空域容量评估方法指导材料

空域容量评估方法指导材料-1-中国民用航空总局空中交通管理局编号：IB-TM-2006-004部门代号：TM日期：2006年10月25日空域管理信息通告2006年第2期（总第2期）空域容量评估方法指导材料§1.目的§1.1容量管理是空域管理的重要内容，空域管理部门和空中交通服务单位应当对空域容量进行科学的评估，并尽一切努力提供充足的空域容量以满足正常和高峰时段的交通需求。国际民航组织建议定期审查空域容量与交通需求的关系，并安排灵活使用空域以提高运行效率和增加空域容量，这正是量化空域资源，缓解空域使用紧张的有效途径。鉴于容量评估在空域管理中的重要地位，本通告结合近年来开展的容量评估工作，对部分容量评估方法进行了筛选和总结，旨在为各地的容量评估工作提供方法和思路上的指导。§1.2本通告明确了空域容量的概念，分析了几种常用容量评估方法的利弊，给出了两种容量评估的基本方法。由于容量评估涉及的方面较多，每一种评估方法均有其适用条件和范围，使用单位应当在此基础上进行发展，根据本地区空域环境、管制员水平等特点修改评估要件，以便更为准确地进行容量评估。§2.发送范围§2.1主发各地区管理局、空管局，空管中心（站）。§2.2抄送总局领导，总局机场司、运输司，局运行中心、技术中心。§3.容量概念空域容量评估方法指导材料-2-§3.1指定空域和机场在一特定时间内能够接收的最多数量的航空器架次，即为该空域和机场的空中交通服务容量。该容量取决于多种因素，包括空中交通服务航路的结构、使用该空域的航空器的导航精度、与天气有关的诸种因素以及空中交通管制员的工作量等。空域和机场的容量通常按照与延误的关系分为运行容量和最大容量。§3.2运行容量。运行容量也称实际容量，是指在指定机场或空域范围内，在可接受的航班延误水平下，给定时间段内能够服务的最大航空器数量。所谓可接受的航班延误水平，根据总局印发的《民航航班正常统计办法》确定。§3.3最大容量。最大容量是指在指定机场或空域范围内，给定时间段内能够服务的最大航空器数量，即在延误趋于无穷大时的运行容量，反映了极限服务水平。以上两个容量的定义是国际通用定义，其关系可用图1直观表示。§3.4航班时刻安排容量。航班时刻安排容量，是指航班时刻表每小时安排的最大航班数量，是考虑空管和机场各单位综合保障能力后确定的数值，通常小于运行容量。§4.容量评估方法§4.1在进行容量评估时，应当考虑以下因素：a)所提供的空中交通服务的种类；b)管制区、管制扇区或有关机场结构的复杂性；c)管制员工作量，包括应履行的管制和协调任务；可接受的延误水平运行容量最大容量流量水平（架次）平均航班延误时间图1运行容量与最大容量的关系空域容量评估方法指导材料-3-d)正在使用的通信、导航和监视系统的种类及其技术可靠性和可用性的程度以及备用系统和/或程序的可用性；e)向管制员提供支持和告警功能的空中交通管制系统的可用性；f)其它任何与管制员工作量有关的因素。§4.2容量评估的方法有许多种，各有利弊。利用计算机仿真评估的结果取决于仿真模型和输入数据的准确性，其结果准确程度高，是容量评估的重要依托手段和发展方向，但是受现有技术和资金的限制，尚不能得到广泛应用。从各地现有的手段和技术来看，基于管制员工作负荷的雷达模拟机评估方法、基于历史统计数据分析的评估方法以及基于数学计算模型的评估方法较为简单可行，得出的数据也较为准确。各地可以根据各自不同的情况进行选择和完善，以便科学、客观地开展评估工作。但无论哪一种容量评估方法，都应当结合实际情况，由资深管制人员对结果进行修正，以求准确。§4.3基于计算机仿真模型的评估方法。该方法适用最大容量和运行容量的评估，其优点为：结果准确性高；缺点：仿真模型构造和使用需要投入的技术支持和资金较大，评估周期较长。目前，国际上较为流行的此类软件，一是美国联邦航空局的SIMMOD软件，二是美国波音公司的TAAM软件，在机场和空域的仿真以及实际容量的评估方面有较多的应用。