关键字：空中交通管理，空域优化，扇区优化划分
引言:航空运输业的高速发展，空中交通流量的持续增加，使得空域拥挤问题越来越严重，管制员工作负荷不断增加，空域资源利用率低下，飞行安全受到威胁。机场终端区空域作为空中交通的密集和枢纽空域，空域内飞行交叉汇聚点多，结构复杂，飞行量大，其运行受到内外部多种因素的影响，多项研究数据表明，大部分机场的终端管制空域俨然成为提高空域容量的主要瓶颈。因此科学合理地规划终端区对保障空中交通安全、高效、顺畅具有积极的推进作用。一 终端区扇区划设研究基础
1.1 扇区容量分析
空中交通流量的不断增加，使得终端区管制空域内的各个管制辖区的航空器数量越来越接近管制极限，在终端区扇区划分的过程中通常要求扇区流量低于容量并尽量使得各管制扇区的管制员工作负荷均衡。众所周知，空中交通管制服务网络是以扇区为最小基本单元所构成的，扇区单元在空中交通管制中起到非常重要的作用。扇区一般指由对空席管制员、监控席管制员和协调席管制员等组成向某一特定空域内的航空器提供管制服务的区域， 管制扇区按管制功能不同可以分为航路扇区和终端扇区。
根据是否考虑航班延误水平可以将扇区容量的概念分为理论容量和实际容量。理论容量是依据评估的实际运行空域环境，单位时间内在持续服务请求下扇区所能提供服务的最大航班架次。而实际容量是依据评估的实际运行空域环境，单位时间内一个可接受延误水平下扇区所能提供服务的最大航班架次。
若根据针对问题的不同，扇区容量还可分为主观容量和客观容量。主观容量是指考虑管制员工作负荷处于可接受水平的情况下，单位时间内扇区所能提供服务的最大航空器架次。客观容量是指考虑扇区空域结构、航班流比例、管制规则等限制因素的影响下，单位时间内扇区所能提供服务的最大航空器架次。
所谓管制扇区的容量，指的是给定时间内，在保证管制员工作负荷在一个可接受水平的基础上，某一个特定管制扇区内所能接受管制服务的最大航空数量。ICAO在空中交通服务计划手册中提出，最适当的扇区容量评估结果应该是该扇区繁忙时段内可承受的小时交通流量而不是每天或每年的流量。
1.2 扇区划设基本原则
划设管制扇区应当遵循以下原则：
（1）在管制扇区的划设过程中，要考虑空地通信频道的拥挤度，尽量确保各管制扇区的空地通信量的均衡。
（2）在雷达管制扇区的划设过程中，要确保雷达信号能够覆盖整个管制扇区范围，同时在确定扇区最低雷达引导高度时要考虑雷达信号的覆盖情况，如果航路、航线无交叉或存在单向航路、航线的情况，则该管制扇区的范围可以适当扩大。
在雷达管制扇区的管制移交过程中，应考虑管制移交地段是否覆盖充分的雷达信号，只有充分覆盖雷达信号，管制员才能够更好地监视其他管制扇区的活动，尤其是当某个扇区内航空器数量已经将近饱和，而其他多个管制扇区的航空器需要同时进入该管制扇区时，那么本管制扇区的管制员就可以依据实际情况限制其他管制扇区的活动。
（3）在管制扇区的划设过程中，要考虑管制扇区辖区内导航设施的布局情况。VOR、NDB等导航设施越多，则说明交叉航线点越多，产生的飞行冲突也越多，所需雷达引导的服务越少，航空器可以通过导航设施的引导确定相对精确的位置，从而减轻管制员的工作负荷。
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（4）在管制扇区的划设过程中，要考虑管制扇区内航空器的运行类型和飞行性能。对于重型航空器或速度较大的航空器来说，其飞行活动的管制扇区范围也应当作适当地扩大；相反，对于轻型或慢速航空器来说，其飞行活动的解决应尽量在本管制扇区内。
（5）在管制扇区的划设过程中，要考虑管制员工作负荷和管制注意力的分配。
