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摘 要：基于MySQL数据库系统，利用C语言编程分析自动化系统的航迹数据，通过PHP echart技术呈现机场起飞着陆航班架次，管制扇区、航路和航段内的航班流量，设计了管制运行态势数据采集与分析系统。该数据采集与分析系统具有數据动态分析、航班量统计、辅助扇区划设、信息查询等功能。该系统通过对历史和实时航迹数据进行多维度分析，基于用户需求直观展现综合航迹数据，为管制指挥战术调整以及扇区和航路的优化调整提供依据，从而提高大流量时流量管理工作的效率以及空域利用的合理性和高效性。
关键词：空中交通流量管理，航迹数据，动态数据分析，MySQL，PHP echart
Abstract：Based on the MySQL database system， the C language programming is used to analyze the track data of the automation system. The PHP ECharts technology is used to present the airport take-off and landing flight numbers， the flight flow in the sector， route and flight segment. The control operation data collection and analysis system is designed. It has functions such as data dynamic analysis， flight volume statistics， auxiliary sector layout， and information query. Through multi-dimensional analysis of historical and real-time track data， the system illustrates comprehensive track data based on user requirements， providing a basis for tactic adjustment and optimization of sector and route. So the efficiency of air traffic flow management and the rationality and efficiency of airspace utilization in the case of large flow are improved.
Key words： Air Traffic Flow Management， Traffic data， Data Dynamic Analysis，MySQL，PHP ECharts
随着世界范围内民航运输业蓬勃迅速的发展，越来越大的运输需求和有限的空域使用资源，对管制员安全高效的空中交通管理提出了空前的挑战。面临着越来越繁忙的机场，为了提高空域的安全性和管制员的工作效率，需要对空域内的各种流量数据进行统计分析，以辅助空中交通流量管理和空域的合理规划。本文所设计的管制运行态势数据采集分析统计系统以航班实际运行数据为基础，原始数据包由湖南空管分局提供的自动化系统航迹数据，通过自主开发的分析处理软件对这些信息进行处理，导入特定的数据库，完成基础数据的存储，提供强有力的数据支持，并对数据进行分析，以可视化组件方式为用户呈现整个空域的流量统计分析数据，包括扇区、航路、航段以及各航路点不同时间段的流量统计数据。
1 需求分析
目前的空域细分和扇区开放的依据基本都是基于一线管制员长期的运行经验和实际感受，没有具体明确的量化指标做数据支持和技术参考。难以科学合理地对空域中的航路航线结构和扇区进行优化调整。根据历史数据统计湖南空管分局繁忙扇区航班日均流量超过500架次，繁忙航段日均流量超过600架次，繁忙航路点日均流量超过600架次。为了更好地基于航路和扇区的实时流量进行管制指挥战术调整，以及基于大量历史运行数据对航路和扇区进行优化调整，需要对各扇区、航路、航段以及航路点的历史及实时运行数据进行多维度的统计分析，深入挖掘数据价值。
2 系统的总体构架设计
2.1概述
以航班实际运行数据为基础的管制运行态势数据采集与分析系统，其研究目标是通过整理分析航班综合航迹数据，建立高效准确的管制区、管制扇区以及航路的运行数据分析统计。管制运行态势数据采集与分析系统基于windows平台，通过网页浏览的方法，用PHP结合数据库技术实现。该系统采用MySQL数据库管理方式，统计航班运行数据，PHP连接数据库处理数据，实现ECharts动态呈现。系统的实现基础通过将对报文中的各字段进行解析，筛选出相关字段，并将其导入数据库，在网页上使用PHP连接数据库，将后台查询结果返回网页，辅以ECharts等技术将查询结果动态实现。
2.2系统结构设计
根据系统的功能分析，将整个系统分为2大模块，如图1所示。
