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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页基于冲突风险评估的空域规划和设计的框架第1部分：空域战略规划的冲突风险评估模型Fedja Netjasov机场和空中交通安全，交通运输和交通工程学院，贝尔格莱德大学，Vojvode Stepe E305，11000贝尔格莱德，塞尔维亚部文章信息文章历史：2010年9月2日2012年3月修订后的表格112012年3月14日关键词：风险评估航空安全航空管制空中交通管理本文提出了一种基于空域规划和设计，开发目的是防止飞机冲突和碰撞冲突的风险评估框架。拟议框架的第一步，本文还介绍了冲突的风险评估模型，空域战略规划。该模型是
2、为了便于比较和感性分析不同的流量级别下的空域设计和组织情况。风险评估有两个变量：冲突的概率与观察到的给定情况下的空域冲突数目。模型是基于概念的关键部分设计的，关键部分是指在水平飞行时所经过的飞机，或在爬升或下降通过这些部分。对于一组给定飞机发生冲突的概率取决于一架飞机自己的轨迹，和另一架飞机恰巧也在关键部分的条件概率。冲突的数目被定义为冲突的概率和为给定的气道的估计流量的乘积。冲突的最终值数字确定需要考虑到所有可用的在给定空域的飞行高度层和气道组合。该模型提供了一个分析的分离减少冲突风险的影响，可用于在航路和终端机动空域。该模型提供了一个分析的分离减少冲突风险的影响，可用于在航路和终端机动空域
3、。1.介绍尽管有全球经济危机加剧等制约因素，航空运输预计平均每年增长约4-5（SESAR，2006，EC，2011）。欧洲航空交通量的增加，到2050年预计欧洲委员会（EC）文件“航线2050”（EC，2011）几乎增加了相当于2011年三倍（在2050年的25万个商业航班相对于940万，预计在2011年）。与此同时，安全级别的提高既需要通过减少高达80%的特殊操作事故率，也需要一定程度上减少人为错误（EC，2011）。类似的目标也被定义在美国（JPDO，2004年）。以前的文件中提到的事实被反对，并且就增加的流量应该不会导致减少安全向科研界提出了重大的挑战。根据“2020年远景规划”（OOP
4、EC，2001年），新的作战概念的航空交通系统的发展以及发是展的安全防范措施和系统安全性能指标都在预期中。命名法则在水平平面内的两个轨迹之间的一个交叉角飞机上升或下降角度在水平平面内的临界段长度在垂直平面内的临界段长度气道i在给定空域的长度可用FL包含在给定的空域的设定最小垂直间隔气道在给定的FL组包含在给定空域的交叉点O在给定FL的情况下, 对于某些交点每小时跨越冲突的平均数目， 可用于所有每个给定空域的飞行高度层冲突的总数在给定FL的情况下，每小时指定交点的冲突的平均最大数目冲突轨迹的I和Q之间的交点O的平均数量每个给定空域的所有交叉点的交叉冲突的总数每个给定区域超越冲突的总数在交点O冲突
5、的总数每气道的超越冲突和给定单独气道情况下的FL的总数在水平面上的冲突概率军用飞机1（事件A）在水平面内的关键部分的概率飞机1在关键部分，且飞机2已经在水平平面内（事件B）的可能性在垂直平面上的冲突概率军用飞机1关键部分（事件A）在垂直平面内的概率飞机2是在关键的部分，且飞机1已经在垂直平面内（事件B）的可能性总的冲突概率飞机进入领空的一段时间内，保证与其它飞机发生冲突的概率在交点O的冲突概率轨迹I和Q之间的冲突概率每一个FL气道i的平均最大流量飞行高度在给定的FL的情况下，属于参考平面且在给定空域的点Ri的组 最低水平分离在给定的气道i的飞机的平均到达时间之间飞机在气道i上进入领空的时间飞机
