空中交通流量管理方法初探

引言

以市場為導(dǎo)向的改革在最近的20年里使我國經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了幾近兩位數(shù)的增長，并使得我國民航運(yùn)輸業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。我國空中交通流量與國際上航空大國相比相差甚遠(yuǎn)，再加上一些飛行繁忙區(qū)域的空域規(guī)劃有待進(jìn)一步改進(jìn)，針對在我國東部地區(qū)和北京、上海、廣州等國際機(jī)場以及一些較繁忙的航線上，出現(xiàn)因飛機(jī)在某一時間和地段過于集中的情況，需要采取流量控制手段，以疏散空中交通流量。目前，我國還未建立專門的空中交通流量管理機(jī)構(gòu)，而代之行使流量管理職能的是各級空中交通管制單位。

1流量管理的定義和目的

圖1所示是我國現(xiàn)行的空中交通流量管理機(jī)構(gòu)示意圖。實(shí)際上，空中交通流量管理（AirTrafficFlowmanagement，ATFM）是指科學(xué)地安排空中交通量，使得空中交通管制系統(tǒng)中總的交通量與其容量相適應(yīng)。所謂空中交通流量，就是單位時間和空間范圍內(nèi)航空器飛行的數(shù)量。空中交通流量管理的主要作用是監(jiān)視一定范圍內(nèi)的空中交通狀態(tài)，進(jìn)行交通流量的預(yù)測和管理，防止特定航線、區(qū)域或扇區(qū)的流量過分集中，以求增大整個航空管制區(qū)的處理容量，減少空中和地面飛機(jī)的延誤，防止空中交通管理系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，保證空中交通的安全和暢通。ATFM的目的主要是為了安全而有效地使用現(xiàn)有的空域、ATC的服務(wù)和機(jī)場能力，并且給飛行員提供及時、精確的信息以規(guī)劃和實(shí)施一種經(jīng)濟(jì)的空中運(yùn)輸，以盡可能準(zhǔn)確地預(yù)報飛行情報而減少延誤。

盡管流量管理是民航運(yùn)輸發(fā)展的正?，F(xiàn)象，但其對民航運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展還是有一定的制約。因此，流量管理有其兩面性。我們對待流量管理不能一味排斥，也不能掉以輕心。實(shí)施流量管理在我國還屬于初始階段，隨著航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，這種情況會日趨加重。因此，我們要認(rèn)真對待，采取積極有效措施，使其起到促進(jìn)、保證航空運(yùn)輸事業(yè)持續(xù)、快速、健康發(fā)展的作用。

2區(qū)域?qū)Ш降膽?yīng)用

區(qū)域?qū)Ш剑≧NAV）是一種導(dǎo)航方法，它涉及到航路結(jié)構(gòu)和空域環(huán)境。傳統(tǒng)的無線電導(dǎo)航方法的航路結(jié)構(gòu)固系在地面電臺連線上，區(qū)域?qū)Ш絼t不受此限制，因而空域環(huán)境不同，ATC管制上也不同。這種新的導(dǎo)航實(shí)施方法與傳統(tǒng)的導(dǎo)航方法的區(qū)別在于航線結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)導(dǎo)航方法的航線和導(dǎo)航臺連線在一起，不能脫離這些導(dǎo)航之間的連線，只能實(shí)現(xiàn)逐臺飛行;區(qū)域?qū)Ш皆试S在管制區(qū)域內(nèi)脫離電臺連線，在相對固定的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)飛行、跳點(diǎn)穿插，甚至實(shí)現(xiàn)出發(fā)點(diǎn)和到達(dá)點(diǎn)之間的直飛，易于建立臨時繞飛、平行偏飛、等待航線等，可以縮短航程和提高空域利用率。

區(qū)域?qū)Ш胶铰?線)的建立和使用是新航行系統(tǒng)中的導(dǎo)航方式發(fā)展的必然趨勢，它的應(yīng)用最直接帶來的效益是可以建立更為便捷的航線，縮短飛行距離和飛行時間，節(jié)約燃油及飛行運(yùn)營成本；允許建立平行或雙線航路，提高空域的利用率和交通流量；為偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋地區(qū)受地理環(huán)境限制的而無法建立地面導(dǎo)航設(shè)備的空域中建立更多的航線及臨時偶用航線；另一方面從空域的使用上也體現(xiàn)出了利用率的提高，增加了絕對飛行流量，由于實(shí)施近、離港航線分流，管制員更易于調(diào)配飛行沖突，更方便地提供空中交通管制服務(wù)。

3協(xié)作機(jī)構(gòu)的一體化

在一個空域內(nèi)有一家管制指揮是國家統(tǒng)一管制一體化的一大特征，即航路內(nèi)飛行的所有航空器均由民航負(fù)責(zé)管制指揮；航路夕卜飛行的所有航空器均由軍航管制指揮；航線上飛行的航空器的飛行矛盾由軍民雙方協(xié)商解決，從而實(shí)現(xiàn)了管制指揮一體化。這樣既有利于解決航路內(nèi)外的飛行矛盾，又可解決飛行沖突的時效性和安全性。

