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(bào)數(shù)據(jù)是空管自動(dòng)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(lái)源，電報(bào)中包含了航班航空飛行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如航班號(hào)、起降機(jī)場(chǎng)、飛機(jī)機(jī)型、起飛時(shí)間、降落時(shí)間、飛行高度、航路等，在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。民航飛行電報(bào)解析后的航班動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，與雷達(dá)、機(jī)場(chǎng)、倉(cāng)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(jì)挖掘、CDM等生產(chǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)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(guó)民用航空局民航機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，近五年飛機(jī)起降架次增長(zhǎng)率在7.9%以上，如表1所示，2016年平均每天起降航班2.5萬(wàn)架次[1]。

表1 航班起降架次統(tǒng)計(jì)

每一個(gè)航班的起降，對(duì)應(yīng)的是幾倍甚至幾十倍的民航飛行電報(bào)數(shù)量。民航飛行電報(bào)數(shù)量的快速增長(zhǎng)，給航班的監(jiān)控運(yùn)行帶來(lái)了壓力和挑戰(zhàn)，對(duì)于民航飛行電報(bào)自動(dòng)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(yǔ)法分析、正則表達(dá)式、知識(shí)庫(kù)解決民航飛行電報(bào)解析和容錯(cuò)的問題。文獻(xiàn)[5]討論了電報(bào)數(shù)據(jù)質(zhì)量的約束模型。文獻(xiàn)[6]討論了航班動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)挖掘與航班預(yù)測(cè)模型，對(duì)航班到達(dá)時(shí)間進(jìn)行了預(yù)測(cè)。綜上，歷史文獻(xiàn)對(duì)基于規(guī)范的電報(bào)格式的解析處理以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)有一些相關(guān)研究，國(guó)內(nèi)尚未出現(xiàn)信息整合設(shè)計(jì)和效率的討論。

基于航班的數(shù)據(jù)整合是將動(dòng)態(tài)的民航飛行電報(bào)基于航班按照時(shí)間序列進(jìn)行整合，以提供基于航班的準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)信息。民航飛行電報(bào)在拍發(fā)過程中存在一定量級(jí)的錯(cuò)誤、重復(fù)、延遲，其中拍發(fā)錯(cuò)誤指的是缺失編組、使用代碼錯(cuò)誤、電報(bào)提供的信息錯(cuò)誤、電報(bào)種類錯(cuò)誤等，拍發(fā)重復(fù)指電報(bào)的重復(fù)發(fā)送。航班運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)于航班整合的效率和準(zhǔn)確性要求較高。對(duì)電報(bào)數(shù)據(jù)整合時(shí)，需要識(shí)別錯(cuò)誤電報(bào)進(jìn)行自動(dòng)糾正或異常提示，重復(fù)拍發(fā)的電報(bào)可以識(shí)別重復(fù)值，并整合到同一個(gè)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(bào)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(bào)的監(jiān)控統(tǒng)計(jì)需求。

1 民航飛行電報(bào)介紹

我國(guó)管制區(qū)域間飛行動(dòng)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(dòng)態(tài)固定格式電報(bào)進(jìn)行發(fā)送。民航飛行電報(bào)拍發(fā)遵從《民用航空飛行動(dòng)態(tài)固定電報(bào)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(guó)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(dòng)態(tài)固定電報(bào)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(bào)種類有16種[8]。具體電報(bào)的種類包括：

緊急電報(bào)：告警報(bào)(ALR),無(wú)線電通信時(shí)效報(bào)(RCF)。

動(dòng)態(tài)電報(bào)：領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)(FPL)、修改領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)(CHG)、取消領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)(CNL)、延誤報(bào)(DLA)、起飛報(bào)(DEP)、落地報(bào)(ARR)。

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

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

由于各地區(qū)管理局、航空公司運(yùn)輸公司、機(jī)場(chǎng)公司、相關(guān)飛行學(xué)院等發(fā)展程度和設(shè)備多樣，在實(shí)際電報(bào)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(shí)際電報(bào)還會(huì)出現(xiàn)PLN(飛行預(yù)報(bào))、ABS(取消重復(fù)與非重復(fù)性飛行預(yù)報(bào))、RTN(返航報(bào))等電報(bào)種類，還存在同一種電報(bào)如領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)(FPL)拍發(fā)使用多種標(biāo)準(zhǔn)的情況，如18編組。另外，在電報(bào)中會(huì)出現(xiàn)民航簡(jiǎn)字簡(jiǎn)語(yǔ)，對(duì)于飛行電報(bào)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(lái)進(jìn)行對(duì)象行為建模的數(shù)學(xué)工具，其作用主要是描述對(duì)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(lái)自外界的各種事件。每個(gè)時(shí)刻根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)和當(dāng)前時(shí)刻的輸入，決定應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)作和確定一個(gè)狀態(tài)以進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。針對(duì)民航飛行電報(bào)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(bào)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(bào)類型的集合，Σ={FPL，DEP，CNL，…，ARR}。

丁主任擦了擦眼淚，對(duì)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(lái)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(diǎn)累點(diǎn)可以扛著，但一個(gè)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(bào)處理主要包括5部分：數(shù)據(jù)接收、電報(bào)識(shí)別、電報(bào)解析、電報(bào)整合、信息展示。具體算法如圖2所示。

圖2 民航飛行電報(bào)處理流程

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

2) 根據(jù)電報(bào)規(guī)則識(shí)別電報(bào)，如ZCZC。

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

4) 根據(jù)電報(bào)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(duì)電報(bào)內(nèi)容進(jìn)行整合。

3 實(shí)驗(yàn)及分析

3.1 算法執(zhí)行實(shí)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(shí)際民航飛行電報(bào)的復(fù)雜度和長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于此例。

接收字符串識(shí)別電報(bào)，去除電報(bào)報(bào)頭后電報(bào)內(nèi)容如圖3所示。分析電報(bào)內(nèi)容，獲取電報(bào)鍵值。該實(shí)例中識(shí)別到3個(gè)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(shí)例

3.2 實(shí)驗(yàn)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(wàn)次，平均每天錯(cuò)誤數(shù)據(jù)20個(gè)，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(jì)

起降數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性在100 ms以內(nèi)。對(duì)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(shí)時(shí)性在2 min左右。

測(cè)試平臺(tái)為 3.3 GHz 處理器、4 GB內(nèi)存、Windows 2007、JDK1.7，使用 Java 實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出一種基于狀態(tài)機(jī)的民航飛行電報(bào)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(bào)處理方法，滿足數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性需求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法利用較小的空間，實(shí)現(xiàn)了較高的效率。

[1] 中國(guó)民用航空局．年度機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)公報(bào)[R]．北京：民航發(fā)展計(jì)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(dòng)化系統(tǒng)中飛行電報(bào)自動(dòng)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(bào)處理算法[J]．中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)，2013(1)：21- 23，28．

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

[6] 張猛．航班動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)挖掘與航班預(yù)測(cè)模型的研究和實(shí)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(guó)民用航空局．MH/T4007-2012民用航空飛行動(dòng)態(tài)固定格式電報(bào)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.