[发明专利]基于深度卷积神经网络的空域运行复杂度评估方法

权利要求书

1.一种基于深度卷积神经网络的空域运行复杂度评估方法，其特征在于，包括：

抽取目标空域扇区的扇区动态交通数据，并进行空域运行复杂性等级标注；

划定目标空域扇区的外接矩形，并进行网格化处理；

构造多通道空中交通态势图像，并根据空域运行复杂性等级标注构建空中交通态势图像库；

根据多通道空中交通态势图像构建空域运行复杂性分级网络模型；

对空域运行复杂性分级网络模型进行训练；以及

根据训练后的空域运行复杂性分级网络模型进行空域运行复杂性评估；其中

所述构造多通道空中交通态势图像，并根据空域运行复杂性等级标注构建空中交通态势图像库的方法包括：

根据各时段扇区动态交通数据，以航空器经纬度为坐标，获取相应坐标在网格化后目标空域扇区外接矩形中位置，将各时段内扇区动态交通数据中的航空器高度运动参数填充到对应网格作为像素值，以生成对应时段的高度历史航迹图像通道，并且将航空器速度参数填充到网格化后目标空域扇区外接矩形，生成速度历史航迹图像通道；

根据时段内各航空器最后一个航迹点的经纬度、速度和航向，获取预设时间后航空器到达的预测点，将最后一个航迹点和预测点之间的扇区动态交通数据进行连接获取预测航迹轨迹，将预测航迹轨迹通过经纬度映射到网格化后目标空域扇区外接矩形，在网格化后目标空域扇区外接矩形中，当航迹经过新的网格时，填充值以预设步长依次递减，直至预测航迹最后一点填充完成时，生成冲突预测航迹图像通道；

根据高度历史航迹图像通道、速度历史航迹图像通道和冲突预测航迹图像通道构成多通道空中交通态势图像，将不同时段生成的多通道空中交通态势图像和空域运行复杂度等级关联，以获取空中交通态势图像库，并将空中交通态势图像库划分为训练数据集和测试数据集；

所述根据多通道空中交通态势图像构建空域运行复杂性分级网络模型的方法包括：

通过深度卷积神经网络根据多通道空中交通态势图像构建空域运行复杂性分级网络模型，即

构建十四层深度卷积神经网络模型；

其中，第一层为输入层，输入多通道空中交通态势图像；第二、三、五、六、八、九层为卷积层；第四、七、十层为池化层；第十一层为卷平层；第十二、十三、十四层为全连接层，输出为空域运行复杂度等级向量；

第二层和第三层卷积层包括32个卷积核，第五层和第六层卷积层包括64个卷积核，第八层和第九层卷积层包括128个卷积核，根据预设卷积核的尺寸和预设卷积核移动幅度，通过SAME填充方式进行卷积计算；

第四、七和第十层的池化层采用最大值池化方式进行池化处理；

第十二、十三、十四层为全连接层，通过Softmax函数对第十四层输出进行概率表示，并选择概率最大值的分类为最后分类结果；

所述Softmax函数为：

其中，i为空域运行复杂度等级类别，i为1表示空域运行复杂度为1级；k表示大于零的自然数；N为空域运行复杂度总的等级数；

所述第十四层的输出为5维向量，每一维表示空域运行复杂度属于这一等级的概率大小；

第二、三、五、六、八、九层卷积层和第十二、十三、十四层全连接层后使用非线性函数进行非线性变换。

2.如权利要求1所述的空域运行复杂度评估方法，其特征在于，

所述抽取目标空域扇区的扇区动态交通数据，并进行空域运行复杂性等级标注的方法包括：

获取目标空域扇区的原始空中交通运行数据，根据预设时间粒度分时段从原始运行数据中抽取目标空域扇区的扇区动态交通数据；

根据预设时间段对扇区动态交通数据进行划分，并对各时间段对应的扇区动态交通数据进行空域运行复杂度等级标注。

3.如权利要求2所述的空域运行复杂度评估方法，其特征在于，

所述划定目标空域扇区的外接矩形，并进行网格化处理的方法包括：

获取目标空域扇区的扇区边界点经纬度数据，确定目标空域扇区最小外接矩形，将最小外接矩形各边分别向外扩展预设长度，以形成目标空域扇区外接矩形，并根据预设长度间隔对目标空域扇区外接矩形进行网格化处理。