由图1可知，整个系统包括两大模块：数据处理分析模块与数据呈现模块。其中数据处理分析模块主要包括数据检索、数据过滤、标准化处理、批处理以及数据分析;数据呈现模块包括系统数据的可视化及动态呈现处理。从而实现运行态势数据的统计，分析出指定扇区内、指定时间点/段航班数量、航班在指定扇区内指定时间点/段总的飞行时间和平均飞行时间等各类型数据，并形成直观的图表显示。
MySQL数据库是一个关系型数据库管理系统，它使用了多种编译器进行测试，保证源代码的可移植性，为多种编程语言提供了API，支持多线程优化的SQL查询算法有效地提高查询速度，能够作为一个库而嵌入其它系统中，并且MySQL对PHP有很好的支持。PHP是一种强大的CGI脚本语言，语法混合了C、Java、Perl和PHP式的新语法，执行网页速度比CGI、Perl和ASP更快，而且内嵌Zend加速引擎，性能稳定快速，占用系统资源少，代码执行速度快。PHP消耗相当少的系统资源，有利于系统的快速运行。 2.3 系统设计
2.3.1数据处理
空管自动化系统综合航迹数据是航空器的实际运行数据[1]，它是一种自定义数据包格式，其各项航迹数据由空管自动化系统后台根据《民用航空飞行动态固定电报格式 MH/T 4007-2012》（以下简称《MH/T 4007-2012》）进行编码输出[2]。为了使得航迹数据直观显示并被使用，基于C#编程语言环境创立一个程序用于保存《MH/T 4007-2012》中各项数据编组与格式，然后调取综合航迹数据，根据《MH/T 4007-2012》将其解析后填入所建表格中，得到以表格形式显示的数据。如图2所示，各项数据编组通过标准化处理，将不同参数的综合航迹数据整合成统一形式的表格。最后将程序和MySQL数据库连接[4]，把全部数据导入数据库中，利用数据库对数据进行批处理，从而实现数据调取的快速与稳定，为后期的数据转化可视化图表做好准备工作。
2.3.2 数据分析
综合航迹数据是自定义数据格式，以第一份报文为例自主翻译、解析数据编组与格式，提取了飞行计划编号、起降时间、所在扇区、途径航路和途径各航路点时间等信息.系统按照飞行计划编号统计航迹数据中起降时间得出当日起降概况、根据各数据编组中描述的航空器所在扇区得到扇区流量概况、根据途径各航路点时间得到航路点流量情况、通过数据编组中各航空器的计划航路结合过航路点时间得到进出航路时间最后得到航路流量情况。
2.3.3 数据呈现
2.3.2.1 程序界面
系统软件以Windows为操作平台，基于C语言编程环境，利用eclopse PHP为工具[5]，制作而成的页面显示以及使用工具，如图3所示。它分为3个主要显示模块，包括当日概况界面、扇区流量统计界面、航路点流量统计界面。系统将综合航迹数据通过程序处理后储存到数据库中，然后把数据转化为可视化组件，通过动态图表与数字呈现所属扇区与航路的使用情况以及机场的起降情况等，最后以人机交互式界面显示呈现结果，同时还可以根据需求选择所选择的显示内容[6]。
其中当日概况界面（如图3）是综合性的将当天的整体情况以点状图、饼状图、柱状图以及曲线图呈现出各时段的航空器数量。扇区情况界面（如图4）以曲线图结合动态饼状图可供用户指定显示某时段内的扇区使用情况。航路点情况界面（如圖5）也是以曲线图与动态饼状图的结合，能够显示长沙管制区内最繁忙的8条航路以及13个最繁忙的航路点的各时段流量情况。
饼状图显示各扇区/航路/航路点中的航空器数量的大小与数量总和的比例，且动态饼状图可随着用户选择显示所需时段的数据，因此提高了数据的实用性与参考性。而折线图表述出各个时刻的扇区、航路以及航路点飞机数量，随时间的变动可从图中直观识别出航班量的数据变化。折线的趋势走向为管制员提供了良好的情景意识，将管制运行态势具象的表现出来。不同的图表的搭配使用可以大致分析出航空器在各个阶段的数量变化，通过扇区、航路情况可以分析出热点时刻的的交通阻塞情况，为航路和扇区优化提供了依据[8]。
2.3.3.2 程序实现
以扇区情况模板为例，扇区饼状图数据由sql语句筛选而得，从dynamic表中筛选飞行计划编号不重复的当前所属扇区信息
$sql = 'SELECT 当前所属扇区， COUNT（distinct 飞行计划编号）
FROM dynamic
WHERE 当前所属扇区<>""
GROUP BY 当前所属扇区' ;
然后将筛选好的信息存入变量data中以饼状图的形式呈现出来
echarts.init（document.getElementById（'pieChart1'））.setOption（{
tooltip： { trigger： 'item'，
showContent： true，
formatter： '{b} - {c} / {d}%'}，
series： {type： 'pie'，
radius ： '65%'，
data： <？php echo $data？>}}）;
扇区折线图数据由SQL语句筛选，然后填入echart折线图，最终得到呈现结果
$nowDate2 = "2018-06-01";
function SectorInfoSql（$nowDate，$sector）
{return
'SELECT time_format（发报时间，"%H"），count（distinct 飞行计划编号）
from dynamic
where 通过上一点的日期 = "'.$nowDate.'" and 当前所属扇区="'.$sector.'"