6、在气道i上进入关键部分的时间飞机在气道i上离开领空的时间输入的时间不重叠时，飞机2进入领空的情况关键部分不重叠时，飞机2空域进入时移情况的时间段X1关键部分不重叠时，飞机2空域进入时移情况的时间段Dt在水平平面内的临界时间军用飞机1在气道i关键部分在水平平面内的临界时间军用飞机2在气道i关键部分在水平平面内的临界时间在垂直平面内的临界时间军用飞机1在气道i关键部分在垂直平面内的临界时间军用飞机2在气道i关键部分在垂直平面内的临界时间飞机在水平平面内的速度飞机在垂直平面内的速度关键的时间段之间的时间差距生产的关键部分重叠且转移空域输入的时间， 理论上和运营上来说，航空运输系统是一个相当复杂的系统
7、的主要组成部分 - 航空公司，机场和空中交通管制服务 - 所有和不同层次的相互作用，构成了一个非常复杂的、高度分散的网络的人的运营商、程序和技术/技术系统。尤其关键的是，在这样一个复杂的系统相关的安全事故和风险之间的相互作用的各种影响组件和的元素（Netjasov和亚尼奇，2008a，b）。这意味着，提供令人满意的水平的安全性（即在空域中低风险的事故），以上这些只是保证每个组件和元素安全功能，还远远不够（Blom等人，1998年）。由于这种固有的复杂性和事故的严重后果，风险和安全性一直被认为是作为当代航空运输系统的最重要的问题（亚尼奇，2000年）。因此，这些特性一直是从不同的角度和观点不断研
8、究的问题，范围从单纯的技术/工艺到严格的机构。在一般情况下，前者已处理的飞机安全与其他系统的设施和设备的设计的关系。后者已经隐含了系统的设计和的操作来建立适当的法规（Netjasov和亚尼奇，2008A，B）。该系统基础设施 - 机场和空中交通控制/管理（ATC / ATM）系统，虽然在许多情况下作为“瓶颈”，仍可以安全，高效，有效地支持这样的增长。此研究主要集中在ATC / ATM系统，即在空域规划。最终，由于飞机会通过的最大数目为任何给定的几何在给定的时间内空域（马宗达等人，2005），不受约束的空域容量取决于交通流的某些或全部的航空公司，如应用于飞机的最小间隔。增加空域容量的可能性之一是
9、减少分离最低值（莫斯克拉贝尼特斯等人，2009）。这种方法已通过事实被驱动，即合适的通信，导航和监测（COM / NAV / SUR）技术（Blom等人，1998）。最低间隔减少，一方面能增加流量的吞吐量，但另一方面会影响飞机的安全，且很有可能是减少。这就是建立一个模型的原因，这将有助于这种变化中的安全性进行评估，并找到了增加能力及不想安全减少之间的平衡。在本文中所描述的研究的目的是制定一个框架，空域规划和设计的基础上冲突风险评估的目的是防止飞机冲突和碰撞。另一个目的是发展的风险评估模型，考虑空域设计和组织的战略规划，即空域和航线网络发展，空域规划的目的是实施拟议的框架的第一步。在战略层面的交
10、通需求的一个指标是用来预测或估计的交通流数据。从供给方面看，关于空域的航路和相应的网络数据会被应用。作为代表潜在冲突局势和冲突的可能性的平均数量，飞行曝光的冲突局势是规划风险和安全水平的一个指标。本文的结构如下。第2部分是碰撞风险建模方法的概述。第3部分是空域规划和设计的基础上冲突的风险评估的建议框架的描述。接下来，第4部分解释冲突的风险评估模型的空域战略规划的发展。第5部分给出了应用开发的模型的情况下，一个假设的和实际的连接路由的例子。第6节得出结论，提出了进一步的研究方向。2 风险建模方法2.1 风险建模方法概述民用航空的日常运作中主要关注的问题之一是防止航空器之间的冲突乃至碰撞，无论是在
