本文將結合上海浦東國際機場的數(shù)據(jù)，利用貝葉斯權重修正模型進行精確計算并加以詳細分析，得出相關結論。

2 貝葉斯權重修正模型分析

貝葉斯模型是統(tǒng)計模型決策中的一種基本方法，在處理統(tǒng)計學中的不確定性問題上是一種主流的工具。其原理是在不完全已知的情況下，對未知的狀態(tài)用主觀概率估計，然后用貝葉斯公式對發(fā)生的概率進行修正，最后再利用期望值和修正概率做出最優(yōu)決策。針對機場場監(jiān)方案選擇中專家所給出的各項方案的權重值，同樣可用貝葉斯理論進行專家權重修正，即先在不完全的情況下確定各專家給出的權重，并由此得到初步的決策結果，然后用貝葉斯公式對先驗權重進行修正，得到后驗權重，最后再用后驗權重重新計算和修正先前的決策結果作為最終決策結果[1]。

設方案中決策指標的個數(shù)為n個，則決策域的集合為A={A1,A2…An}，因素指標的集合為W={G1,G2…Gn}，方案Αi對指標Gi的屬性值為yij(i=1,2…n；j=1,2…n)，決策矩陣為：

(1)

對三種指標進行成本型指標標準化處理:

(2)

對專家及業(yè)內人士給出的主觀權重進行修正:

(3)

指標的最終權重:

設

(4)

em1=(1，1，1)T

(5)

Wm1=(W1，W2，W3)T

(6)

(7)

解矩陣方程得

(8)

方案最終決策值：

(9)

3 決策指標的選擇及分析

一種場監(jiān)方案包含多項決策指標，如定位精度、數(shù)據(jù)更新率、成本、抗干擾能力、目標識別能力等等。在決策指標的選擇過程中，考慮到部分指標不方便量化等因素，本文基于方便量化和對場監(jiān)方案選取的影響力大小兩項標準，選取定位精度、數(shù)據(jù)更新率、成本這三項最具代表性的指標作為決策指標。

3.1 精度

定位精度是一套場監(jiān)設備性能的最直觀反映。據(jù)了解到的數(shù)據(jù)，浦東機場采用的THALES雷達的定位精度為7m，在對收發(fā)機和收信機進行合理布局的情況下，多點定位技術的定位精度能達到3m，因ADS-B技術尚在完善階段，在不考慮與差分GPS相結合的情況下，專家給出現(xiàn)階段能達到8m。

3.2 數(shù)據(jù)更新率

數(shù)據(jù)更新率這一指標也是系統(tǒng)的重要指標之一。在這一點上，二次雷達4秒一次，多點定位技術及ADS-B技術可達到1秒一次。

3.3 成本

成本的大小在某種意義上能直接決定一套方案的可行性。據(jù)調查顯示(受各個廠家報價、美元與人民幣匯率等因素影響，本文取2013年12月調查到的數(shù)據(jù))，采用場監(jiān)雷達(電子設備；提供給天線的大型UPS不間斷電源；選址、安裝、維護運行管理成本)的成本約為350萬(美元)/一套；ADS-B系統(tǒng)(不考慮ADS-B配套設施，出了航空電子設備的安裝外，主要的成本是地面基站的安裝維護和通信成本)約為180萬(美元)/一套；多點定位系統(tǒng)(主要考慮地面基站的建設、維護和通信費用，加上對基站的后勤保障，僅針對裝備C模式的航空電子設備)約為200萬(美元)/一套。

將以上數(shù)據(jù)繪制成表格，如表1所示。

表1 三種場監(jiān)方案數(shù)據(jù)

4 主要計算結果及分析

根據(jù)表1，建立決策矩陣如下：

進行決策矩陣標準化：

專家及業(yè)內相關人士給出的權重為U=(0.1，0.5，0.4)

計算各方案指標權重如下：

W (1) = (0.1148，0.3346，0.5506)

W (2) = (0.0400，0.5333，0.4267)

W (3) = (0.1042，0.5208，0.3750)

指標的最終權重：

W = (0.3161，0.3696，0.3143)

各方案綜合決策值：

F =(0.5885，0.7629，0.8151)

各方案的綜合決策值從大到小排名如下：多點定位，ADS-B，雷達。最終結果顯示多點定位方案是現(xiàn)階段機場場面監(jiān)視技術的最佳選擇。如果單純從專家及業(yè)內人士給出的權重來看，近一半的人都選擇了ADS-B技術，這是由于發(fā)展ADS-B是未來民航監(jiān)視技術的大趨勢，再加上配合差分GPS，精度可達3m以下，在1090模式下數(shù)據(jù)更新率更可高達4次/秒。但是在目前，ADS-B尚處在不斷完善階段，據(jù)調查，ADS-B技術在實驗過程中多次出現(xiàn)雜波干擾、目標分裂等現(xiàn)象，所以，在未來11年內[3]，多點定位方案將是浦東機場場面監(jiān)視技術的最佳選擇。已了解到浦東機場將采用多點定位系統(tǒng)作為現(xiàn)有場監(jiān)雷達的替代，與上文計算得出的結論相符。

5 結論

從以上步驟中可以得出，利用貝葉斯權重修正模型得出的結論完全滿足中國民航監(jiān)視技術應用政策的要求，同時能很好的解決因浦東機場航班流量的增加而帶來的機場場面各種不安全事件及問題。該模型的成功應用對我國其他機場的場面監(jiān)視方案選擇問題也具有借鑒意義。只要針對某一特定機場制定出滿足該機場需求的決策指標及數(shù)值，再采集專家們給出的權重數(shù)值，通過貝葉斯權重修正模型進行精確計算，將得出的數(shù)值進行對比即能得出問題的答案，該答案也一定能滿足該機場對于機場場面監(jiān)視的各項要求。

[1] 江浩，江兵.專家權重的貝葉斯修正法[J].統(tǒng)計與決策，2010(8)：161-162.

[2] 郭穎.權重優(yōu)化在公路路線方案決策中的應用[J].哈爾濱商業(yè)大學學報：自然科學版，2008(4)：510-512.

[3] 中國民用航空局空管行業(yè)管理辦公室. 中國民航監(jiān)視技術應用政策[S].2010(11)：13-15.