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1、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机场和空中中交通安安全，交交通运输输和交通通工程学学院，贝贝尔格莱莱德大学学，Voojvoode Steepe E3005，110000贝贝尔格莱莱德，塞塞尔维亚亚部文章信息文章历史：2010年年9月2日2012年年3月修订订后的表表格1112012年年3月14日关键词：风险评估航空安全航空管制空中交通管管理本文提出了了一种基基于空域域规划和和设计，开开发目的的是防止止飞机冲冲突和碰碰撞冲突突的风险险评估框框架。拟拟议框架架的第一一步，本本文还介介绍了冲冲突的风风险评估估模型，空空域战略略
2、规划。该该模型是是为了便便于比较较和感性性分析不不同的流流量级别别下的空空域设计计和组织织情况。风风险评估估有两个个变量：冲突的的概率与与观察到到的给定定情况下下的空域域冲突数数目。模模型是基基于概念念的关键键部分设设计的，关关键部分分是指在在水平飞飞行时所所经过的的飞机，或或在爬升升或下降降通过这这些部分分。对于于一组给给定飞机机发生冲冲突的概概率取决决于一架架飞机自自己的轨轨迹，和和另一架架飞机恰恰巧也在在关键部部分的条条件概率率。冲突突的数目目被定义义为冲突突的概率率和为给给定的气气道的估估计流量量的乘积积。冲突突的最终终值数字字确定需需要考虑虑到所有有可用的的在给定定空域的的飞行高高度
3、层和和气道组组合。该该模型提提供了一一个分析析的分离离减少冲冲突风险险的影响响，可用用于在航航路和终终端机动动空域。该该模型提提供了一一个分析析的分离离减少冲冲突风险险的影响响，可用用于在航航路和终终端机动动空域。1.介绍尽管有全球球经济危危机加剧剧等制约约因素，航航空运输输预计平平均每年年增长约约4-55（SEESARR，20006，EC，20111）。欧洲洲航空交交通量的的增加，到到20550年预预计欧洲洲委员会会（ECC）文件件“航线线20550”（ECC，20111）几几乎增加加了相当当于20011年年三倍（在在20550年的的25万个个商业航航班相对对于9440万，预预计在22011
4、1年）。与与此同时时，安全全级别的的提高既既需要通通过减少少高达880%的的特殊操操作事故故率，也也需要一一定程度度上减少少人为错错误（EC，20111）。类似的的目标也也被定义义在美国国（JPPDO，20004年）。以以前的文文件中提提到的事事实被反反对，并且就就增加的的流量应应该不会会导致减减少安全全向科研研界提出出了重大大的挑战战。根据据“20020年年远景规规划”（OOPEC，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面内的两两个轨迹迹之间的的一个交交叉角飞机上升或或下降角角度在水平平面面内的临临界段长长度在垂
5、直平面面内的临临界段长长度气道i在给给定空域域的长度度可用FL包包含在给给定的空空域的设设定最小垂直间间隔气道在给定的FFL组包包含在给给定空域域的交叉叉点O在给定FLL的情况况下, 对于某某些交点点每小时时跨越冲冲突的平平均数目目， 可用于所有有每个给定定空域的的飞行高高度层冲冲突的总总数在给定FLL的情况况下，每每小时指指定交点点的冲突突的平均均最大数数目冲突轨迹的的I和QQ之间的的交点OO的平均均数量每个给定空空域的所所有交叉叉点的交交叉冲突突的总数数每个给定区区域超越越冲突的的总数在交点O冲冲突的总总数每气道的超超越冲突突和给定定单独气气道情况况下的FFL的总总数在水平面上上的冲突突概
6、率军用飞机11（事件件A）在在水平面面内的关关键部分分的概率率飞机1在关关键部分分，且飞机2已经在在水平平平面内（事事件B）的的可能性性在垂直平面面上的冲冲突概率率军用飞机11关键部部分（事事件A）在在垂直平平面内的的概率飞机2是在在关键的的部分，且飞机1已经在垂直平面内（事件B）的可能性总的冲突概概率飞机进入领领空的一一段时间间内，保保证与其其它飞机机发生冲冲突的概率在交点O的的冲突概概率轨迹I和QQ之间的的冲突概概率每一个FLL气道ii的平均均最大流流量飞行高度在给定的FFL的情情况下，属于参考平面且在给定空域的点Ri的组 最低水平分分离在给定的气气道i的飞机机的平均到到达时间间之间飞机在
7、气道道i上进入入领空的的时间飞机在气道道i上进入入关键部部分的时时间飞机在气道道i上离离开领空空的时间间输入的时间间不重叠叠时，飞飞机2进入领空空的情况况关键部分不不重叠时时，飞机机2空域域进入时时移情况况的时间间段X11关键部分不不重叠时时，飞机机2空域域进入时时移情况况的时间间段Dt在水平平面面内的临临界时间间军用飞机11在气道i关关键部分分在水平平平面内内的临界界时间军用飞机22在气道道i关键键部分在在水平平平面内的的临界时时间在垂直平面面内的临临界时间间军用飞机11在气道i关关键部分分在垂直直平面内内的临界界时间军用飞机22在气道道i关键键部分在在垂直平平面内的的临界时时间飞机在水平平
8、平面内内的速度度飞机在垂直直平面内内的速度度关键的时间间段之间间的时间间差距生产的关键键部分重重叠且转移空空域输入入的时间间， 理论上和运运营上来来说，航航空运输输系统是是一个相相当复杂杂的系统统的主要要组成部部分 - 航空空公司，机机场和空空中交通通管制服服务 - 所有有和不同同层次的的相互作作用，构构成了一一个非常常复杂的的、高度分分散的网网络的人人的运营营商、程序和和技术/技术系系统。尤尤其关键键的是，在在这样一一个复杂杂的系统统相关的的安全事事故和风风险之间间的相互互作用的的各种影影响组件件和的元元素（NNetjjasoov和亚亚尼奇，220088a，bb）。这这意味着着，提供供令人满
