空中交通流量管理技术研究

空中交通流量管理技术研究摘要：空中交通流量管理对当前空中交通管制有着十分重要的作用。论文对空域性能进行评估，对不同空域进行优化管理，以解决空域和流量的内部矛盾。在研究动态网络流排序的基础上，对空中交通短期流量管理进行分析，并指出应建立全国的空中交通流量管理系统，最终以提升空中交通管理的效能。关键词：交通管理；空域分析；流量管理1、研究空中交通流量管理技术的目的和意义随着民航事业的发展和社会经济的需要，目前全国范围内新建机场不断增多，航空器的数量日益庞大，这使得本来就受了很多限制的空域资源变得尤为紧俏。目前很多空中交通管制部门都在对所辖区的流量及空域进行评估和研究，但收效甚微。当研究出先进的动态排序算法并建立统一空中交通管理系统实现信息共享后，这势必会加快空中航空器的运行效率以及提升对空域资源的充分合理利用。2、目前我国空域分类情况我国空域分类：在我国,高空管制区、中低空管制区、终端进近管制区和机场塔台管制区内的空域分别称为a、b、c、d类空域。目前我国没有划设非管制空域,对于某些低空飞行,空管部门无法提供管制服务。建议在合适的区域划设非管制空域,增设g类空域,并提供飞行情报服务。g类空域的上限为平均海平面高度1000米,也可根据当地实际情况调整,下限到地表。建议在b类空域之下,增设e类空域。e类空域的上限为b类空域的底部,下限到地表,e类空域包括从地表到修正海平面气压3000米,除a、b、c、d和g类空域以外的所有空域。2.1空域相关优化目前我国没有划设非管制空域,对于某些低空飞行,空管部门无法提供管制服务。建议在合适的区域划设非管制空域,增设g类空域,并提供飞行情报服务。g类空域的上限为平均海平面高度1000米,也可根据当地实际情况调整,下限到地表。建议在b类空域之下,增设e类空域。e类空域的上限为b类空域的底部,下限到地表,e类空域包括从地表到修正海平面气压3000米,除a、b、c、d和g类空域以外的所有空域。2.2军-民航协商机制在空域管理中的应用作为国家不可或缺的两类空域使用者,为解决军、民航飞行矛盾,如今各国都建立了相对完善的空域管理体制,在协商军、民航飞行矛盾方面有三种较为常见的模式:一体化模式，即由一个单独的机构对所有的航空器进行空中交通管理(atm),而不考虑航空器所有者的军、民航性质。不完全的一体化模式，即成立一个由军、民航职员共同参加的机构,军、民航在一个机构内联合进行空中交通管理。程序化协商模式，军、民航各自独立提供,并通过预先设立的协商程序进行合作。此模式多存在于空中交通流量和密度较小的国家。2.3学习先进的u.s.国家空域系统和自由飞行民航目前采用地面控制飞行的管制方法与更好地利用空域及增大飞行机动性之间存在着根本的冲突。faa的国家空域系统(nas)能使飞行员和管制员始终知道彼此的位置和意图,并用自由飞行/管制飞行两种飞行模式的转换来解决这种冲突。3、对空域的科学管理3.1空域评估技术科学管理空域对我国现行空域进行评估,主要是对两个方面内容的评估：①空域安全性评估,选择适当的安全目标等级评估空域安全性,②空域容量评估,评估各种条件下的空域容量值。一、空域安全性评估。目前对空域安全性评估主要以航空器空中碰撞危险研究为主,需要对空域中航空器碰撞危险次数进行量化（每飞行小时碰撞危险次数）,并与一个可接受的安全目标等级进行比较,以判断空域的安全性。国际民航组织通过长期的运行实践及科学的数学模型运算,推荐永reich模型作为、评估空域安全的基本方法。我国建立空域安全性评估也可采用此法。根据reich模型，各种情况下航空器的碰撞危险率分为纵向、侧向和垂直碰撞危险率,总碰撞危险率即为三个方向碰撞危险率的和。在得出碰撞危险率后就可以计算单位时间内的航空器空中碰撞危险次数,并与规定的安全目标等级进行比较,确定空域的安全性。二、空域容量评估。空域容量评估在研究中一般要用到评估模型数学模型和仿真模型。数学模型主要是采用时空分析方法对空域单元进行数学建模,可对空域单元的最大容量进行评估,目前成熟应用的数学模型仅限于对机场、跑道等简单系统的评估。仿真模型可分为分析仿真模型、蒙特卡洛仿真模型、连续仿真模型和离散事件仿真模型,可对空域单元的实际容量、延误水平、冲突点和冲突数量进行评估。2003年,中国民航总局空管局组织进行空域管理与评估系统项目的研发,机场和空域容量评估作为该软件的核心功能之一,采用了先进的系统构架和评估方法,结合了数学模型和仿真模型,顺应了空域容评估的发展趋势。随着国家空管体制改革的深入，我国的空域管理工作取得了长足发展：在航路和航线结构的优化调整方面，我国先后开辟了部分国际航路、航线，对北京、广州、上海、珠三角和成都地区的航路、航线结构进行了优化调整，基本实现了上述地区进离场的单向飞行，大大加速了空中交通的航空器流量，有效地缓解了飞行矛盾。在空域管理里的体制方面，从1994年至2004年，全国有约50条航路实现了军民航之间的顺利交接，并就全国航线的管理和服务问题予以明确。在增加空域和航路、航线的容量方面，1993年进行的飞行高度成改革使得我国的飞行高度层增加了近一倍，2007年实施的新的rvsm使得空域容量及流量得到了更大的提高。北京至广州、北京至上海和上海至广州三条航路早已实现雷达监控下的缩小飞行间隔。