航空數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析平臺開發(fā)與應(yīng)用

李之彤 郭義豪 何一凡 黃薛東 王遠洲 陳賽堯

摘要：當(dāng)前我國空管系統(tǒng)缺少航空數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析平臺，對航班架次、正常性、延誤情況無法統(tǒng)計，難以科學(xué)宏觀的了解空管工作效率和階段性工作成果，無法制作統(tǒng)計報表，對高峰時段航班量也無法預(yù)測。因此需要建立航空數(shù)據(jù)平臺，通過各類數(shù)據(jù)整合和梳理，對大數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，為空管電子服務(wù)平臺提供精細化數(shù)據(jù)支撐。本平臺以珠?？展苷緸槔?，運用數(shù)據(jù)庫軟件編程建立珠海空管站本地航空數(shù)據(jù)平臺，運用按方向、正常性統(tǒng)計的方法對航班架次，延誤性正常性進行統(tǒng)計，開發(fā)網(wǎng)站建立珠海空管站本地電子信息平臺窗口（電子公告欄）?；诤娇諗?shù)據(jù)對航班高峰架次進行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：平臺開發(fā);C/S;B/S混合模式;空管數(shù)據(jù)

1.系統(tǒng)設(shè)計

1.1系統(tǒng)功能需求

AFTN報文是供空中交通管制部門使用的航空報文，其中包含航空器及其相關(guān)航班任務(wù)所具有的全部信息，系統(tǒng)需要從AFTN報文中的FPL（領(lǐng)航計劃報），DEP（離場報），ARR（著陸報）中提取航班編號，起落時間等相關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫中，并對航班架次，航班正常性進行統(tǒng)計，對高峰時段航班量進行預(yù)測。并且需要開發(fā)網(wǎng)頁，即建立電子公告欄，讓用戶可以在網(wǎng)頁上獲取需要的信息。

1.2系統(tǒng)層次架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)開發(fā)目的是為了更高效的解讀AFTN報，利用解析后的數(shù)據(jù)完成一定的統(tǒng)計預(yù)測工作，為用戶提供可視化數(shù)據(jù)，滿足用戶的需求，因此系統(tǒng)自上而下分為5層，分別是數(shù)據(jù)源層、解析層、數(shù)據(jù)層、分析層、界面層。原始數(shù)據(jù)通過解析層處理后存入數(shù)據(jù)層后，分析層利用數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)進行分析處理，最后在界面層呈現(xiàn)給用戶。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計流程分析

航空情報數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由報文解析及提取模塊，開發(fā)接口模塊，數(shù)據(jù)庫存儲模塊，平臺交互模塊，統(tǒng)計預(yù)測模塊五個模塊組成。其中報文解析與提取模塊匹配報文中的關(guān)鍵信息并將其提取出來，再通過開發(fā)接口模塊建立數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器之間的鏈接，通過socket通信將解析之后的報文發(fā)送至數(shù)據(jù)庫端，數(shù)據(jù)庫存儲

模塊分析數(shù)據(jù)格式，通過數(shù)據(jù)庫匹配編寫程序通過sql語句存儲數(shù)據(jù)，然后通過ASP.NET，技術(shù)，C#語言的網(wǎng)頁開發(fā)，建立航空信息查詢系統(tǒng)，使得用戶能在網(wǎng)頁上查詢所需信息。最后統(tǒng)計預(yù)測模塊實現(xiàn)統(tǒng)計預(yù)測功能。

1.3.1 報文解析及提取模塊

解析報文的目的在于提取其中有用信息存入數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計預(yù)測提供原始數(shù)據(jù)。VB.NET是面向?qū)ο缶幊?，擁有豐富的類庫，可以減少編程難度，故本模塊采用VB.NET編程，主要運用正則式的有關(guān)知識，從諸多報文中分揀出FPL、DEP與ARR報，并從中提取出 目標(biāo)信息。為了銜接下一階段的數(shù)據(jù)庫部分，方便數(shù)據(jù)庫的識別存儲，報文解析之后，要將提取的有用信息按固定格式來輸出，以滿足統(tǒng)計分析工作的需要。

1.3.2開發(fā)接口模塊

數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)源的接口是指將解析后的報文發(fā)送到數(shù)據(jù)庫端的程序，由客戶端和服務(wù)器組成?？蛻舳耸前l(fā)送端，服務(wù)器是接收端。它們之間用socket通信進行發(fā)送和接收。

首先啟動服務(wù)器，開始監(jiān)聽，再啟動客戶端與服務(wù)器建立連接。客戶端從報文解析時生成的txt文件中讀取，若打不開文件則返回文件打開失敗信息，否則每讀完一行就通過socket將該行的內(nèi)容發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器每收到一條消息就將它分類處理并存入數(shù)據(jù)庫中，如圖四所示。圖4??數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)源接口

1.3.3?數(shù)據(jù)庫存儲模塊

數(shù)據(jù)庫存儲模塊主要完成服務(wù)器程序數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫的交互，從而完成數(shù)據(jù)的存儲或更新。服務(wù)器每接收到客戶端的一條報文，就將接收到的報文數(shù)據(jù)進行識別和分割，獲得每個數(shù)據(jù)項表達式，并將得到的每個表達式用正則式進行匹配，獲得一條消息中每個屬性的值，再根據(jù)得到的source值判斷報文類型，對不同類型的報文（FPL、DEP、ARR）分別處理，構(gòu)造相應(yīng)的SQL語句，進行對數(shù)據(jù)庫的操作，從而完成數(shù)據(jù)庫的實時更新。

