探究协同式空中交通流量管理关键技术及若干算法.doc

1、探究协同式空中交通流量管理关键技术及若干算法摘 要随着世界经济的迅猛发展，民航运输量迅速增长。随之而来的是飞行流量增长，管制（扇）区间繁重的流量协调，一方面无法缓解空中交通拥挤，导致航空安全隐患；另一方面，由于人为因素导致更多的流量控制事件，造成空域资源的浪费，使得我国繁忙机场航班延误日趋严重。为满足日益增长的飞行流量需要，更好地利用我国空域资源，保证飞行安全，就必须建立科学合理的流量管理方法，建设空中交通流量管理。 关键词协同式；空中流量；关键技术；算法 中图分类号：P332.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0042-01 1 引言 国民经济的持续高速发展使

2、得空中交通流量迅猛增加，特别是在中东部经济较发达地区，可用空域逐渐减小，空中飞行矛盾越来越突出。为解决空中交通拥挤问题，需要针对空域使用情况采用适当的流量管理方法、技术和策略对空中交通进行管控和协调，在保障飞机飞行安全性的同时提升民航服务效率和质量。我国建设空中交通流量管理系统势在必行，国家流量监控中心和相关流量管理系统的初期建设已具规模。因此，借鉴国外已有的经验，在我国开展协同式流量管理系统的前瞻性研究不仅具有重要意义，而且迫在眉睫。 2 交通流量管理应用研究 2.1 协同式空中交通流量管理 目前协同式空中交通流量管理的关键技术-协同式地面等待策略、协同机场场面管理策略以及协同改航策略应用相

3、当广泛。在协同决策模式下，流量管理部门、航空公司、机场和研究机构等各个方面不断的交流。所有参与协同决策的航空公司将其运行中心的信息及时发送给流量管理部门的指挥中心。这些信息包括：航班取消、机械延误及其它的一些将要影响空域需求的因素。信息的传递方式发生了前所未有的改变。其中，最重要的改变莫过于航空公司的运行中心得到了跟流量管理部门一样的数据。这样，航空公司就可以做出有利于他们自己的计划和决策。而以前，这样的信息是不可能提供给航空公司的，或者提供的也是过时的信息，而过时的信息对航空公司的决策毫无意义。 2.2 传统空中交通流量管理 空中交通流量管理起初是作为一种紧急而特殊的程序产生的，但随着民航事

4、业的发展已经成为了一个经常运用的普遍化工具。加之新航行系统的出现，空中交通流量的快速增长，使得空中交通流量管理方案的使用变得越来越重要，并且将毫无疑问地在未来空中交通管理系统中扮演重要角色。空中交通流量管理的定义是为有助于空中交通安全，有序和快捷的流通，以确保最大限度地利用空中交通管制服务的容量并符合有关空中交通服务当局公布的标准和容量，而设置的服务。空中交通流量管理通过不断改进和灵活的使用空中交通管理程序及其方法，尽可能准确地预报飞行情报而减少延误，保证空中交通的安全、有序和迅速。 3 协同式空中交通流量管理关键技术 3.1 协同式地面等待策略 增强的地面等待策略通过建立良好的数据交换和信息

5、服务机制，使流量管理部门做出更好的决策，使航空公司和流量管理部门都能得到更佳的效益。它同时克服了传统的 GDP 可能基于过时的、充满遗漏、冗余甚至完全错误的航班数据的问题，让航空公司参与到地面等待决策过程中来，增强与流量管理部门之间有效的通信和协作。一旦增强的地面等待策略使航空公司具有了提供最新航班数据的动力，航空公司能更多地参与到 TFM 的决策过程中，信任的增加和理解的增强将导致改善的数据和用户意向信息的输入。相应地，可以做出更加有效的决策。 3.2 协同机场场面管理策略 机场场面管理系统是一个能够提供信息和建议以帮助管制员和航空公司人员协同管理繁忙机场航空器移动的决策支持工具，这个工具能

