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(jì)的迅猛發(fā)展，民航運(yùn)輸量迅速增長(zhǎng)。隨之而來(lái)的是飛行流量增長(zhǎng)，管制（扇）區(qū)間繁重的流量協(xié)調(diào)，一方面無(wú)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(fèi)，使得我國(guó)繁忙機(jī)場(chǎng)航班延誤日趨嚴(yán)重。為滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的飛行流量需要，更好地利用我國(guó)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(lèi)號(hào)：P332.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）15-0042-01 </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　國(guó)民經(jīng)

3、濟(jì)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(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，可用空域逐漸減小，空中飛行矛盾越來(lái)越突出。為解決空中交通擁擠問(wèn)題，需要針對(duì)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(duì)空中交通進(jìn)行管控和協(xié)調(diào)，在保障飛機(jī)飛行安全性的同時(shí)提升民航服務(wù)效率和質(zhì)量。我國(guó)建設(shè)空中交通流量管理系統(tǒng)勢(shì)在必行，國(guó)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(guó)外已有的經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)開(kāi)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(jī)場(chǎng)場(chǎng)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(mén)、航空公司、機(jī)場(chǎng)和研究機(jī)構(gòu)等各個(gè)方面不斷的交流。所有參與協(xié)同決策的航空公司將其運(yùn)行中心

5、的信息及時(shí)發(fā)送給流量管理部門(mén)的指揮中心。這些信息包括：航班取消、機(jī)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(guò)于航空公司的運(yùn)行中心得到了跟流量管理部門(mén)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(jì)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(guò)時(shí)的信息，而過(guò)時(shí)的信息對(duì)航空公司的決策毫無(wú)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(gè)經(jīng)常運(yùn)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(zhǎng)，使得空中交通流量管理方案的使用變得越來(lái)越重要，并且將毫無(wú)疑問(wèn)地在未來(lái)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^(guò)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(bào)飛行情報(bào)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(qiáng)的地面等待策略通過(guò)建立良好的數(shù)據(jù)交換和信息服務(wù)機(jī)制，使流

8、量管理部門(mén)做出更好的決策，使航空公司和流量管理部門(mén)都能得到更佳的效益。它同時(shí)克服了傳統(tǒng)的GDP可能基于過(guò)時(shí)的、充滿(mǎn)遺漏、冗余甚至完全錯(cuò)誤的航班數(shù)據(jù)的問(wèn)題，讓航空公司參與到地面等待決策過(guò)程中來(lái)，增強(qiáng)與流量管理部門(mén)之間有效的通信和協(xié)作。一旦增強(qiáng)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(dòng)力，航空公司能更多地參與到TFM的決策過(guò)程中，信任的增加和理解的增強(qiáng)將導(dǎo)致改善的數(shù)據(jù)和用戶(hù)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(jī)場(chǎng)場(chǎng)面管理策略 </p><p>　　機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面管理系統(tǒng)是一個(gè)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(jī)場(chǎng)航空器移動(dòng)的決策支持工具，這個(gè)工具能夠提高機(jī)場(chǎng)的容量、效率和適應(yīng)性。機(jī)場(chǎng)終端區(qū)內(nèi)航班流的管理可以分成兩個(gè)方面：進(jìn)場(chǎng)航班流管理和離場(chǎng)航班流管理。每個(gè)離場(chǎng)運(yùn)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(jī)場(chǎng)有不同的規(guī)定，在許多機(jī)場(chǎng)，登機(jī)門(mén)和停機(jī)

10、坪階段由航空公司管理。特別是涉及到機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的管理非常復(fù)雜，在機(jī)場(chǎng)容量下降的情況下，不同的進(jìn)離場(chǎng)階段對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)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(chǎng)面自動(dòng)化管理技術(shù)，有效地管理進(jìn)離場(chǎng)航班流，有效提高機(jī)場(chǎng)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(lèi)，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(wèn)題，上兩節(jié)研究的協(xié)同式地面等待策略和協(xié)同機(jī)場(chǎng)場(chǎng)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(wèn)題，即協(xié)同航路CR策略。協(xié)同航路問(wèn)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(jì)劃飛行的時(shí)候，使用者和FAA如何安全、有效、公平地采取航線(xiàn)改變策略調(diào)整航班計(jì)劃。CR的三個(gè)目標(biāo)是：安全、有效及公平。協(xié)同航路發(fā)生