航行管制部門與航空公司運(yùn)營人建立起新的協(xié)作關(guān)系：這種關(guān)系化解了航空公司與航行部門間的安全信息交流的障礙。航行管制部門不再單一的是“指揮者”，他們開始為各航空公司承擔(dān)簽派代理業(yè)務(wù)，便于飛行人員匯總了解情報、氣象、通訊等多部門的信息，統(tǒng)一辦理放行業(yè)務(wù)，減少中間環(huán)節(jié)，使放行手續(xù)更簡化；航空公司也積極為航管人員提供航線實(shí)習(xí)和模擬機(jī)訓(xùn)練，有助于他們了解各種機(jī)型的特性，方便他們熟悉航線、航路及起落機(jī)場的運(yùn)行狀況。

4空中交通管理協(xié)同決策系統(tǒng)(CDM)

近年來，為滿足航班量增長需求，各繁忙機(jī)場陸續(xù)開展二跑道或三跑道的擴(kuò)建工程，機(jī)場容量有所提升，但場面運(yùn)行復(fù)雜程度也相應(yīng)提高，各駐場單位的協(xié)同配合對運(yùn)行效率至關(guān)重要。隨著流量的持續(xù)增長，現(xiàn)行的工作模式暴露的問題日益突出。

為了緩解航班量需求快速增加，飛行流量與保障能力、空域容量之間的矛盾，旅客長時間等待的問題，珠三角機(jī)場引進(jìn)了航班運(yùn)行協(xié)同決策系統(tǒng)。建設(shè)航班運(yùn)行協(xié)同決策系統(tǒng),可以整合機(jī)場各運(yùn)行單位有關(guān)航班運(yùn)行的信息資源，實(shí)現(xiàn)預(yù)排序功能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化航班離港排序，及時處理與發(fā)布相關(guān)流控信息，提高跑道利用率；優(yōu)化機(jī)場機(jī)動區(qū)的地面交通；優(yōu)化航空器推出開車時間，合理安排旅客登機(jī)時間，減少航空器開車后地面等待時間。圖2所示就是一個終端區(qū)多機(jī)場離場航路排序示意圖。

這種協(xié)同決策系統(tǒng)簡稱CDM(CollaborationDecisionMaking)，是一個開放性的信息采集、融合、共享與預(yù)測平臺，該系統(tǒng)由六個核心元素構(gòu)成：信息交換平臺、關(guān)鍵事件觸發(fā)事件驅(qū)動、可控地面滑行時間、起飛預(yù)排序、不利情況下的的協(xié)同決策、協(xié)同管理航行數(shù)據(jù)。CDM是通過更加透明的信息共享，實(shí)現(xiàn)各運(yùn)行保障單位間更加高效的協(xié)同工作機(jī)制。通過精確跟蹤航班運(yùn)行流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、實(shí)施起飛預(yù)排序。離港排序子系統(tǒng)通過信息交換平臺獲取更加精確的目標(biāo)起飛時間(TargetTakeOffTime)，計算并輸出計算起飛時間(CalculatedTake-offTime)，實(shí)現(xiàn)有計劃的流量調(diào)配，提高整體空域運(yùn)行效率。

事實(shí)上，CDM并不是獨(dú)立運(yùn)行的。為實(shí)現(xiàn)精確跟蹤航班運(yùn)行流程，協(xié)同決策系統(tǒng)需要從各個參與單位引接實(shí)時航班運(yùn)行數(shù)據(jù)；為實(shí)現(xiàn)起飛預(yù)排序，提前給出計算撤輪擋時間及計算起飛時間，需要離場排序子系統(tǒng)接收空管部門提交的容量數(shù)據(jù)；針對我國空域特點(diǎn)，在繁忙航路、時段上需要統(tǒng)籌安排多個匯聚交通加入航路的問題，協(xié)同決策系統(tǒng)需要接收航路排序工具發(fā)布的加入航路時間。CDM與周邊各系統(tǒng)的關(guān)系如圖3所示。

本文以廣州白云機(jī)場為例：廣州白云機(jī)場CDM系統(tǒng)主要包括五個子系統(tǒng)，航路排序子系統(tǒng)、離場排序子系統(tǒng)、協(xié)同決策信息交換平臺、電子進(jìn)程單子系統(tǒng)和飛行計劃信息處理子系統(tǒng)。從開始進(jìn)行CDM試運(yùn)行，廣州本場參與實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的576個航班如按系統(tǒng)發(fā)布的關(guān)艙門時間提供地面服務(wù)可節(jié)約關(guān)艙門后地面等待時間13420min，平均等待時間可減少23.30min。圖4給出了京廣、滬廣統(tǒng)一放行工作一般原則。

5結(jié)語

空中交通流量管理問題是一個復(fù)雜的、綜合的動態(tài)問題，而且由于實(shí)際影響因素很多，造成建模上的困難。本文在CDM的基礎(chǔ)上探討了流量管理的問題，但是還有很多的問題有待研究。如果此系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際情況，通過不斷引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備、新管制手段，不斷深入挖掘空中交通管制的潛力，充分利用科學(xué)的方法降低管制員的勞動強(qiáng)度，縮小個體間的技能差異，優(yōu)化區(qū)域、終端和塔臺等各管制部門之間的工作流程，就能減少延誤，保證本區(qū)域內(nèi)空中交通的安全暢通。

20211116_61928b563fa8a__空中交通流量管理方法初探