关于空中交通流量预测方法探讨

论文导读：型的曲线模型方法和一些简单的外推方法等。这些方法可用于根据过去的变化特征来预测其将来的变化特征，所以这些方法是确定型的。确定型时间序列分析应用的预测技术有移动平均、指数平滑以及加权平均等。而它应用的模型主要有线性模型、指数模型、二次型模型中专生毕业论文www.7ctime.com，以及各种特殊的曲线模型等。2.
【摘 要】:随着空中流量的不断加大，空中交通越来越拥挤，尤其在航空流量密集的区域，空中延误逐渐增多，管制员负荷逐渐加大。在我国有情况下，解决这一问题最有效途径就是对空中交通流量进行预测，科学的流量预测是空中交通流持续、畅通的有效保障之一。
【关键词】：空中交通流量预测方法
引言
近几年，我国航空业不断发展，飞行需求的日益增长跟现有空中交通服务能力之间出现剧烈的冲突，这一矛盾的出现，使得航空运输系统效率大大降低，更为重要的是它给航空运输业带来安全隐患。因此，空中交通流量管理技术成为一个亟待解决的问题。而空中交通流量技术的核心算法是流量统计预测，它不仅可以帮助流量管理员了解空域当前的运行情况，也为空中交通流量的拥塞提供了有力的解决方案。

一、空中交通流量预测的意义

预测学根据客观的历史资料、实际经验教训，研究事物的发展规律和趋势，从而保证预测结果的科学性和准确性。空中交通流量的预测是指估计未来在空中交通运输系统内可能的交通量。这个需求量是规划空中交通运输设施所需规模或者提出适应未来服务水平需要的措施的基础。进行空中交通流量预测的目的是研究空中交通流量的发展规律并掌握它，最终空中交通管理部门针对现下情况预测空中交通流量的发展

二、流量统计预测分类

1.按预测的范围分类

按预测的范围分类可分为：全局预测和局部预测，在这里不做过多的说明。

2.按预测方法的归类分类

（1）定性预测。
定性预测是指对未来需求的性质发展的变动方向和大致趋势做出预测，它侧重于对经济过程本身性质的分析和预见，但有时也含有一些数量的说明和必要的分析。主要根据实际经验，取决于判断能力，缺少必要的数据。常用的方法有专家会议法、专家意见法、相关类推法、对比类推法、个人判断法等。
（2）定量预测
定量预测是指运用统计方法和数学模型来判断未来需求的规模和数量，通常有时间序列分析预测法和因果分析预测法

3.按是否包含时间变动因素分类

按是否包含时间变动因素分类可以分为：静态预测和动态预测。
预测的程序包含：根据预测任务确定预测的目标、期限和预测因子；收集、分析和整理关于预测对象和预测因子的数据和资料、选择预测方法并建立预测模型进行预测、分析评价预测结果。

三、空中交通流量主要预测方法

1.时间序列法

时间序列法是假设预测对象的变化仅与时间有关，根据它的变化特征，以惯性原理推测其未来的发展状态。事实上，预测对象与外界因素有着密不可分的联系。时间序列中的每一个数据都是当时若干因素综合作用的结果。整个时间序列就是外界因素综合作用下预测对象的变化过程的一个表象。因此，为了简化外界因素的复杂作用，假设预测对象仅与时间有关，从而使预测进行地更直接、更便捷。时间序列分析方法包括随机型时间序列分析和确定型时间序列分析。确定型时间序列分析不涉及时间序列的随机性根源或随机性质，它包括一些常用且典型的曲线模型方法和一些简单的外推方法等。这些方法可用于根据过去的变化特征来预测其将来的变化特征，所以这些方法是确定型的。确定型时间序列分析应用的预测技术有移动平均、指数平滑以及加权平均等。而它应用的模型主要有线性模型、指数模型、二次型模型中专生毕业论文www.7ctime.com
，以及各种特殊的曲线模型等。

