探究協(xié)同式空中交通流量管理關(guān)鍵技術(shù)及若干算法

1、<p>　　探究協(xié)同式空中交通流量管理關(guān)鍵技術(shù)及若干算法</p><p>　　[摘 要]隨著世界經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，民航運輸量迅速增長。隨之而來的是飛行流量增長，管制（扇）區(qū)間繁重的流量協(xié)調(diào)，一方面無法緩解空中交通擁擠，導(dǎo)致航空安全隱患；另一方面，由于人為因素導(dǎo)致更多的流量控制事件，造成空域資源的浪費，使得我國繁忙機場航班延誤日趨嚴(yán)重。為滿足日益增長的飛行流量需要，更好地利用我國空域資源，保證飛行安全，就必

2、須建立科學(xué)合理的流量管理方法，建設(shè)空中交通流量管理。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]協(xié)同式；空中流量；關(guān)鍵技術(shù)；算法 </p><p>　　中圖分類號：P332.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）15-0042-01 </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　國民經(jīng)

3、濟的持續(xù)高速發(fā)展使得空中交通流量迅猛增加，特別是在中東部經(jīng)濟較發(fā)達(dá)地區(qū)，可用空域逐漸減小，空中飛行矛盾越來越突出。為解決空中交通擁擠問題，需要針對空域使用情況采用適當(dāng)?shù)牧髁抗芾矸椒?、技術(shù)和策略對空中交通進(jìn)行管控和協(xié)調(diào)，在保障飛機飛行安全性的同時提升民航服務(wù)效率和質(zhì)量。我國建設(shè)空中交通流量管理系統(tǒng)勢在必行，國家流量監(jiān)控中心和相關(guān)流量管理系統(tǒng)的初期建設(shè)已具規(guī)模。因此，借鑒國外已有的經(jīng)驗，在我國開展協(xié)同式流量管理系統(tǒng)的前瞻性研究不僅具有重要意

4、義，而且迫在眉睫。 </p><p>　　2 交通流量管理應(yīng)用研究 </p><p>　　2.1 協(xié)同式空中交通流量管理 </p><p>　　目前協(xié)同式空中交通流量管理的關(guān)鍵技術(shù)-協(xié)同式地面等待策略、協(xié)同機場場面管理策略以及協(xié)同改航策略應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在協(xié)同決策模式下，流量管理部門、航空公司、機場和研究機構(gòu)等各個方面不斷的交流。所有參與協(xié)同決策的航空公司將其運行中心

5、的信息及時發(fā)送給流量管理部門的指揮中心。這些信息包括：航班取消、機械延誤及其它的一些將要影響空域需求的因素。信息的傳遞方式發(fā)生了前所未有的改變。其中，最重要的改變莫過于航空公司的運行中心得到了跟流量管理部門一樣的數(shù)據(jù)。這樣，航空公司就可以做出有利于他們自己的計劃和決策。而以前，這樣的信息是不可能提供給航空公司的，或者提供的也是過時的信息，而過時的信息對航空公司的決策毫無意義。 </p><p>　　2.2 傳統(tǒng)空

6、中交通流量管理 </p><p>　　空中交通流量管理起初是作為一種緊急而特殊的程序產(chǎn)生的，但隨著民航事業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為了一個經(jīng)常運用的普遍化工具。加之新航行系統(tǒng)的出現(xiàn)，空中交通流量的快速增長，使得空中交通流量管理方案的使用變得越來越重要，并且將毫無疑問地在未來空中交通管理系統(tǒng)中扮演重要角色?？罩薪煌髁抗芾淼亩x是為有助于空中交通安全，有序和快捷的流通，以確保最大限度地利用空中交通管制服務(wù)的容量并符合有關(guān)空中交

7、通服務(wù)當(dāng)局公布的標(biāo)準(zhǔn)和容量，而設(shè)置的服務(wù)?？罩薪煌髁抗芾硗ㄟ^不斷改進(jìn)和靈活的使用空中交通管理程序及其方法，盡可能準(zhǔn)確地預(yù)報飛行情報而減少延誤，保證空中交通的安全、有序和迅速。 </p><p>　　3 協(xié)同式空中交通流量管理關(guān)鍵技術(shù) </p><p>　　3.1 協(xié)同式地面等待策略 </p><p>　　增強的地面等待策略通過建立良好的數(shù)據(jù)交換和信息服務(wù)機制，使流

8、量管理部門做出更好的決策，使航空公司和流量管理部門都能得到更佳的效益。它同時克服了傳統(tǒng)的GDP可能基于過時的、充滿遺漏、冗余甚至完全錯誤的航班數(shù)據(jù)的問題，讓航空公司參與到地面等待決策過程中來，增強與流量管理部門之間有效的通信和協(xié)作。一旦增強的地面等待策略使航空公司具有了提供最新航班數(shù)據(jù)的動力，航空公司能更多地參與到TFM的決策過程中，信任的增加和理解的增強將導(dǎo)致改善的數(shù)據(jù)和用戶意向信息的輸入。相應(yīng)地，可以做出更加有效的決策。 </