总局空管局的空域仿真与评估系统（ASMES）与以上两个软件同属一类，在北京、上海、广州、成都、西安等地的容量评估中不断得到实际应用。§4.4基于管制员工作负荷的雷达模拟机评估方法。该方法适用于最大容量和运行容量的评估，其优点为：方法简单易行，可操作性强，结果较为准确；缺点：管制员的个体差异和模拟环境对结果的准确性影响较大。中南空管局将该方法应用于广州进近管制区的容量评估，取得了较好的效果。附件一和附件二介绍了基于管制员工作负荷的雷达模拟机评估方法，给出了实际操作的例子。此外，国际民航组织在《空中交通服务计划手册》（Doc9426）中给出了评估管制扇区容量的方法，也属于此类评估方法。§4.5基于历史统计数据分析的评估方法。该方法适用于最大容量的评估，其优点为：方法便于操作，结果较为准确；缺点：数据收集困难，数据量大，样本数据的数量和质量直接影响结果的正确性；置信度仅有经验数值，需要根据不同情况由资深管制员进行确定。附件三详细介绍了这种评估方法。§4.6基于数学计算模型的评估方法。该方法适用于结合最后进近阶段的跑道最大容量的评估。主要为时间－空间分析数学模型，其优点为：简单快速投入少，容量评估结果较为准确；缺点：仅能对一条跑道的容量进行评估，人为因素没有量化考虑。南京航空航天空域容量评估方法指导材料-4-大学民航学院在时间－空间分析数学模型基础上发展的单跑道容量模型较为成熟，是该方法较为典型的代表。§4.7数据采集。使用仿真模型和数据计算模型进行容量评估需要对数据进行长期的积累，做好历史流量的统计以及相关数据的采集工作。数据采集的具体要求根据评估方法和模型的差异而有所不同，机场和终端（进近）管制区基本数据采集要求详见附件四。附件一：基于管制员工作负荷的雷达模拟机评估容量的方法附件二：中南空管局使用DRS98雷达模拟机的进近区域容量评估附件三：基于历史统计数据分析的机场运行和最大容量评估方法附件四：机场和终端（进近）管制区容量评估所需基本数据表附件五：基于管制员工作负荷的扇区容量评估实例空域容量评估方法指导材料-5-附件一基于管制员工作负荷的雷达模拟机评估容量的方法§1.概述与地面交通不同，随着航班量的增加，管制员的工作负荷成为一种容量限制的约束。因此要基于这种约束来进行容量评估。管制员的工作负荷是一个模糊的概念，且受多方面的因素限制，包括管制员工作状态，管制经验，空域结构，管制手段等。由于是基于雷达模拟机的评估方法，空域结构等因素已经在仿真环境中体现了出来，所以评估时只要测量管制员的工作负荷即可。§2.背景本方法是在RAMS基础上加以改进得出的。RAMS是欧控组织开发的一个空域仿真工具。其可以结合不同的空域运行概念，同时其也是一种基于管制员工作负荷的评估方法。在ComparisonofDifferentWorkloadandCapacityMeasurementMethodsUsedinCEATSSimulations这篇文章中RAMS给出了计算管制员工作负荷的公式。关于RAMS的介绍详见：§3.确定容量的评估方法§3.1定义：管制员工作负荷饱和时，航班不能再增加，那么这时的容量也即到达了饱和。因此，在管制员工作负荷处于饱和状态的时间段内，航班架次与时间的比值即是容量。§3.2管制负荷分类：管制区内存在冲突的航班数；管制区内起飞和着陆的航空器数；移交的航空器数；管制区内上升下降的航空器数；管制区内平飞飞越的航空器数；管制员间的协调（用时间衡量）。管制员的负荷分类视各个管制区域的不同而不同，但基本一致。在对不同管制区域进空域容量评估方法指导材料-6-行评估时，可以根据实际情况在以上的负荷分类中进行选择，或是重新划分和定义。这里统计的航班架次是我们设定的时间段的与管制员进行过通话的航空器架次，即下面所提的3分钟内管制员进行实际管制操作的航空器，不是某个时段空域内所有航空器的数量。