group by time_format（发报时间，"%H"）';}
$sectors = ["AF"，"AL"，"AT"，"C1"，"C2"，"C3"，"C4"，"C5"，"TC"];
Echarts呈现
var option = {
legend： {}，
tooltip： {trigger： 'axis'，
showContent： false}，
dataset： {source： <？php echo $datasetJson;？>}，
xAxis： {type： 'category'}，
yAxis： {gridIndex： 0}， grid： {top： '55%'}，
series： [
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
{type： 'pie'，
id： 'pie'，
radius： '30%'，
center： ['50%'， '25%']，
label： {
formatter： '{b}： （{d}%）'}，
encode： {
itemName： 'product'，
value： '2012'，
tooltip： '2012'}}]};
myChart.on（'updateAxisPointer'， function （event） {
var xAxisInfo = event.axesInfo[0];
if （xAxisInfo） {
var dimension = xAxisInfo.value + 1;
myChart.setOption（{
series： {
id： 'pie'，
label： {
formatter： '{b}： {@[' + dimension + ']} （{d}%）'}，
encode： {
value： dimension，
tooltip： dimension}}}）;}}）;
myChart.setOption（option）;
自动化系统的航迹数据是一种定义数据格式包，直接阅读较为不便。该软件系统将航迹数据简化以及标准化处理，指定重要信息则转化为直观的图表以及数字，其中包括折线图、柱形图、饼状图等直观可视化图表。软件为用户提供了良好的交互式界面，将大量數据导入其中后，用户可通过输入需查询的日期或者指定扇区等信息找到所需当天的空域使用情况等，不同的呈现方式可以将数据参数合理的利用，将不必要的内容略去，提高资源的利用效率，对空域规划具有现实意义。
3 结论
本文给出了基于空管自动化系统航迹数据的管制运行态势数据自动分析系统的设计方案，该系统以C#编程语言环境创立数据检索与提取程序，连接MySQL数据对所得数据进行标准化处理与批处理，然后PHP连接数据库将数据转化为可视化组件最终通过echart实现动态呈现的结果。管制运行态势数据自动分析系统能够将综合航迹数据数据包中有效信息提取、整合以及呈现，为航班运行前的流量管理提供强有力的数据支持;能够为优化空域、航路航线结构提供数据支持，有效提高空域使用效率;显著减少一线管制统计工作负担;提高大流量时流量管理工作的效率，确保流量管理的针对性及有效性。
参考文献
[1]M/T4029 民用航空空中交通管制自动化系统第3部分：飞行数据交换M/T4007民用航空飞行动态固定电报格式
[2]Ⅷ/4029.2 民用航空空中交通管制自动化系统第2部分：技术要求M/T4007 民用航空飞行动态固定电报格式
[3]ADEXP ATS数据交换规范
[4]李瑞祥，刘伟. MYSQL数据查询技巧[J].网络安全和信息化，2019（05）：70-71.