12、的三個(gè)前提可以總結(jié)為： </p><p>　　（1）經(jīng)常會(huì)有空域擁擠使空域使用者不能夠按照航班計(jì)劃飛行。 </p><p>　?。?）因?yàn)锳OC最了解每個(gè)航班的情況，所以AOC應(yīng)該有機(jī)會(huì)處理這種擁擠情況。航空公司掌握每個(gè)航班的詳細(xì)情況，比如油量、乘客、航班重要性等。而FAA無(wú)從知道這些詳細(xì)的情況。因?yàn)檫@個(gè)原因航空公司應(yīng)該首先處理?yè)頂D情況。比如，如果一個(gè)航空公司有兩個(gè)航班按照航班計(jì)劃要穿過(guò)某

13、個(gè)擁擠空域但是只能有1個(gè)航班可以穿過(guò)，只有航空公司自己知道這2個(gè)航班哪個(gè)更重要哪個(gè)優(yōu)先權(quán)更高。 </p><p>　?。?）因?yàn)闀r(shí)間壓力或者AOC自己沒(méi)有能力處理?yè)頂D問(wèn)題，所以FAA必須接著參與處理?yè)頂D問(wèn)題。 </p><p>　　4 協(xié)同式進(jìn)場(chǎng)容量?jī)?yōu)化模型 </p><p>　　模型考慮了機(jī)場(chǎng)擁擠時(shí)段的進(jìn)場(chǎng)和離場(chǎng)需求，將進(jìn)、離場(chǎng)看成是對(duì)等事件來(lái)處理，通過(guò)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(chǎng)容量用飛機(jī)對(duì)在跑道入口的間隔時(shí)間的加權(quán)計(jì)算值的倒數(shù)表示，如果飛機(jī)對(duì)的最小空中間隔小于前機(jī)的跑道占用時(shí)間，則該飛機(jī)對(duì)的間隔將被調(diào)整為前機(jī)的跑道占用時(shí)間。 </p><p>　　Tij（AA）：兩架進(jìn)場(chǎng)航班在跑道入口的實(shí)際間隔時(shí)間。 </p><p>　　AROR（i）：（ArrivalRunwayOccupyRequirement）進(jìn)場(chǎng)航班的跑道占用

15、時(shí)間規(guī)定。該間隔規(guī)定為兩架連續(xù)進(jìn)場(chǎng)的飛機(jī)提供足夠的間隔，以保證前機(jī)i清空跑道前后機(jī)不會(huì)進(jìn)入跑道。 </p><p>　　AASR（ij）：（Arrival-ArrivalSeparationRequirement）進(jìn)場(chǎng)航班時(shí)間間隔規(guī)定。該間隔規(guī)定為兩架連續(xù)進(jìn)近的飛機(jī)提供足夠的間隔，以保證前機(jī)i和后機(jī)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(duì)進(jìn)場(chǎng)航班

16、的平均服務(wù)時(shí)間。 </p><p>　　pij：飛機(jī)j在飛機(jī)i之后的概率。在假設(shè)飛機(jī)隨機(jī)到達(dá)次序的前提下，有pij=pipj，，pipj≥0。 </p><p>　　CA（AA）：跑道進(jìn)場(chǎng)容量，括號(hào)中的字母表示跑道的使用策略（進(jìn)場(chǎng)/離場(chǎng)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(shí)充分地提供 CDM 信息，并能充分體現(xiàn)被服務(wù)對(duì)象的利益，提高民航的服務(wù)水平，同時(shí)能夠減輕管制員負(fù)荷，減少地面等待總時(shí)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>