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摘要

在航空通信、導(dǎo)航及監(jiān)視的基礎(chǔ)之上，空中交通管理系統(tǒng)得以有效運行，而其管理運行情況則成為航空交通安全運輸?shù)闹匾夹g(shù)保障。分析和研究空中交通運行情況，對于我國航空事業(yè)來說，將具有十分重要的現(xiàn)實意義。因此文章以空中交通管理運行為研究對象，以bp網(wǎng)絡(luò)的空中交通管理運行分析為研究目標(biāo)，首先對BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了簡單介紹；其次，從BP網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)，重點探究了空中交通管理運行的具體情況。希望本次研究能夠為我國相關(guān)部門帶來一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞

BP網(wǎng)絡(luò)；空中交通管理

作為一項促進(jìn)我國航空業(yè)發(fā)展的重要工作內(nèi)容，空中交通管理運行對航空事業(yè)的發(fā)展起著直接影響。尤其是對于航空事業(yè)的國際化程度來說，空中交通管理運行在其中具有非常關(guān)鍵的影響作用。因此本研究基于BP網(wǎng)絡(luò)的角度來探究空中交通管理運行對于我國航空事業(yè)未來的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1BP網(wǎng)絡(luò)的基本原理

BP網(wǎng)絡(luò)屬于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的一種，同時也是其中應(yīng)用最為廣泛的一種。BP網(wǎng)絡(luò)對于輸入-輸出模式映射關(guān)系能夠進(jìn)行大量學(xué)習(xí)和存儲，且對于其映射關(guān)系數(shù)學(xué)方程無需進(jìn)行提前揭示和描述。BP網(wǎng)絡(luò)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自學(xué)習(xí)，而且還具備大規(guī)模并行處理的功能，其已經(jīng)在模糊識別和分類以及函數(shù)逼近等這些方面得到了最廣泛的應(yīng)用。另外，BP網(wǎng)絡(luò)的信息分布存儲功能還在數(shù)據(jù)壓縮問題上實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。輸入層、隱含層和輸出層是BP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖1所示），而信息正向和誤差反向傳播則構(gòu)成了學(xué)習(xí)算法的兩種傳播方式。其中，信息正向傳播過程主要是外界信息由輸入層的各個節(jié)點來負(fù)責(zé)收集；然后再將收集到的信息傳遞給隱含層的各個節(jié)點，而這一層的主要作用就是對信息進(jìn)行變換，進(jìn)而將其設(shè)計為單層或者多層；最后由隱含層將變換的信息傳遞到輸出層的各個節(jié)點，而輸出層對其進(jìn)行進(jìn)一步的處理之后再向外界輸出。整個過程完成之后，如果實際輸出與期望輸出不一致，則就會開啟誤差反向傳播。與信息正向傳播相反，誤差反向傳播指的是誤差信息基于其梯度下降方式來修正各層的數(shù)值，然后通過輸出層向隱含層和輸入層逐層反傳。這種對各層權(quán)值和闕值進(jìn)行不斷修正的過程，實質(zhì)上就是這信息正向和誤差反向的傳播過程，同時也是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的過程，而且只有當(dāng)各層的權(quán)值和闕值修正到可以接受的程度，這一過程才能夠停止。

2基于BP網(wǎng)絡(luò)的空中交通管理運行分析

2.1建立空中交通管理運行的樣本集

建立樣本集必須要采集足夠的樣本，而且空中交通管理運行時段的每一項指標(biāo)都必須由某一個樣本與之相對應(yīng)。樣本可以是空中交通管理運行的安全性能、空中交通流的密度以及運行效率性能等。如對空中交通管理運行某一時段的錄音錄像進(jìn)行調(diào)取并建立樣本。然后由相關(guān)專家對這一時段的錄音錄像進(jìn)行聽取和查看，進(jìn)而將其當(dāng)時管理運行情景進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。最后根據(jù)經(jīng)驗以及樣本指標(biāo)數(shù)據(jù)來分類評價其采集的樣本。另外，對于各個樣本的綜合評價分值，還可以采用主成分分析法來進(jìn)行計算和分析。如果專家對某個樣本形成了一致的分類意見，而且在評價分值水平上基本相符，那么就可以確定對該時段空中交通管理運行的分析較為科學(xué)，而該樣本也可以作為典型樣本；如果專家在樣本分類意見上存在一定的差異，那么對該時段空中交通管理運行樣本的采取就屬于非典型樣本。因此，對于樣本集的建立必須采取典型的樣本，另外要建立兩個樣本集，即訓(xùn)練樣本集和測試樣本集，且都要由M類相同數(shù)量的樣本組成。