1.3.4平臺交互模塊

平臺交互模塊主要完成網(wǎng)頁的開發(fā)、布局設(shè)計和數(shù)據(jù)綁定，建立前端與后臺數(shù)據(jù)庫的連接，實現(xiàn)與用戶的交互，根據(jù)不同的規(guī)則，使用戶能夠按照不同條件對數(shù)據(jù)進行篩選和統(tǒng)計，并可根據(jù)用戶要求將查詢結(jié)果導(dǎo)出到excel中，供分析預(yù)測使用。開發(fā)中將需要統(tǒng)計的數(shù)據(jù)分類寫入xml文件，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)分離，方便項目用戶對統(tǒng)計條件的添加和功能擴展。

1.3.5統(tǒng)計預(yù)測模塊

由于珠海機場日航班量較小，基于改進的灰色模型預(yù)測方法并不適用，計算波動值過大，故我們選擇采用統(tǒng)計平均與指數(shù)平滑預(yù)測的相結(jié)合的方法對后續(xù) 1h 每 30min 的實時進出港航班量進行預(yù)測。該方法將統(tǒng)計平均與一次指數(shù)平滑結(jié)合，更加貼切進出港航班量符合航班時刻表的實際情況，且隨著該系統(tǒng)運行時間的增加、數(shù)據(jù)量的提升，預(yù)測結(jié)果將更為準(zhǔn)確。

一次指數(shù)平滑：

（1）

一次指數(shù)平滑只能延伸至實際序列的后一項（30min），為了使得指數(shù)平滑預(yù)測可以延伸至實際序列后兩項（1h），我們選取了兩種數(shù)據(jù)采樣間隔，分別為 30min 與 1h（即每天按30min 分為 48 個時間段），平滑系數(shù)為 0.8。使用單日已知的數(shù)據(jù)序列可以計算出已知序列預(yù)測值與后兩位的預(yù)測數(shù)值，即 30min 間隔數(shù)據(jù)預(yù)測值以及 1h 間隔數(shù)據(jù)預(yù)測值與 30min 間隔數(shù)據(jù)預(yù)測值之差，計算方法如下圖。

2.研究成果

航空數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析平臺包括報文解析與提取模塊，開發(fā)通信接口模塊，數(shù)據(jù)庫存儲模塊，平臺交互模塊，統(tǒng)計預(yù)測模塊。實現(xiàn)了解析原始航班數(shù)據(jù)，提取航班編號、起落時間等相關(guān)信息發(fā)送給服務(wù)器;服務(wù)器程序?qū)邮盏降暮桨嘈畔⑦M行分析和存入數(shù)據(jù)庫;按不同需要對航班架次，航班正常性等進行統(tǒng)計，并實現(xiàn)對高峰時段航班量進行預(yù)測;實現(xiàn)網(wǎng)頁開發(fā)，即建立電子公告欄，讓用戶可以在網(wǎng)頁上獲取需要的信息。研究的成果主要有將原始航班數(shù)據(jù)解析為自己設(shè)定格式的數(shù)據(jù)報;將數(shù)據(jù)報進行分析并轉(zhuǎn)化為sql語言實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫交互;實現(xiàn)對航班數(shù)據(jù)按不同標(biāo)準(zhǔn)進行統(tǒng)計并綁定網(wǎng)頁;對高峰時段航班量進行預(yù)測。

3.結(jié)語

針對當(dāng)前空管系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題，即空管工作人員，統(tǒng)計部門無法對航空數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，預(yù)測，無法了解空管工作效率和當(dāng)前航班相關(guān)信息，該平臺基于B/S，C/S混合架構(gòu)，使用ASP.NET，VS.NET等技術(shù)和開發(fā)工具，實現(xiàn)了讀取報文，存儲數(shù)據(jù)，開發(fā)網(wǎng)頁，進行航班高峰架次戰(zhàn)術(shù)預(yù)測等目標(biāo)，具有可靠性，簡潔性，安全性，可管理性等特點，對航班數(shù)據(jù)進行整合和處理，使航班數(shù)據(jù)更為公開，從而為空管專業(yè)人士排班、航班預(yù)測等提供更有效快捷的信息支持。

參考文獻

[1]張文哲.基于安卓系統(tǒng)的教學(xué)管理平臺開發(fā)[J].江蘇科技信息，2018，35（34）：50-52.

[2]王東新，李歡歡.基于JSP的教育信息化平臺開發(fā)[J].電子設(shè)計工程，2018，26（20）：27-32.

[3]廖加澤.基于三明市統(tǒng)計信息共享平臺設(shè)計與開發(fā)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2014（12）：171-172.

[4]沈宏偉. 航空公司航班數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2013.

[5]胡皓月. 航班延誤預(yù)測的大數(shù)據(jù)方法研究[D].南京航空航天大學(xué)，2017.

（作者單位：1.中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院;2.中國民航大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）