11、空中或地面上。虽然飞机的碰撞实际上已经非常罕见的事件且造成的总死亡人数的一个非常小的比例，但他们一直比较强造成的影响主要是由于每单一事件死亡人数比较多并且偶尔所涉及的飞机会彻底销毁（Netjasov和亚尼奇，2008A，B）。在20世纪60年代开发风险的方法/模型的主要驱动力是通过降低飞机的最小间隔，增加空域容量在大西洋上空的需要。在一般情况下，分离该机采用空间和时间上的分离标准（最低标准）来防止冲突和碰撞。然而，由于这种分离的减少，为了增加空域容量从而应对日益增长的航空运输需求，在这种情况下的冲突和碰撞的风险评估已经采用几个重要的方法/模型。方法/模型显示，如果减少的分离和飞行轨道之间的间距
12、足够的安全，即确定适当的间距，则可以在轨道之间保证一个给定的安全水平。使用下面的方法/型号分别为（Netjasov和亚尼奇，2008A，B）：Reich的标志是在20世纪60年代初，英国皇家飞机建立（Reich，1966年）。它是一种基于假设有随机偏差的飞机的位置和速度的预期。该模型是估计的碰撞风险北大西洋上空的航班，因此才指定适当的分离规则飞行轨迹（Shortle等，2004）。该模型计算飞机接近的概率与碰撞的条件概率的给定的接近（Machol，1995; FAA / EUROCONTROL，1998年）。MacholReich模型开发后，国际民航组织已建立的NAT SPG（北大西洋系统规划
13、组）于1966年Reich的标志模型作为一个可行的工具，以及开发的想法来提高空域的能力。因此，国际民航组织NAT SPG通过分离两架飞机（Machol，1975年，1995年）的损失的碰撞风险阈值来计划。路口型号属于最简单的碰撞风险模型。它们是基于假设，这架飞机按照预先确定的交叉轨迹恒定速度。每条轨迹上，飞机的速度与气道的几何形状（Siddiqee，1973年，1977年，施密特许，1981年格伊辛格，1985年巴尼特，2000年）的交叉点来计算流量的强度碰撞的概率。路口模型几何冲突模式是相似的。在这些模型中（20世纪90年代开发的）的任何两个飞机的速度是恒定的，但它们的初始的三维位置是随机的
14、。冲突发生时，两架飞机的距离比规定的分离规则更接近（Paielli厄兹伯格，1997年，1999年的欧文，2002年阿拉姆等人，2009年Chaloulos 等，2010）。广义的Reich模型是由通过从Reich模型的基础上没有充分涵盖一定的空中交通情况来假设发展的。这种广义的碰撞模型在20世纪90年代开发的，并一直在使用的TOPAZ（交通优化和扰动分析仪）的方法（Blom等人，1998年，2003年Shortle等，2004年，巴克和Blom，1993年;布洛姆和BAKKER，2002年，贝克等人，2000）。碰撞危险方法/模式已逐渐被开发，从Marks, Reich和Machol的最新版
15、本的在TOPAZ方法使用。这项模式的主要目的始终保持在系统的规划和发展过程中，通过风险评估和安全性的的拟议变化（无论是在现有的或新的系统）来支持决策过程。2.2 国际民航组织接受的风险建模方法国际民用航空组织（ICAO）已开发出碰撞危险模型（CRM）作为一种数学工具，用于预测的空中相撞的危险。CRM ICAO在开发过程中采用了Reich（1966年）和Hsu（1981）公式（ICAO，1998年，2002年，2009年），进一步明确了统一的框架碰撞风险模型的推导，被称为水稻公式（Mehadhebi和Lazaud，2004年，国际民航组织，2009年）。从水稻公式，它可以得到Reich和Hsu式（Mehadhebi和Lazaud，2004年）。国际民航组织已采纳的的CRM模型作为空域规划方法测定的间隔标准（ICAO，1998年）的一个重要组成部分。该方法的主要目的是基于碰撞风险模型的基础上确定最小间隔。基于CRM的计算碰撞概率比较与参考系统（如果存在的话），或用于对阈值来对安全性（TLS）的目标水平的系统风险进行评估。根据国际民航组织的通告319（2009），碰撞风险模型的目的是在模型的连锁事件标准的背景下，确定最低间隔，导致一对最初分离的飞机碰撞。国际民航组织CRM的横向或垂直重叠的概