2.2BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和測試

2.2.1空中交通管理運行的輸入層數(shù)據(jù)分析

為了使得各個評價指標(biāo)之間的量綱差異得以消除，要對訓(xùn)練樣本集的原始數(shù)據(jù)，利用比例壓縮法進(jìn)行預(yù)處理。首先，將訓(xùn)練樣本集的樣本數(shù)量設(shè)為I個，那么原始數(shù)據(jù)矩陣則為D=(dij)I×J，其中第i個樣本的第j項指標(biāo)數(shù)據(jù)用ijd來表示，而第i個樣本的數(shù)據(jù)向量則用12(,,,)iiiiJD=ddd來表示。將訓(xùn)練樣本集數(shù)據(jù)矩陣設(shè)為()ijIJXx×=，。其中12(,,,)iiiiJX=xxx代表了第i個樣本的數(shù)據(jù)向量。

2.2.2空中交通管理運行的隱含層和輸出層數(shù)據(jù)分析

采用附加動量因子mcf的自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率梯度下降算法來提高樣本的收斂精度并減少其迭代次數(shù)。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練要針對于每一個可能的隱含層節(jié)點數(shù)來進(jìn)行，然后通過網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練來調(diào)整各層的指標(biāo)，一直到訓(xùn)練步長結(jié)束為止。設(shè)學(xué)習(xí)速率為η，而第k次的學(xué)習(xí)速率則為kη。將,()kqjkQJVv×=設(shè)為輸入層到隱含層的權(quán)值矩陣，其中qj,kv代表隱含層中第q個節(jié)點的權(quán)值是由輸入層第j個節(jié)點所輸入的，而q,kQ則表示隱含層第q個節(jié)點的闕值。,()kmqkMQWw×=是隱含層到輸出層的權(quán)值矩陣公式，其中mq,kw就表示輸出層的第m個節(jié)點權(quán)值是由隱含層的第q個節(jié)點所輸入，而m,kµ則表示為輸出層的第m個節(jié)點的闕值。這樣當(dāng)輸入訓(xùn)練樣本的數(shù)據(jù)向量iX時，輸出層的期望值就能夠根據(jù)專家的分類結(jié)果而生成，即為12(,,,)iiiiMT=ttt。若設(shè),1,2,,(,,)ikikikiQkH=hhh為隱含層輸出向量，則,1,2,,(,,)ikikikiMkO=ooo就表示為輸出層輸出向量。通過上述公式能夠?qū)⒖罩薪煌ü芾硐到y(tǒng)各個層次的權(quán)值和闕值計算出來，然后通過權(quán)值、闕值和預(yù)期值的對比，能夠很明確的分析出其空中交通管理系統(tǒng)的具體運行情況。

2.2.3仿真分析

處于空域狀態(tài)識別模塊中的空中交通管理運行，其主要是通過預(yù)測流量來實現(xiàn)對空中交通管理運行的分析。而對流量的預(yù)測則主要決定于空域容量是否小于空中交通流的流量，并且還要分析空中交通的復(fù)雜性和隨機(jī)性，這一分析的實現(xiàn)主要是利用模糊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)的。首先要建立數(shù)據(jù)仿真模型以及方法數(shù)據(jù)庫、模型庫系統(tǒng)，然后利用模糊預(yù)測來實現(xiàn)對空中交通管理系統(tǒng)輸入和輸出的分析；最后根據(jù)前后空中交通的需求情況，統(tǒng)計分析其得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而最終將這些數(shù)據(jù)通過相關(guān)的規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以實現(xiàn)對空中交通流量的仿真預(yù)測。

3結(jié)論

本研究基于BP網(wǎng)絡(luò)原理，針對空中交通管理運行進(jìn)行了分析和探究，并以某樣本為例，提出了BP網(wǎng)絡(luò)模型的空中交通管理運行評價方式，通過這一評價方式能夠較為科學(xué)的分析出某一時段空中交通管理運行的具體情景和狀況。通過對典型樣本的選取以及對其進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練測試，能夠根據(jù)上述公式計算出BP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三個層次，即輸入層、隱含層以及輸出層的具體權(quán)值和闕值，然后能夠?qū)⑦@些值與預(yù)期值進(jìn)行對比，從而得出該網(wǎng)絡(luò)模型的分析結(jié)果是否有效，最終實現(xiàn)對空中交通管理運行情況的分析。

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作者：縱立志 單位：四川中國民航飛行學(xué)院交通運輸系