航空管制冲突调配方案研究综述

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1、1中国航空管制冲突调配方案研究综述研究背景分析：概念性问题：1） 航空管制冲突的定义：航空器在运行时与其他航空器或地面障碍物之间的间隔（纵向、侧向、垂直）小于规定的安全间隔；2） 造成航空管制冲突原因：宏观上，因为航班流量增加过快，目前的管制设施和技术水平以及空域资源无法满足实际的流量增长导致流量超过了实际的管制容量，体现在实际的民航运输中就是航班的大量延误；微观上，空中交通态势（空域结构和航班流态势）超出了管制员的管制能力，管制员无法对即将发生冲突的航空器进行正确的调配；3） 规避管制冲突的途径：宏观来看，在空域管理上可针对军航活动灵活调整相关空域的使用，合理调配空域资源；在流量管理上则是在

2、全国范围或者局部区域内实施空中交通流量管理，缓解空中交通拥挤情况；细节上讲，则可以构建新型的管制系统，建立基于星基导航的新一代管制系统，提高通信、导航、监视设备的性能，建立自动化的冲突探测和解脱辅助决策系统提升管制员工作效率；在进行冲突探测和解脱相关研究之前，弄清楚相关技术的背景2和整个空管技术体系的架构是十分必要的。空中交通管理：航空器载人、 物在空中飞行形成空中交通，但不能无秩序乱飞， 需要军、 民航空部门来进行管理以保证飞行的安全和高效；按照功能划分，包括空域管理、空中交通服务和空中交通流量管理。空中交通服务又可以细分为飞行情报服务、空中交通管制、航空气象服务和告警服务。而细节上所讲的冲

3、突探测与解脱都是基于空中交通管制的层面而言的。而基于星基导航的新一代管制系统，也是在空中交通服务的层面上设立的。所以，就宏观上解决大规模冲突的方法研究是基于空域管理和空中交通流量管理的层面，而严格意义上的冲突调配与解脱方法的研究则是基于空中交通服务层面。空域管理：航空器飞行的空间称为空域。空域是国家的重要资源，由国家实行统一管理。空域管理是依据既定空域结构条件，以时分共享空域的方式，按短期需求划分空域，实现对空域的充分利用，尽可能满足经营人对空域的需求。管制空域分为管制区，管制区是实施空中交通管制的领海、领土上的领空。领空之上的为外层空间。至于3领空和外层空间的界定，根据外层空间法来规定。但是

4、现在也没有统一的定论。用于民用航空的空中交通管制空域，分为飞行情报区、管制区、限制区、危险区、禁区、航路和航线。各类空域的划分，应当符合航路的结构、机场的布局、飞行活动的性质和提供空中交通管制的需要。飞行情报区是指为提供飞行情报服务和告警服务而划定范围的空间。飞行情报区内的飞行情报和告警服务由有关的空中交通管制单位负责提供。为了便于对在中国境内和经国际民用航空组织批准由我国管理的境外空域内飞行的航空器提供空中交通管制，全国共划分了沈阳、北京、上海、广州、昆明、武汉、兰州、乌鲁木齐、三亚、香港和台北个飞行情报区。此外，为了及时有效地对在我国飞行情报区内遇险失事的航空器进行搜寻援救， 在我国境内及

5、其附近海域上空划设搜寻援救区。搜寻援救区的范围与飞行情报区相同。搜寻援救工作的组织与实施按照枟中华人民共和国搜寻援救民用航空器规定枠 执行。对于空域的划分，管制空域应当根据空域内的航路结构和通信、导航、气象、监视能力进行划分， 以便对所划空域内的航空器飞行提供有效的空中交通管制服务。管制空域分为 A、 B、C、D 四类。各类空域在前面已经叙述过，在此不再重述。在我国大陆上空划设高空管制区个，其中东北地区个，华北地区个，华东地区个，中南地区个，西南地区个，西北地区个，新疆地区个；中低空管制区 个；绝大多数民用机场（含军民合用机场）均设置了塔台管制区域。危险、限制、禁区是4指根据需要，经批准划设的