3.2其对空域管理者所要求的必备素质空域管理者向航空器拥有者、空中交通服务提供者和机场当局提供可使用的空域，其重要作用是通过对空域的有效管理，最大程度地满足航空器拥有者、空中交通服务提供者和机场当局三方面对空域的需求，也就最大程度上实现了空域资源的最优配置，实现了空域的最佳效益。因此要求空域管理者需要具备一些必备素质：①较宽的知识面和较深的业务知识；②熟练扎实的业务技能；③管理方面的知识和经验；④具有较高的概念技能；⑤具有较高的协调和组织能力。4、我国空中交通流量管理(atfm)存在的问题我国空中交通流量与国际上航空大国相比还相差甚远,同时我国的空中交通管制技术手段也比较落后,我国空中交通流量管理主要还存在以下问题:4.1缺乏专门的空中交通流量管理机构。在飞行量比较小的国家和地区,不设专门的空中交通流量管理机构,而由空中交通管制部门兼负空中交通流量管理的责任是可以的,世界上许多国家也是这么走过来的,中国目前也是这么做的。但是随着飞行量的不断增大,设立专门的空中交通流量管理机构就十分必要。4.2实施流量管理的信息沟通不高。国家投入了相当大的资金用于建设我国空中交通管制系统,系统设施设备的在现代化程度上有了很大改善,使空中交通管制能力得到了显著的提高。但是也仍然存在着不少问题。从空中交通量管理方面看,主要是缺乏空管信息集成与管理。例如航班信息、飞行动态信息和雷达信息均是各自为独立系统,没有建立综合空管信息系统,因此缺少流量管理的前提条件。4.3管理规章不够健全。由于空中交通流量管理在我国进行实践的时间不长,除了在《中国民用航空飞行规则》中有些原则规定外,尚缺乏具体的规定,特别是对实施流量管理的单位、权限、职责、工作程序均无具体规范,这就很不利于空中交通流量管理的实施。5、中国民航空中交通流量管理系统的建设。航班延误是当今世界航空运输界一大难题，其造成的经济损失和社会影响是巨大的，我国的航班延误问题那时正处在刚刚凸显的阶段。随着国民经济十多年的快速、健康发展，航空运输业又迎来了新一轮快速发展期。如不采取有效措施，对航班延误加以治理，就会影响到航班安全、高效运行，对人民生活质量的提高造成不良影响。建设中国民航空中交通流量管理系统是进一步发挥航空运输对促进国民经济发展作用的需要。从西方空中交通发达国家在空中交通流量管理系统方面的建设经验和中国民航的现状和发展趋势看，建设空中交通流量管理系统是必要的也是必然的。这主要是因为：第一，提高空域容量的措施不能全面解决空中交通延误问题；第二，建设空中交通流量管理系统是进一步发挥atc自动化系统效能的必然选择；第三，空中交通流量管理系统是最终优化和均衡空中交通流量的唯一手段。建设中国民航空中交通流量管理系统是进一步发挥航空运输对促进国民经济发展作用的需要，是有效实现空域资源价值需要，也是航空运输发展的内在要求。建设中国民航空中交通流量管理系统是应对空中交通管理全球一体化，面向亚太地区，提高未来空中交通服务竞争力的战略需要，也是完善空中交通服务的要求。而问题是该建立一个什么样的系统,又如何样建立这个系统？笔者认为，我国应当建立一个全国性的、高技术起点的、区别于目前空中交通管制系统的系统。所谓”全国性的”,就是说这个系统要能涵盖全国。就民航系统而言,要上至北京的全国空中交通流量管理中心,下至地区管理局所在地的空中交通流量管理分中心和省、市、区局、航站所辖的区域管制、进近管制、机场塔台管制由于民航的流量管理势必与国家航空器的飞行有关,因此这个系统也应当考虑涵盖军方的管制部门。所谓”高技术起点的”,就是要瞄准外国同类系统的先进水平,考虑到未来新航行系统所提出的技术需求。只有把我们的系统建立在这样一个层次上,方能应付未来发展的状况。所谓”区别于目前空中交通管制系统”,就是说这个系统与空中交通管制系统有联系,不能脱离空中交通管制系统单独去另外建立一个系统,但是又不能用现行空中交通管制系统代替这个系统,因此说它是区别于空中交通管制系统的一个系统。我国在规划实施时可以根据情况分步进行：在建立顺序上,可以由上而下,先流量大的地区,后流量小的地区；在技术政策上,应当先易后难,优先采用国内设备；在资金使用上应当统筹考虑,发挥资金的最大效益！从现象看，空域管理政策、管制能力、通信、导航和监视等因素都直接影响到空中交通容量，因此改进或完善这些因素，确实可以在一定程度上达到减缓空中交通拥挤和减少延误的目的。但这些因素的改进或完善并不能在高密度空中交通活动情况下完全替代空中交通流量管理系统的作用，只有空中交通流量管理系统才能在预计空中交通活动超容量的情况下，全面均衡空中交通流量，优化空中交通流量分布，最大限度地减少延误，极大地提高高密度情况下空中交通活动的安全性和经济性。任何局部因素的改进和完善都不可能替代未来空中交通流量管理系统的作用，建设空中交通流量管理系统已不仅是必要的，而是空中交通系统发展的必然！参考文献：[1]吕人力，空域管理中的军_民航协商机制[j].航务caet(no.184)1997.4[2]王伟，逐步实现空域的科学管理[j].民航经济与技术（no.228）2000.12[3]张颖，胡明华，.多元受限空中交通流量管理决策支持系统[j].交通运输工程学报2004.12