6、够提高机场的容量、效率和适应性。机场终端区内航班流的管理可以分成两个方面：进场航班流管理和离场航班流管理。每个离场运行阶段都由不同的交通管制人员负责。管制人员的划分，各机场有不同的规定，在许多机场，登机门和停机坪阶段由航空公司管理。特别是涉及到机场系统的管理非常复杂，在机场容量下降的情况下，不同的进离场阶段对机场场面资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，利用先进的场面自动化管理技术，有效地管理进离场航班流，有效提高机场容量，减轻管制员的工作负荷。 3.3 协同航路改变策略 按照协同式流量管理策略的应用范围分类，可以分为终端区流量管理策略和航路流量管理策略，前者用于解决终端区流

7、量饱和所造成的航班延误问题，上两节研究的协同式地面等待策略和协同机场场面管理策略则属于终端区流量管理策略；后者用于解决航路中扇区堵塞及饱和所造成的航班改航问题，即协同航路 CR 策略。协同航路问题可以描述为：当空域扇区容量下降，航路出现拥挤，空域使用者的航班不能够按照航班计划飞行的时候，使用者和 FAA 如何安全、有效、公平地采取航线改变策略调整航班计划。CR 的三个目标是：安全、有效及公平。协同航路发生的三个前提可以总结为： （1）经常会有空域拥挤使空域使用者不能够按照航班计划飞行。 （2）因为 AOC 最了解每个航班的情况，所以 AOC 应该有机会处理这种拥挤情况。航空公司掌握每个航班的详

8、细情况，比如油量、乘客、航班重要性等。而 FAA 无从知道这些详细的情况。因为这个原因航空公司应该首先处理拥挤情况。比如，如果一个航空公司有两个航班按照航班计划要穿过某个拥挤空域但是只能有 1 个航班可以穿过，只有航空公司自己知道这 2 个航班哪个更重要哪个优先权更高。 （3）因为时间压力或者 AOC 自己没有能力处理拥挤问题，所以 FAA必须接着参与处理拥挤问题。 4 协同式进场容量优化模型 模型考虑了机场拥挤时段的进场和离场需求，将进、离场看成是对等事件来处理，通过容量转换提高容量和需求的匹配度，从而减少总延误。进场容量用飞机对在跑道入口的间隔时间的加权计算值的倒数表示，如果飞机对的最小空

9、中间隔小于前机的跑道占用时间，则该飞机对的间隔将被调整为前机的跑道占用时间。 Tij（AA）：两架进场航班在跑道入口的实际间隔时间。 AROR（i）：（ArrivalRunwayOccupyRequirement）进场航班的跑道占用时间规定。该间隔规定为两架连续进场的飞机提供足够的间隔，以保证前机 i 清空跑道前后机不会进入跑道。 AASR（ij）：（Arrival-ArrivalSeparationRequirement）进场航班时间间隔规定。该间隔规定为两架连续进近的飞机提供足够的间隔，以保证前机 i 和后机 j 的空中间隔不违反空管最小间隔规定。 ET（AA）：跑道对进场航班的平均服务时

10、间。 pij：飞机 j 在飞机 i 之后的概率。在假设飞机随机到达次序的前提下，有 pij=pipj， ，pipj0。 CA（AA）：跑道进场容量，括号中的字母表示跑道的使用策略（进场/离场的各种组合） 。 结果表明所提出的模型能够改善现有算法所存在的公平性方面的缺陷，能够吸引航空公司积极地参与地面等待，及时充分地提供 CDM 信息，并能充分体现被服务对象的利益，提高民航的服务水平，同时能够减轻管制员负荷，减少地面等待总时间。另外，模型保留了原有地面等待程序的两步式资源分配方式。 参考文献 1 严蔚敏，吴伟民。数据结构M。北京，清华大学出版社2010.4：197-215. 2 尹朝庆，尹皓。人工智能与专家系统M。北京，水利水电出版社，2012.1：234-240. 3 徐肖豪，李雄，航班地面等待模型中的延误成本分析与仿真J，南京航空航天大学学报，第 38 卷第 1 期，2010.2.