1、空中交通流量管理中的扇区容量评估摘要：扇区容量评估工作事关空中交通流量管理自动化的实现，事关我国的航空事业的未来。文章对相关的影响因素展开了探讨。关键词：扇区； 动态容量评估； 恶劣天气； 管制员工作负荷引言近些年来我国国民经济持续稳定快速发展，这大大推动了我国民航业的飞速发展，航空运输总周转量年均增长值达到了 15.5%，旅客运输量平均年增长率达到了 14.5%，货邮运输量年增长量为 13%，运输机队规模也不断的在扩大。民航业迈进一个全新的发展阶段，与此同时空域使用中流量和容量的矛盾进一步加剧，导致航班的晚点运行情况不断增加，这其中有一部分的航班延误是由于天气原因造成的，扇区容量问题已经成为
2、当前我国民航发展的制约因素之一。扇区容量大小对流量管理实施有着非常直接的影响，尤其是在恶劣天气环境下，科学合理的对扇区动态容量进行预测显得尤为重要。早在上世纪 40 年代，国内外的相关专家就着手对容量问题实施了调研，其中涉及到跑道的容量研究以及终端区、机场、区域、航路容量（包含扇形区域）等方面。本文研究的对象主要涉及到扇区容量评估，其最早的相关研究始于 1997 年，国际著名学者 Schimidt站在排队论的角度研究分析管制员的工作负荷，对管制员的例行事件的处理时间、扇区的交通流量和航班延误之间的关系进行了详尽的分析。20 世纪 90 年代末日本电子导航研究所的相关研究人员以东京机场作为实例进
3、行了调研，在交通繁忙的情况下，根据管制员的完成效率来判断容量极限的大小，由此来对终端区管制扇区的实际最大容量进行推断。2010 年罗瑟尔通过对 FAA 雷暴预测系统的运用，论证了基于主导飞行流量的动态扇区容量估方法。我国在此方面的研究历史比较短暂，最早源于 2004 年万莉莉的管制员工作负荷定义，在此基础上开展了管制员工作负荷的扇区容量评估方法的探讨研究。2009 年，田勇等就地面和空中因素对容量的改进提出了自己的见解；2010 年苏璟对基于管制员负荷的区域扇区容量评估技术开展了研究。通过世界各国的研究成果和现状不难发现，当前所采用的扇区容量评估方法和模型都是专门用于静态容量的，但是涉及到动态
4、容量的研究可谓寥寥无几。空域流量管理和实施的主要依据就是扇区动态容量，充分保障空域系统安全有序的运行，其重要性不言而喻。我国的雷暴现象比较常见，当时的雷暴等恶劣天气时的扇区容量的评估迫在眉睫，急需解决。文章对扇区动态容量的概念进行了陈述并对各种扇区动态容量的影响因素进行了分析。1 扇区动态容量综述1.1 定义所谓的扇区容量指的是在相应的时间段内在制定的扇区范围内所承受的最大管制服务的航空器，并且确保管制员的工作负荷处在可以承受的范围之内。扇区容量一般可分为静态容量和动态容量。从广义上讲我们所说的扇区容量指的是静态容量，即扇区容量在相关的时间段内是静止的；但是扇区内天气导航设施的发展变化会导致扇
5、区内容量的变化，那么此时的扇区容量评估将归类为扇区动态容量，扇区动态容量评估的目的就是对扇区的动态容量进行评估，对扇区动态容量和流量之间的匹配度进行研究，在此基础上相应的制定出合理的流量管理策略。1.2 影响因素影响扇区容量的因素发生和存在有着自身的特点，通常可以将其分类为动态因素和静态因素。静态因素主要指的是在山区范围内的面积、形状等几何因素以及位置相关的静态因素在相应的时间段内保持原有状态，并未发生变化，并未对扇区容量带来影响。静态因素和动态因素所涉及到的影响因子主要如下表所示。表1 扇区容量因素影响因素静态因素 动态因素扇形面积、形状、位置、扇区导航设施运行方式、管制员工作负荷 扇区内恶
6、劣天气、军航活动静态因素在一段较短的时期内处于一个不变的状态，因此静态因素下的扇区容量可以作为扇区正常运行的容量来定义。如果遭遇到了突发事情，扇区内也就出现了动态影响因素，扇区容量将会发生较大的变化。一般的军用航天器很少发生在山区内部，因此本文的研究方向主要涉及到恶劣天气对扇区动态容量的影响。在恶劣天气中对飞行具有最大影响的当属雷暴天气，雷暴天气对飞行安全带来了严重的危害，同时对扇区容量产生巨大影响。美国交通运输安全委员会通过对飞行安全事故统计研究发现，中纬度地区的雷爆天气更容易引发飞行事故，我国幅员辽阔，处于雷暴多发区域较大。当前恶劣天气下扇区动态容量数学模型的研究工作并不完善。相关部门在具
7、体的操作过程中主要是通过经验值或者人工估算的方法对扇区动态容量进行评估，这种方法存在严重的漏洞，对扇区的利用效率带来很大的影响，因此文章对扇区动态容量的影响因素进行了系统的研究，以便为扇区动态容量的评估模型建立奠定基础，提升扇区模型的利用效率。2 扇区动态容量影响因素分析2.1 飞行受限区域雷爆天气会对飞行安全产生巨大影响，进而对扇区动态容量产生影响。美国国家气象研究系统和麻省理工学院林肯实验室的研究结果显示，雷暴等级达到 6、5、4、3 级时将会对飞行安全带来严重威胁，因此雷暴等级达到 3 级及以上时，任何航空器不得穿越雷暴区域。雷暴等级为 3 级以下（0、1、2）时航空器方可通过雷暴区域。
8、中国民航飞行条例同时指出，航空器最好不要从雷暴区域的上下方穿越，应该进行绕飞，航空轨迹距离雷暴区域额边缘距离达到 10 千米以上。如图 1 所示，任何航空器禁止在飞行受限区域（FFA）内进行穿越飞行。图1 FFA规划示意图2.2 雷暴对扇区动态容量的影响分析雷暴对扇形区域动态容量影响因素主要涉及到以下几个方面：发生雷爆的位置、雷暴等级大小、雷暴区域大小、雷暴天气下管制员的工作负荷压力。发生雷爆位置：发生雷暴的位置会对扇区飞行带来安全隐患，那么扇区动态容量将会受到影响，如下图所示。雷暴的等级：不同的航空器的使用性能不同，结构强度不同，因此相同等级的雷爆对不同类型的航空器也会有不停地影响，那么相应
9、受影响的航空器航线也会受到影响。雷暴区域大小：主要涉及到雷暴平面以及作用高度的几何尺寸，如下图所示所对应的的不同情况的扇区平面图，以及相应的作用高度垂直剖面图。管制员的工作负荷：扇区发生雷暴，那么管制员必须对航空策略进行调整，以求避开FFA 区域，保证航空器的安全，同时在靠近雷暴区域应保证交通流量处于较低密度，那么管制员的负荷将会大大增加，扇区动态容量难免受到影响。结束语文章对扇区容量的影响因素展开了详尽的讨论，以求为下一步的模型建立研究奠定良好的基础。参考文献：1苏璟.综合因素影响下的区域扇区容量评估技术研究D南京： 南京航空航天大学，2012.2 Majumdar Arnab, Polak John. Estimating the capacity of europes airspace using a simulation model of air traffic controller workloadC. Proceedings of Transportation Research Board 80th Annual Meeting，2011, 2-25.3 彭瑛，胡明华，张颖. 动态航迹推测方法J. 交通运输工程学报，2013，5（1）：61-65.