6、空域。禁区是有规定范围的、禁止军、民用航空器飞行的空域。限制区是限制航空器只能在规定条件下飞行的空域。危险区是在某一时间内对航空器飞行有危险的空域。航路是指空中交通管制航路，根据在该航路执行飞行任务的性质和条件，划分为国内航路和国际航路。空中交通管制航路各段的中心线，从该航路上的一个导航设施或交叉点开始，至另一个导航设施或交叉点为止。各段中心线连接起来成为航路的中心线。空中交通管制航路的宽度，通常为航路中心线两侧各km 的平行边界线以内的空域，根据导航性能的定位精度，可调整其宽度；在航路方向改变时，则包括航路段边界线延长至相交点所包围的空域。空中交通管制航路的高度下限为最低高度层，上限与巡航高

7、度层上限一致。空中交通管制航路应当设置导航系统。为了帮助航路上的航空器保持在规定的航路范围之内飞行，导航设备之间的距离应当符合有关技术规范。空中交通管制航路应当用代号予以识别。国际航路的识别代号应当与国际民用航空组织协调，防止重复使用。空中交通管制航路应当根据导用航空设备设置转换点，以帮助沿航路的航空器准确飞行。在直线航段上的转换点，应当位于导航设备之间的中点；当导航设备之间的航段方向改变时，转换点应当位于径向线的交点。空中交通管制航路应当设置重要点并用代号予以识别，以便掌握航空器在航路上运行的进度。空中交通流量管理：流量控制的对策：限制某航线、区域的流量（架次） 。流量控制5简介：随着航空器

8、数量的不断增加，经常出现这样的问题，在一年的某些时期内、在一个星期的某些时间内或在一天的某些小时内， 某一空域、某一航线上的飞机过于集中和拥挤，或是因气候等其他原因造成某一空域的空域管制中心的管制能力无法应付的局面， 为此， 往往通过流量控制的方式解决问题。流量控制是对航空器的运行采取适当的控制措施， 以防止和纠正在航路、 机场区域内出现航空器过度集中超过规定限额的现象出现。流量控制是根据航路、 机场的地形、天气特点、通信、导航和雷达设备等条件，以及管制人员的技术水平和有关管制间隔的规定，对某条航路和某个机场在同一时间所能容纳的飞机架数加以限制。流量控制分为三种控制：先期流量控制， 指在制定航

9、班班期时刻表时及飞行前一日对非定期航班的飞行时刻安排时进行的限制和调整；飞行前流量控制，是在航空器起飞前h ，采用临时调整航空器起飞时间的办法，使航空器与航空器之间的飞行间隔符合管制规定；实时流量控制，是指航空器在飞行过程中，空中交通管制部门采取要求飞机在空中盘旋等待，改变飞行航线或飞行高度，调整飞行速度等措施，使航空器之间的横向、侧向和高度间隔符合规定标准，从而安全、有秩序地运行。空中交通服务：空中交通服务的方法通常涉及通信（communication） 、导航（navigation ）和监视（surveillance） ，合起来简称为 CNS。由地面上的服务机构利用一定的通信、导航和监视手

10、段来了解6各航空器在空中的飞行状态和相对位置，管制单位从“旁观者”的角度进行观察，预测空中交通形势的发展变化，发现其中潜在的飞行冲突，并利用各种通信手段向航空器发布干预指令或对航空器安全飞行有利的各种情报以保证空中交通安全有序地运行。目前，即使是最先进的机载电子设备也不能为飞行员、飞行管理系统或机载防撞系统提供大范围的空中交通形势信息，也就无法使飞行员或机载设备对未来交通冲突作出充分预测并对冲突回避作出预先规划和决策。因此可以预见，在以后相当长的时间内，空中交通服务系统依然是保证空中交通安全运行必不可少的关键手段。通信：空中交通服务单位为了向运行中的航空器发布指令和各种有用的信息以及了解飞行员

11、的请求、飞行意图和航空器运行状况，在地面和空中之间必须要建立通畅并且可靠的通信联系。空中交通服务单位通常利用高频（VHF）地空话音数据通信、地空数据链或其他通信方式指挥空中交通或和飞行员交流信息。除了地空之间的通信， 地面各飞行保障单位之间也需要互相传递与航空器运行相关的信息。 地面之间的通信包括话音通信和数据通信，通常使用中高速自动转报系统、分组交换网、帧中继数据交换网和专用卫星通信网等。监视： 空中交通服务的提供者通常在地面上工作，为了解空中交通形势和预见冲突，可以利用一次监视雷达、二次监视雷达和地空数据链、自动相关监视等方式将空中交通形势呈现于监视屏幕上，也可以利用飞行员在空中发布的位置