[5]梁琰. MySQL数据库在PHP网页中的动态应用研究[J].电脑知识与技术，2019，15（09）：7-8.
[6]LukeWelling LauraThomson. PHP and MySQL Web Development[M].机械工业出版社，2018
[7]衡红军，王瑞.航站楼长期运行态势的评估体系[J].计算机科学，2019，46（05）：310-314.
[8]袁立罡. 终端区动态交通特征与运行态势研究[D].南京航空航天大学，2017.
[9]陶媚.基于GIS的三维空间导航数据评估系统研究[J].天津工业大学学报，2012，31（03）.
关键词：空中交通流量管理，航迹数据，动态数据分析，MySQL，PHP echart
Abstract：Based on the MySQL database system， the C language programming is used to analyze the track data of the automation system. The PHP ECharts technology is used to present the airport take-off and landing flight numbers， the flight flow in the sector， route and flight segment. The control operation data collection and analysis system is designed. It has functions such as data dynamic analysis， flight volume statistics， auxiliary sector layout， and information query. Through multi-dimensional analysis of historical and real-time track data， the system illustrates comprehensive track data based on user requirements， providing a basis for tactic adjustment and optimization of sector and route. So the efficiency of air traffic flow management and the rationality and efficiency of airspace utilization in the case of large flow are improved.
Key words： Air Traffic Flow Management， Traffic data， Data Dynamic Analysis，MySQL，PHP ECharts
随着世界范围内民航运输业蓬勃迅速的发展，越来越大的运输需求和有限的空域使用资源，对管制员安全高效的空中交通管理提出了空前的挑战。面临着越来越繁忙的机场，为了提高空域的安全性和管制员的工作效率，需要对空域内的各种流量数据进行统计分析，以辅助空中交通流量管理和空域的合理规划。本文所设计的管制运行态势数据采集分析统计系统以航班实际运行数据为基础，原始数据包由湖南空管分局提供的自动化系统航迹数据，通过自主开发的分析处理软件对这些信息进行处理，导入特定的数据库，完成基础数据的存储，提供强有力的数据支持，并对数据进行分析，以可视化组件方式为用户呈现整个空域的流量统计分析数据，包括扇区、航路、航段以及各航路点不同时间段的流量统计数据。
1 需求分析
目前的空域细分和扇区开放的依据基本都是基于一线管制员长期的运行经验和实际感受，没有具体明确的量化指标做数据支持和技术参考。难以科学合理地对空域中的航路航线结构和扇区进行优化调整。根据历史数据统计湖南空管分局繁忙扇区航班日均流量超过500架次，繁忙航段日均流量超过600架次，繁忙航路点日均流量超过600架次。为了更好地基于航路和扇区的实时流量进行管制指挥战术调整，以及基于大量历史运行数据对航路和扇区进行优化调整，需要对各扇区、航路、航段以及航路点的历史及实时运行数据进行多维度的统计分析，深入挖掘数据价值。
2 系统的总体构架设计
2.1概述
以航班实际运行数据为基础的管制运行态势数据采集与分析系统，其研究目标是通过整理分析航班综合航迹数据，建立高效准确的管制区、管制扇区以及航路的运行数据分析统计。管制运行态势数据采集与分析系统基于windows平台，通过网页浏览的方法，用PHP结合数据库技术实现。该系统采用MySQL数据库管理方式，统计航班运行数据，PHP连接数据库处理数据，实现ECharts动态呈现。系统的实现基础通过将对报文中的各字段进行解析，筛选出相关字段，并将其导入数据库，在网页上使用PHP连接数据库，将后台查询结果返回网页，辅以ECharts等技术将查询结果动态实现。
2.2系统结构设计
根据系统的功能分析，将整个系统分为2大模块，如图1所示。
