[发明专利]一种基于图论和谱聚类算法的终端扇区划分方法

摘要

本发明公开了一种基于图论和谱聚类算法的终端扇区划分方法，通过计算机系统辅助实现，系统中包括扇区划分子系统，首先根据管制空域的基本航线网络结构和空中交通流量，提出顶点间联系程度的计算模型；应用谱聚类算法实现空域图顶点的有效分割，解决了近距平行航路分割误差问题，实现了扇区凸壳的构造与划分；提出了基于MAKLINK图的扇区间边界优化路径选择算法；最后对扇区边界进行了一定消除锯齿形状的优化处理，使之更符合实际操作，完成扇区最终划分；本发明利用空中交通流量，在划分扇区时方便地进行逆向演绎，通过图论和谱聚类算法的扇区划分方法实现各扇区的流量较均衡、协调量较小，满足最小距离约束，降低了管制员指挥难度，保障终端区运行安全。

主权项

一种基于图论和谱聚类算法的终端扇区划分方法，通过计算机系统辅助实现，所述计算机系统主要由客户端/服务器（C/S）模式构成，计算机系统包括空域导航数据库、仿真计算引擎、空域建模子系统、交通流生成子系统和显示与交互子系统，其特征在于，计算机系统中还包括运行在一个客户端的终端区扇区划分子系统，所述终端区扇区划分子系统用作终端扇区划分方法的实现平台；终端区扇区划分子系统包括空域图模型构建模块、空域图分割模块、扇区边界划设模块和扇区边界调整模块； 空域图模型构建模块应用图论知识将管制空域抽象为拓扑网络结构，对满足一定距离的顶点进行合并，将航线离散成更短的航线，其顶点数目相应增加，构建空域图的关系矩阵；空域图分割模块应用谱聚类算法对顶点聚类完成空域图的分割产生子图；扇区边界划设模块用于应用MAKLINK图、Dijkstra算法，通过执行扇区边界划设模块的过程来产生初始扇区边界，实现扇区连续且无交叉，执行扇区边界划设模块，又会产生锯齿状扇区边界；扇区边界调整模块基于已划出的边界，对已经获得的扇区边界点进行处理，在保证不影响各扇区交通流量的情况下，尽量去除产生较大锯齿状的点，通过执行扇区边界调整模块的过程来消除扇区边界的锯齿状；扇区划分子系统中包括利用构建空域图模型、谱聚类算法生成子图和利用MAKLINK图、Dijkstra算法进行计算的步骤；所述终端区扇区划分方法，包括如下步骤：步骤1：在空域建模子系统中输入空域结构数据、进离场程序数据，将空域结构转换成拓扑网络结构，在交通流生成子系统中编制航班计划数据，确定待划分终端区的上下边界，统计每条航线上的交通流量；步骤2：完成对小于某一特定距离的顶点的合并，由于顶点重要性不同合并结果不同，完成航线的离散，以及根据空中交通流量与地理位置关系建立空域图的关系矩阵Rij=[fij,aij]T，地理位置关系与欧氏距离的倒数aij有关aij=1/sqrt((xi‑xj)2‑(yi‑yj)2)，关系矩阵R的元素值为rij=sqrt(w1fij2+w2aij2)， xi表示顶点vi的横坐标；xj表示顶点vj的横坐标；yi表示顶点vi的纵坐标；yj表示顶点vj的纵坐标；fij表示在某时间段内顶点vi和vj之间飞行的航空器数量；aij表示顶点vi和顶点vj的地理接近程度，与它们之间的欧式距离成反比；w1和w2分别为fij和aij的权重系数，可根据实际情况具体确定；此步骤属于空域图模型构建模块；根据顶点合并规则，进行不同重要性顶点的合并；其具体步骤如下：a、如果lA >lB（lA 为顶点A的重要性、lB为顶点B的重要性，例如A是机场顶点、B是航路顶点），将B连同与其相连的边融合到A；b、如果lA

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