2. 回归模型预测法

常用的回归方法有最小二乘回归方法、多项式拟合回归方法和鲁棒回归方法，多项式回归采用多项式的回归函数，阶数为1时为最小二乘直线拟合。鲁棒回归使用迭代权重最小二乘算法，每次迭代时权值由双平方函数对前一次迭代的残差计算而得，与通常的最小二乘回归相比对异常点较不敏感。
本文以北京管制区大王庄导航台2002年10月到2003年1月共10周的流量数据为例分析:分别按周日到周六进行统计.形成了7个流量的时间序列Xi(t),(i=1,2..,7)。对Xi(t)做必要的预处理.将序列归一到[0,1]之间.以提高预测精度。
对序列Xi(k)=[Xi(1),Xi(2)},……Xi(10)].记序列最大值为max (Xi).序列最小值为min(Xi)。 令
其中:k∈[1，10], i∈[1，7], α、β为归一系数。
给出:α=0. 9，β=0.05。通过上式可以得到归一化后的Xi(k)。并且通过检验可知，Xi(k)具有较好的平稳性和正态性.满足回归方法的基本要求。分别采用3种回归方法对归一化后的流量时间序列进行预测。回归方法的输入序列为[Xi(1),Xi(2)},…..Xi(9)].计算之后的输出序列[Xi(2),Xi(3)},……Xi(10)].取Xi(10)为预测值.与实际流量值Xi(10)进行比较。结果见表1, 2, 3。由表可见.回归方法都不能很好地吻合己知数据点。最小二乘回归方法采用简单的线性模型.误差最大;而多项式拟合的回归方法能比较敏锐地跟踪数据的变化.但容易造成比较大的偏差;兽棒回归方法变化比较平缓.能有效地过滤数据中的噪声.同时也具备一定的跟踪能力。
表1 多项式拟合预测方法结果(多项式阶数取3)

3.马尔科夫预测法

马尔科夫链实际上就是一种随机事件序列，它将来的取值只与它现在的取值有关，而与它过去的取值情况无关，即无后效性。马尔科夫预测法具有随机性，它是应用理论研究分析有关经济现象变化规律，并借此对未来的发展趋势进行预测的一种方法。马尔科夫预测法的主要目的就是根据某些经济变量现在的状态及其变动取向，预测它在未来某一特定的时期内可能出现的状态，从而为经营决策提供依据。

4.趋势预测法

该方法是调查以往交通活动的历史记录，根据历史记录的时间数据建立曲线方程，再由此方程外推预测未来的运载值。采用这种预测方法的一个基本假设是：以往影响交通量变化的因素将按照原样继续起作用，其增长率和变化趋势也继续保持下去。主要的曲线模型有如下几种
(1)直线模型：
Y=a+bt
式中：
a——初始时间的数量；
b——每年的增长数量；
t——预测的时间；
（适用于需求对时间的变化为常数）。
(论文导读：增到一定数值后趋于稳定稳定，然后增长量递减，最终达到饱和状态的交通流量变化情况。结语近几年，随着我国航空业的不断发展，空中交通拥挤现象日益严重，因此，对空中交通流量预测的需求也越来越迫切。本文针对这一情况，在空中交通流量预测方面作了一些探索，但是还有许多问题有待进一步的研究和探索。目前，影响空中交通流
2)多项式模型：
Y=a+bt+ct2+dt+⋯
式中的a，b，c，d，e为参数，r为时间。
(3)指数模型：
Y=abt
式中：
a——基年的交通量；
b——每年交通量的增长率；
（适用于增长率为常数的情况）。
(4)成长模型
式中的k，a，b为参数，t为时间，且参数用最小二乘法求得。此方程对应的函数图形为一条S曲线，且拐点对称。适用于前几年增长量缓慢递增，随后增长率增大，增到一定数值后趋于稳定稳定，然后增长量递减，最终达到饱和状态的交通流量变化情况。
结语
近几年，随着我国航空业的不断发展，空中交通拥挤现象日益严重，因此，对空中交通流量预测的需求也越来越迫切。本文针对这一情况，在空中交通流量预测方面作了一些探索，但是还有许多问题有待进一步的研究和探索。目前，影响空中交通流量的因素日益增多。现有的预测方法已经不能满足对空中交通流量预测的需求，可以将多种方法进行适当的结合，结合各自的优点，另外也要考虑随机因素对空中交通流量的影响，只有这样才能提高空中交通流量的预测精度。
参考文献
高彦杰,徐肖豪,杨国庆.飞行轨迹预测的两种变结构IMM 算法[J].中国民航学院学报,2003,21(6).
徐肖豪,杨国庆,刘建国.空管中轨迹的一种变结构IMM 算法[J].交通运输工程与信息学报,2003,1(1).
[3] 徐肖豪, 杨国庆, 刘建国. 空管中飞行轨迹预测算法的比较研究[J]. 中国民航学报,2001,19(6).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。