由图1可知，整个系统包括两大模块：数据处理分析模块与数据呈现模块。其中数据处理分析模块主要包括数据检索、数据过滤、标准化处理、批处理以及数据分析;数据呈现模块包括系统数据的可视化及动态呈现处理。从而实现运行态势数据的统计，分析出指定扇区内、指定时间点/段航班数量、航班在指定扇区内指定时间点/段总的飞行时间和平均飞行时间等各类型数据，并形成直观的图表显示。
MySQL数据库是一个关系型数据库管理系统，它使用了多种编译器进行测试，保证源代码的可移植性，为多种编程语言提供了API，支持多线程优化的SQL查询算法有效地提高查询速度，能够作为一个库而嵌入其它系统中，并且MySQL对PHP有很好的支持。PHP是一种强大的CGI脚本语言，语法混合了C、Java、Perl和PHP式的新语法，执行网页速度比CGI、Perl和ASP更快，而且内嵌Zend加速引擎，性能稳定快速，占用系统资源少，代码执行速度快。PHP消耗相当少的系统资源，有利于系统的快速运行。 2.3 系统设计
2.3.1数据处理
空管自动化系统综合航迹数据是航空器的实际运行数据[1]，它是一种自定义数据包格式，其各项航迹数据由空管自动化系统后台根据《民用航空飞行动态固定电报格式 MH/T 4007-2012》（以下简称《MH/T 4007-2012》）进行编码输出[2]。为了使得航迹数据直观显示并被使用，基于C#编程语言环境创立一个程序用于保存《MH/T 4007-2012》中各项数据编组与格式，然后调取综合航迹数据，根据《MH/T 4007-2012》将其解析后填入所建表格中，得到以表格形式显示的数据。如图2所示，各项数据编组通过标准化处理，将不同参数的综合航迹数据整合成统一形式的表格。最后将程序和MySQL数据库连接[4]，把全部数据导入数据库中，利用数据库对数据进行批处理，从而实现数据调取的快速与稳定，为后期的数据转化可视化图表做好准备工作。
2.3.2 数据分析
综合航迹数据是自定义数据格式，以第一份报文为例自主翻译、解析数据编组与格式，提取了飞行计划编号、起降时间、所在扇区、途径航路和途径各航路点时间等信息.系统按照飞行计划编号统计航迹数据中起降时间得出当日起降概况、根据各数据编组中描述的航空器所在扇区得到扇区流量概况、根据途径各航路点时间得到航路点流量情况、通过数据编组中各航空器的计划航路结合过航路点时间得到进出航路时间最后得到航路流量情况。
2.3.3 数据呈现
2.3.2.1 程序界面
系统软件以Windows为操作平台，基于C语言编程环境，利用eclopse PHP为工具[5]，制作而成的页面显示以及使用工具，如图3所示。它分为3个主要显示模块，包括当日概况界面、扇区流量统计界面、航路点流量统计界面。系统将综合航迹数据通过程序处理后储存到数据库中，然后把数据转化为可视化组件，通过动态图表与数字呈现所属扇区与航路的使用情况以及机场的起降情况等，最后以人机交互式界面显示呈现结果，同时还可以根据需求选择所选择的显示内容[6]。
其中当日概况界面（如图3）是综合性的将当天的整体情况以点状图、饼状图、柱状图以及曲线图呈现出各时段的航空器数量。扇区情况界面（如图4）以曲线图结合动态饼状图可供用户指定显示某时段内的扇区使用情况。航路点情况界面（如圖5）也是以曲线图与动态饼状图的结合，能够显示长沙管制区内最繁忙的8条航路以及13个最繁忙的航路点的各时段流量情况。
饼状图显示各扇区/航路/航路点中的航空器数量的大小与数量总和的比例，且动态饼状图可随着用户选择显示所需时段的数据，因此提高了数据的实用性与参考性。而折线图表述出各个时刻的扇区、航路以及航路点飞机数量，随时间的变动可从图中直观识别出航班量的数据变化。折线的趋势走向为管制员提供了良好的情景意识，将管制运行态势具象的表现出来。不同的图表的搭配使用可以大致分析出航空器在各个阶段的数量变化，通过扇区、航路情况可以分析出热点时刻的的交通阻塞情况，为航路和扇区优化提供了依据[8]。
2.3.3.2 程序实现
以扇区情况模板为例，扇区饼状图数据由sql语句筛选而得，从dynamic表中筛选飞行计划编号不重复的当前所属扇区信息
$sql = 'SELECT 当前所属扇区， COUNT（distinct 飞行计划编号）
FROM dynamic
WHERE 当前所属扇区<>""
GROUP BY 当前所属扇区' ;
然后将筛选好的信息存入变量data中以饼状图的形式呈现出来
echarts.init（document.getElementById（'pieChart1'））.setOption（{
tooltip： { trigger： 'item'，
showContent： true，
formatter： '{b} - {c} / {d}%'}，
series： {type： 'pie'，
radius ： '65%'，
data： <？php echo $data？>}}）;
扇区折线图数据由SQL语句筛选，然后填入echart折线图，最终得到呈现结果
$nowDate2 = "2018-06-01";
function SectorInfoSql（$nowDate，$sector）
{return
'SELECT time_format（发报时间，"%H"），count（distinct 飞行计划编号）
from dynamic
where 通过上一点的日期 = "'.$nowDate.'" and 当前所属扇区="'.$sector.'"