管制员之间的协调是指可能某个空域开辟了多个扇区，那么在扇区间进行移交时，管制员间需要进行协调，这个就以时间为单位来给定。例如，在第3－6分钟内CES981在管制员指挥下进行了爬升，这时需要统计1架次，在第6－9分钟时在管制员指挥下仍然进行了爬升，这时还需要再次统计1架次，记录在相应的6－9分钟这一行记录里，详见表1。§3.3给定航班计划。管制教员制定飞行计划时要求能反应本场的航班安排特点，并在航班数量上比目前实际安排的数量上视情况增加，确保在模拟练习的时间段内有充足的飞行流量，可以考虑将航班流量分为几个等级以评估不同熟练程度的管制员工作时的区域容量。§3.4相关数据统计测量。如我们以3分钟为一个时间间隔，统计该时间内在相关概念中提出的各项值（架次或时间）。把各项的值填入下面的表格中，如表1所示。注：时间间隔可以自行设定，可以更大或更小，国外也没有统一的规定。§3.5结果分析。为各项都设定一个权值，把权值与对应统计值相乘，相加得到结果即是该管制员在这个时间段内的工作负荷。我们在这里定义的工作负荷的公式为：WL＝ωa*na＋ωb*nb＋ωc*nc＋ωd*nd＋ωe*ne＋Wxtωa为处理管制区内冲突航空器的工作负荷权值（单位：秒/架次）；ωb为处理管制区内航空器高度穿越的工作负荷权值（单位：秒/架次）；ωc为处理扇区间航空器移交的工作负荷权值（单位：秒/架次）；ωd为处理管制区内飞越航空器穿越高度的工作负荷权值（单位：秒/架次）；ωe为处理管制区内飞越航空器平飞的工作负荷权值（单位：秒/架次）；na为管制区内存在冲突航空器数；nb为管制区内起飞和着陆的航空器数；nc为移交的航空器数；nd为管制区内进行飞越航空器上升下降的航空器数；ne为管制区内进行飞越航班平飞的航空器数；Wxt为管制员间协调的工作负荷。以上各项如果没有发生则以0计算。空域容量评估方法指导材料-7-注：这里的航空器数是在3分钟内的通话飞机数，如在0－3分钟内管制员需对两架航空器进行了冲突调整，移交了1架飞机，那么就在表格中的相应时间位置和对应的冲突一项对应的表格中填写2架，在对应的移交项填写1架。如表1。表1管制负荷记录表统计项时间a)b)c)d）e）f）0-32架次1架次3-61架次6-91架次9-12……这里的穿越的1架以前面举的CES981飞机为例。因此，只要得到了各项工作负荷的权值就可以得到管制员的工作负荷。根据统计得到的工作负荷值作图（如图1），横坐标表示模拟的时间，纵坐标表示管制员工作负荷，都以时间为单位。取工作负荷为时间片的70％的模拟时间段，如使用3分钟为一个时间片进行数据统计，那么在这个3分钟内的工作负荷可以用时间来表示，其中为时间片的70％即2.1分钟，就取工作负荷接近或超过2.1分钟（126秒）的持续模拟时间段，统计在这个时间段内的航班架次，流量除以时间就是我们需要的容量。空域容量评估方法指导材料-8-01020304050600306090120150180工作负荷（秒）模拟时间（分钟）B图1容量评估有效范围图示A、B两点之间的阴影区域为容量评估的有效范围，取这个时段内的飞机架次，其与时间的比值就是这个扇区内的容量。§4.方法要点采用这种雷达模拟机评估容量的方法有两个关键的地方：一是合理确定有效时段，用这段时间内的流量来除以时段长度就得出容量。这个方法是取管制员的工作负荷超过一定水平后才认为有效。目前来讲管制员工作负荷评定中的权值要根据具体的空域情况来定。要求参与评估的各席位由各种熟练程度（最少分为熟练、平均、不熟练三种）的管制员和机长来指挥和通话；若终端区内为雷达引导，应采用公布的标准进离场航线来指挥；各航班进出管制区域的时间应有详细记录。此外，此方法仅适用于对于单个扇区容量的评估，当进近管制区内划设多个扇区时，应当考虑管制员工作负荷的耦合和飞行架次统计的耦合，需要根据实际情况进行改进，但基本的思路和方法是一致的。二是科学统计该有效时段内的航班架次。由于有效时间段的确定是基于管制员工作