9、满意的水水平的安安全性（即即在空域域中低风风险的事事故），以上这些些只是保保证每个个组件和和元素安安全功能能，还远远远不够够（Bllom等等人，119988年）。由由于这种种固有的的复杂性性和事故故的严重重后果，风风险和安安全性一一直被认认为是作作为当代代航空运运输系统统的最重重要的问问题（亚亚尼奇，220000年）。因因此，这这些特性性一直是是从不同同的角度度和观点点不断研研究的问问题，范围从从单纯的的技术/工艺到到严格的的机构。在一般情况况下，前前者已处处理的飞飞机安全全与其他他系统的的设施和和设备的的设计的的关系。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
10、，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，由于于飞机会会通过的的最大数数目为任任何给定定的几何何在给定定的时间间内空域域（马宗宗达等人人，20005），不不受约束束的空域域容量取取决于交交通流的的某些或或全部的的航空公公司，如如应用于于飞机的的最小间间隔。增加空空域容量量的可能能性之一一是减少少分离最最低值（莫莫斯克拉拉贝尼特特斯等人人，20009）。这这种方法法已通过过事实被被驱动，即即合适的的通信，导导航和监监测
11、（CCOM / NNAV / SSUR）技技术（BBlomm等人，119988）。最最低间隔隔减少，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。在本文中所所描述的的研究的的目的是是制定一一个框架架，空域域规划和和设计的的基础上上冲突风风险评估估的目的的是防止止飞机冲冲突和碰碰撞。另另一个目目的是发发展的风风险评估估模型，考考虑空域域设计和和组织的的战略规规划，即即空域和和航线网网络发展展，空域规规划的目目的是实实施拟议议的框架架的第一一步。在在战略层层面的交交通
12、需求求的一个个指标是是用来预预测或估估计的交交通流数数据。从从供给方方面看，关关于空域域的航路路和相应应的网络络数据会会被应用用。作为代表表潜在冲冲突局势势和冲突突的可能能性的平平均数量量，飞行曝曝光的冲冲突局势势是规划风风险和安安全水平平的一个个指标。本文的结构构如下。第2部分分是碰撞撞风险建建模方法法的概述述。第33部分是是空域规规划和设设计的基基础上冲冲突的风风险评估估的建议议框架的的描述。接接下来，第第4部分分解释冲冲突的风风险评估估模型的的空域战战略规划划的发展展。第5部分给给出了应应用开发发的模型型的情况况下，一一个假设设的和实实际的连连接路由由的例子子。第66节得出出结论，提提出
13、了进进一步的的研究方方向。2 风险险建模方方法2.1 风风险建模模方法概概述民用航空的的日常运运作中主主要关注注的问题题之一是是防止航航空器之之间的冲冲突乃至至碰撞，无论是在空中或地面上。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世纪纪60年年代开发发风险的的方法/模型的的主要驱驱动力是是通过降降低飞机机的最小小间隔，增增加空域域容量在在大西洋洋上空的的需要。在在一般情情况下，分分离该机机采用空空间和时时间上的的分离标标
14、准（最最低标准准）来防止冲冲突和碰碰撞。然然而，由由于这种种分离的的减少，为为了增加加空域容容量从而而应对日日益增长长的航空空运输需需求，在在这种情情况下的的冲突和和碰撞的的风险评评估已经经采用几几个重要要的方法法/模型型。方法法/模型型显示，如如果减少少的分离离和飞行行轨道之之间的间间距足够够的安全全，即确确定适当当的间距距，则可可以在轨轨道之间间保证一一个给定定的安全全水平。使使用下面面的方法法/型号号分别为为（Neetjaasovv和亚尼尼奇，220088A，BB）：Reichh的标志志是在220世纪纪60年年代初，英英国皇家家飞机建建立（RReicch，119666年）。它它是一种种基
15、于假假设有随随机偏差差的飞机机的位置置和速度度的预期期。该模模型是估估计的碰碰撞风险险北大西西洋上空空的航班班，因此此才指定适适当的分分离规则则飞行轨轨迹（SShorrtlee等，20004）。该该模型计计算飞机机接近的的概率与与碰撞的的条件概概率的给给定的接接近（MMachhol，119955; FFAA / EEUROOCONNTROOL，119988年）。MachoolReeichh模型开开发后，国国际民航航组织已已建立的的NATT SPPG（北北大西洋洋系统规规划组）于于19666年Reiich的的标志模模型作为为一个可可行的工工具，以以及开发发的想法法来提高高空域的的能力。因因此，国国际民航航组织NNAT SPGG通过分分离两架架飞机（MMachhol，119755年，119955年）的的损失的的碰撞风风险阈值值来计划划。路口型号属属于最简简单的碰碰撞风险险模型。它它们是基基于假设设，这架架飞机按按照预先先确定的的交叉轨轨迹恒定定速度。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。路口模型几几何冲突突模式是是相似的的。在这这些模型型中（220世纪纪90年年代开发发的）的的任何两两个飞机机