group by time_format（发报时间，"%H"）';}
$sectors = ["AF"，"AL"，"AT"，"C1"，"C2"，"C3"，"C4"，"C5"，"TC"];
Echarts呈现
var option = {
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tooltip： {trigger： 'axis'，
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{type： 'line'， smooth： true， seriesLayoutBy： 'row'}，
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tooltip： '2012'}}]};
myChart.on（'updateAxisPointer'， function （event） {
var xAxisInfo = event.axesInfo[0];
if （xAxisInfo） {
var dimension = xAxisInfo.value + 1;
myChart.setOption（{
series： {
id： 'pie'，
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formatter： '{b}： {@[' + dimension + ']} （{d}%）'}，
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myChart.setOption（option）;
自动化系统的航迹数据是一种定义数据格式包，直接阅读较为不便。该软件系统将航迹数据简化以及标准化处理，指定重要信息则转化为直观的图表以及数字，其中包括折线图、柱形图、饼状图等直观可视化图表。软件为用户提供了良好的交互式界面，将大量數据导入其中后，用户可通过输入需查询的日期或者指定扇区等信息找到所需当天的空域使用情况等，不同的呈现方式可以将数据参数合理的利用，将不必要的内容略去，提高资源的利用效率，对空域规划具有现实意义。
3 结论
本文给出了基于空管自动化系统航迹数据的管制运行态势数据自动分析系统的设计方案，该系统以C#编程语言环境创立数据检索与提取程序，连接MySQL数据对所得数据进行标准化处理与批处理，然后PHP连接数据库将数据转化为可视化组件最终通过echart实现动态呈现的结果。管制运行态势数据自动分析系统能够将综合航迹数据数据包中有效信息提取、整合以及呈现，为航班运行前的流量管理提供强有力的数据支持;能够为优化空域、航路航线结构提供数据支持，有效提高空域使用效率;显著减少一线管制统计工作负担;提高大流量时流量管理工作的效率，确保流量管理的针对性及有效性。
参考文献
[1]M/T4029 民用航空空中交通管制自动化系统第3部分：飞行数据交换M/T4007民用航空飞行动态固定电报格式
[2]Ⅷ/4029.2 民用航空空中交通管制自动化系统第2部分：技术要求M/T4007 民用航空飞行动态固定电报格式
[3]ADEXP ATS数据交换规范
[4]李瑞祥，刘伟. MYSQL数据查询技巧[J].网络安全和信息化，2019（05）：70-71.
[5]梁琰. MySQL数据库在PHP网页中的动态应用研究[J].电脑知识与技术，2019，15（09）：7-8.
[6]LukeWelling LauraThomson. PHP and MySQL Web Development[M].机械工业出版社，2018
[7]衡红军，王瑞.航站楼长期运行态势的评估体系[J].计算机科学，2019，46（05）：310-314.
[8]袁立罡. 终端区动态交通特征与运行态势研究[D].南京航空航天大学，2017.
[9]陶媚.基于GIS的三维空间导航数据评估系统研究[J].天津工业大学学报，2012，31（03）.