12、报告数据、航空器的性能数据、7气象数据以及地理信息数据进行推测计算来了解空中交通形势的发展。导航： 为了管制指挥的方便， 空中交通管制单位通常希望航空器按照指定路线飞行，因此必须为空中运行的航空器提供引导，保证航空器按时准确地到达管制单位期望的位置或以一定精度保持指定路线飞行。管制单位用于引导航空器常用的手段包括VOR、DME、NDB、ILS、GNSS、雷达和其他助航设施。整体目标1 给出大范围冲突的全局解决方案2 给出潜在冲突的预测分析3 判断局部冲突是否在管制员管制调解范围内4 给出局部可调解冲突的解决方案给出调配方案的成本分析。 （包括延误时间，航空公司耗费，总体旅客耗费时间，满意度等等

13、）目前相关研究成果：基于空中交通流量管理层面的冲突解脱研究大范围冲突的全局解决方案，是基于空域管理和空中交通流量管理而言的，该领域的研究方法罗列如下：8空域管理方面，民航一直建议灵活使用空域，鉴于国内的体制，这方面的研究较难深入；流量管理方面则有几个领域在理论研究上已经取得一定的成果： 地面等待策略延迟飞机的起飞时刻，使飞机地面等待，避免空中拥挤现象及其造成的空中盘旋等待，即为了化解潜在冲突，达到对机场的实际需求与机场接受率之间的平衡，避免高昂的空中延迟费用。国外研究开展的比较早，年美国麻省理工学院的Odoni 教授最早概念化地提出实时调度航班以阻塞费用最小化的问题。年 Tobias 等研究了

14、基于时间的空中航班实时调度问题。年 Terrab 和 Odoni 首先研究确定性的单机场地面等待问题（包括静态和动态） 。确定性的单机场地面等待问题是当前的目的机场能够事先根据天气情况（如风速、能见度等）估计出来一个确定的值。Richetta 和 Odoni 分别在年和年研究了静态的随机单机场地面等待问题和动态的随机性单机场地面等待问题。随机单机场地面等待问题和确定性的单机场地面等待问题不同，机场的容量不是一个确定的值，而是服从一定概率的随机变量。年，Varanas 等研究了地面等待策略的实时性问题和多机场受限的地面等待策略问题，他还研究了欧洲空中交通流量的最优时隙分配问题。年，Dimitri

15、s Bertsi mas 和 Sarah Stock Patterson 又把受限元扩展到了航路上，使这个理论更趋于完善。年，Christos 和 Christos 利用样本路径方法研究了地面等待9策略问题，文中引入了扰动分析技术，并在此基础上发展了一种减少空中延误的有效算法。 年，Hoffman 和 AmedeoOdoni 提出了将具有二重网络结构的随机整数规划应用到地面等待问题中来。在国内，年， 胡明华和徐肖豪最早引入空中交通流量管理的概念和地面等待策略问题。年，胡明华、徐肖豪和陈爱民开始了对单机场地面等待问题模型的研究，在机场受限地面等待策略问题的基础上，研究了确定容量条件下的多元受限地

16、面等待策略问题，建立了数学模型，提出了一个启发式和专家系统相结合的流量管理新算法。年，胡明华、钱爱东和苏兰根基于多机场地面等待理论研究了多机场受限的地面等待策略模型和方法，给出了确定性多机场地面等待策略问题的整数规划数学模型，提出了一种启发式算法。年，胡明华、李顺才和李丹阳针对确定容量条件下的单机场地面等待策略问题， 研究了简单网络流规划方法， 建立了数学模型和网络流规划模型。 年，胡明华、朱晶波和田勇在确定性多机场地面等待问题的基础上研究了航班时刻优化的理论方法，建立了多元受限航班时刻优化模型，提出了相应的“ 前推后推”启发式算法。年，王来军、史忠科建立了需求随机性地面等待问题的优化模型。年，姜微微、 崔德光和舒学智提出了一种考虑机场网络的延误累加效应及连续航程航班影响的多机场空中交通流量管理模型。该模型采用地面等待策略，对