①在管制扇区的划设过程中，应有利于将管制员注意力控制在特定区域内的所有飞行活动， 且尽量避免管制员受到其他非相关的干扰。
②按照管制扇区的结构特征、辖区内航空器的运行类型以及管制员的技术水平等，规定管制员在同一时间可以管制的航空器架次的上限。
③在雷达管制扇区的划设过程中，应尽量减少因雷达屏幕上的图像和视频对管制员造成的干扰，从而使管制员的注意力更加集中到雷达管制上。
④雷达管制扇区应将雷达引导、排序等因素考虑在内，从而为扇区内管制员提供足够的调配空间。
（6）在管制扇区的划设过程中，应该避免管制扇区之间的边界有交叉重叠的情况，也就是使划设的管制扇区要符合科学性、逻辑性以便管制员更好的掌握。另外，进近管制区或者机场塔台管制区之间管制协调和移交操作要明确，避免多个管制扇区之间的管制混淆。
若相邻两个或多个终端进近管制区之间均覆盖充分的雷达信号，且具有严密的管制工作程序时，终端（进近）管制区之间的空域可以委托相关的机场塔台提供空中交通管制服务。
二 扇区划设方法及基本过程
划设管制扇区可以采用的方法如下：
（1）二维空域划分：即按照平面的几何象限对管制空域进行划分。该方法以空域内主要的机场或者主要的导航设施（如 VOR/DME）为中心，然后根据交通流分布特征，采用几何的划分方法将整个管制区域划设为若干个管制扇区，从而使各扇区工作量分配的比较合理。
（2）三维空域划分：即按照高度来划设管制扇区。该方法根据进场航空器、离场航空器以及飞越航空器不同的飞行状态和高度，选定管制区域内高度的临界值，最后确定各个管制扇区在临界值附近的高度范围。
（3）功能性扇区划分：即按照航线、航路的繁忙程度、飞行特点以及使用性质来划设管制扇区。该方法主要依据航线飞行造成交叉汇聚的矛盾冲突点的分布和进场航线、离场航线各自负责进离的职能特点，选定几条较繁忙的航线、航路，将这些航线、航路合理分配给不同的扇区，使得管制员能够集中注意力到那些主要的航线、航路上，从而达到各管制扇区的工作负荷较为均匀的目的。
管制扇区通常应当明确开放使用的时间。各区域应当根据本区域空中交通流量随着时间变化的特点，确定各个管制扇区的开放使用的起止时间，做到管制扇区的灵活使用。
三 总结
终端区扇区划设的主要目的在于提升终端区空域的容量，更好地均衡各扇区的交通流量和管制员工作负荷。本文研究的终端区扇区划设基本思路或过程是：首先根据进、离场航空器和飞越航空器飞行状态和高度的不同，选定管制区域内高度的临界值，确定各个管制扇区在临界值附近的高度范围。再将导航台、航线交叉点和空域内的关键航路点等作为Voronoi图的生成元，使用Voronoi多边形方法将终端区空域（高层空域和低层空域）剖分成多个空域有限单元。在Voronoi图的基础上，结合终端区空域结构和航班流飞行特征，计算高低层空域内各有限单元内 的空中交通复杂度。然后以各扇区交通复杂度均衡为目的，并以前面提到的扇区划分原则为约束条件，建立扇区优化划分数学模型。最后采用分支界定法组合这些有限单元，获得优化后的扇区边界。
参考文献
[1] 国家统计局. 中国统计年鉴. 2010.
[2] 国家统计局.国民经济和社会发展统计公报.2010.
[3] 陈勇，曹义华．终端区容量评估的基本概念和方法[J]．中国民航飞行学院学报，2005，1(16)：8-11．
论文作者:肖宏达
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
标签：管制论文; 扇区论文; 空域论文; 终端论文; 容量论文; 航空器论文; 航路论文; 《科技中国》2018年3期论文;