9、p><p>　　3.2 協(xié)同機場場面管理策略 </p><p>　　機場場面管理系統(tǒng)是一個能夠提供信息和建議以幫助管制員和航空公司人員協(xié)同管理繁忙機場航空器移動的決策支持工具，這個工具能夠提高機場的容量、效率和適應(yīng)性。機場終端區(qū)內(nèi)航班流的管理可以分成兩個方面：進(jìn)場航班流管理和離場航班流管理。每個離場運行階段都由不同的交通管制人員負(fù)責(zé)。管制人員的劃分，各機場有不同的規(guī)定，在許多機場，登機門和停機

10、坪階段由航空公司管理。特別是涉及到機場系統(tǒng)的管理非常復(fù)雜，在機場容量下降的情況下，不同的進(jìn)離場階段對機場場面資源的需求需要重新合理分配。需要采用合理有效的管理方法，利用先進(jìn)的場面自動化管理技術(shù)，有效地管理進(jìn)離場航班流，有效提高機場容量，減輕管制員的工作負(fù)荷。 </p><p>　　3.3 協(xié)同航路改變策略 </p><p>　　按照協(xié)同式流量管理策略的應(yīng)用范圍分類，可以分為終端區(qū)流量管理策

11、略和航路流量管理策略，前者用于解決終端區(qū)流量飽和所造成的航班延誤問題，上兩節(jié)研究的協(xié)同式地面等待策略和協(xié)同機場場面管理策略則屬于終端區(qū)流量管理策略；后者用于解決航路中扇區(qū)堵塞及飽和所造成的航班改航問題，即協(xié)同航路CR策略。協(xié)同航路問題可以描述為：當(dāng)空域扇區(qū)容量下降，航路出現(xiàn)擁擠，空域使用者的航班不能夠按照航班計劃飛行的時候，使用者和FAA如何安全、有效、公平地采取航線改變策略調(diào)整航班計劃。CR的三個目標(biāo)是：安全、有效及公平。協(xié)同航路發(fā)生

12、的三個前提可以總結(jié)為： </p><p>　　（1）經(jīng)常會有空域擁擠使空域使用者不能夠按照航班計劃飛行。 </p><p>　　（2）因為AOC最了解每個航班的情況，所以AOC應(yīng)該有機會處理這種擁擠情況。航空公司掌握每個航班的詳細(xì)情況，比如油量、乘客、航班重要性等。而FAA無從知道這些詳細(xì)的情況。因為這個原因航空公司應(yīng)該首先處理擁擠情況。比如，如果一個航空公司有兩個航班按照航班計劃要穿過某

13、個擁擠空域但是只能有1個航班可以穿過，只有航空公司自己知道這2個航班哪個更重要哪個優(yōu)先權(quán)更高。 </p><p>　?。?）因為時間壓力或者AOC自己沒有能力處理擁擠問題，所以FAA必須接著參與處理擁擠問題。 </p><p>　　4 協(xié)同式進(jìn)場容量優(yōu)化模型 </p><p>　　模型考慮了機場擁擠時段的進(jìn)場和離場需求，將進(jìn)、離場看成是對等事件來處理，通過容量轉(zhuǎn)換提

14、高容量和需求的匹配度，從而減少總延誤。進(jìn)場容量用飛機對在跑道入口的間隔時間的加權(quán)計算值的倒數(shù)表示，如果飛機對的最小空中間隔小于前機的跑道占用時間，則該飛機對的間隔將被調(diào)整為前機的跑道占用時間。 </p><p>　　Tij（AA）：兩架進(jìn)場航班在跑道入口的實際間隔時間。 </p><p>　　AROR（i）：（ArrivalRunwayOccupyRequirement）進(jìn)場航班的跑道占用

15、時間規(guī)定。該間隔規(guī)定為兩架連續(xù)進(jìn)場的飛機提供足夠的間隔，以保證前機i清空跑道前后機不會進(jìn)入跑道。 </p><p>　　AASR（ij）：（Arrival-ArrivalSeparationRequirement）進(jìn)場航班時間間隔規(guī)定。該間隔規(guī)定為兩架連續(xù)進(jìn)近的飛機提供足夠的間隔，以保證前機i和后機j的空中間隔不違反空管最小間隔規(guī)定。 </p><p>　　E[T（AA）]：跑道對進(jìn)場航班

16、的平均服務(wù)時間。 </p><p>　　pij：飛機j在飛機i之后的概率。在假設(shè)飛機隨機到達(dá)次序的前提下，有pij=pipj，，pipj≥0。 </p><p>　　CA（AA）：跑道進(jìn)場容量，括號中的字母表示跑道的使用策略（進(jìn)場/離場的各種組合）。 </p><p>　　結(jié)果表明所提出的模型能夠改善現(xiàn)有算法所存在的公平性方面的缺陷，能夠吸引航空公司積極地參與地面等

17、待，及時充分地提供 CDM 信息，并能充分體現(xiàn)被服務(wù)對象的利益，提高民航的服務(wù)水平，同時能夠減輕管制員負(fù)荷，減少地面等待總時間。另外，模型保留了原有地面等待程序的兩步式資源分配方式。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 嚴(yán)蔚敏，吳偉民。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M]。北京，清華大學(xué)出版社2010.4：197-215. </p>