民航西北空管局 陕西 西安 712000
摘 要
飞机排序问题就是研究在空中交通繁忙的机场, 在不违反飞机间隔要求的情况下, 能高效合理地为到达飞机安排优化着陆次序和着陆时间的排序方法。飞行容量得到了进一步的提高，提高了航班的正常率，同时也减轻了管制员的工作压力。
关键词：区域导航；空中交通管制；终端区排序
引言
近年来，我国民航运输业发展迅速，空中交通流量增长较快，现有的空域结构、空管系统的整体发展步伐跟不上空中交通流量的增长速度。在一些大型机场的终端区引起了越来越严重的交通拥塞现象，这给管制员带来了巨大的工作负荷，也使空中安全保障压力更加严重。因此，对终端区飞机的优化排序是近几十年来国内外学者广泛关注与研究的课题。
一 终端区定义
终端管制区主要是基于对飞行繁忙、机场密集地区的进近飞行提供统一管制的设想而设立的。终端区是航班航路飞行与起飞着陆之间的飞行过渡区，航班起飞后的爬升飞行和着陆前的进近飞行都发生在该区域。通常情况下，在终端管制区内同时为2个或者2个以上机场的进场和离场飞行提供进近管制服务，在进近管制区内仅为一个机场的进场和离场飞行提供进近管制服务。
在我国终端区通常是以枢纽机场为中心，50NM为半径划设的空域范围。在新流量管理方案中，对终端区航班管理主要采用大终端区管理方法，即将终端区范围从50NM扩大到机场范围外120NM或者更大的区域[州。进场航班在抵达扩大终端区时以巡航阶段的速度高度进入，航班根据流量管理方案进行的飞行调整都在扩大终端区内实施。这样管制员将具备充足时间来对航班进行优化排序，分配合适跑道实现科学管理[17]。
二 国内研究现状
近年来随着我国空中交通运输的迅速发展，国内也陆续开展了流量管理方面的研究。针对终端区进场航班排序问题，南京航空航天大学荀海波、徐肖豪和陈旭华在《机场终端区着陆次序的排序规划算法》一文中分析了机场终端区交通流环境，对改进的先到先服务(FCFS)算法、带有约束的位置偏移算法 (CPS)和分航路调节距离间隔排序算法进行了介绍。2004年张兆宁和王莉莉对终端区航班的起降航班提出了基于流量和滑动窗的排序算法，对航班排序采用穷举法进行求解。后来他们又引入了蚁群算法对单跑道和多跑道航班排序模型进行求解。何智、高超等对终端区空中交通流量管理中的航班动态排序系统进行了研究，把终端区航班排序问题比作一个旅行商问题，并用启发式算法进行求解。周茜等研究了单跑道混合使用跑道时隙问题，建立了在着陆跑道时隙间隔中插入起飞时隙的模型。徐肖豪和程晓航(2004，2006)分别运用自适应遗传算法求解航班排序问题，但两者在染色体编码方式与算子设计方面有所不同。李伟和王仲生将A算法应用于终端区排序并给出13架飞机的仿真算例。张宏和王海东分别运用了模拟退火算法和模糊Petri网算法实现对航班的调度。张洪海和胡明华对着陆航班排序问题建立了包括延误损失、延误公平性和管制员负荷的多目标优化模型，并用多目标遗传算法进行了求解。曹力等提出了基于机型间隔的机场终端区流量优化模型。
在系统研究方面，南京航空航天大学胡明华教授带领的空管研发团队在空中交通流量管理方面做了大量的先期探索工作，并取得丰硕的成果。其中，胡明华、彭瑛等人采用面向对象的高级编程语言 MicrosoftVisualC++6.0开发了广州地区空中交通先期流量管理系统，包括流量统计与预测子系统。随后先后开展了二期和三期的研究项目及系统拓展。三期系统已在中南空管局投入实际使用，辅助流量管理人员对空中交通流量进行科学流控，协助管制员对航班进行调度，充分利用了现有的空域资源，极大的减少了管制员的工作负荷。中国民航大学徐肖豪、韩峰等采用面向对象的C/S结构开发工具Delphi6.O设计和实现了流量统计与预测系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该系统通过流量统计和预测模块实现了对用户指定时间范围和空间范围的空中交通流量进行有效地统计，并可结合历史数据对全国性或大区域范围内的长期流量进行预测。清华大学崔德光教授及其CIMS研究中心，利用数据挖掘技术对空中交通流量预测开展了初步研究并开发了空中交通管理系统网。
三 国外研究现状
在终端区航班排序问题的研究中，1976年PGDear用位置交换约束法研究航班排序。1991年Dear和Sherif研究了终端区航班排序，对单跑道运行的终端区环境使用了位置约束算法，算法对排序航班指定降落顺序时，航班在队列中的改变和调整满足设定的约束规则。1992年Brinton提出了深度优先树搜索算法，即通过采用枚举方法给出了参与排序的所有可能的航班队列。1993年Abela等以人工智能理论为基础，提出了采用O一1混合整型规划求解航班排序问题，并求解了20架航班的排序结果。1997年Milan引入了航班优先级概念，通过考虑旅客的延误损失、乘客数量和换乘乘客的比例等因素，为参与排序的航班制定优先级，航班以确定的优先级顺序来降落。1999年Bolender和Slater通过运用排队论方法，采用离散事件仿真技术来研究多跑道航班动态着陆问题，他们假设到达航班流服从泊松分布，得出航班到达时间服从指数分布。他们对航班排序的研究主要侧重在为动态到达的航班分配降落跑道，航班确定降落跑道后按照先到先服务顺序降落。2003年 KariAndersson对NAsA所提出的改进空中交通流量的决策支持工具，协同进场规划 (CAP)作了基于优化的方法分析，器整个飞行阶段的航迹。
伴随着理论的发展，各国通过进一步研究纷纷将理论转变为研究成果，建立了一系列应用系统。在欧洲，荷兰于1981年投入使用了自动时隙分配系统 ASA(AntomatioSlotAssignment)用于终端区的进近和空域管理，对每一类飞行都对应一种航迹预测算法，计算飞机过指定点的预计时间，由此自动生成进离场计划，并可以检测某些报告点处的冲突情况。法国在1989年开发出预测和优化排序系统，该系统用于进近飞行的计划和控制。根据相关系统的航迹生成来预测飞机的着陆时间，从而对跑道的交通流进行排序，并通过相应的延迟措施来调整交通流口。对进场排序程序能够改善航空运输系统进行了验证。2006年 AdityaP.saraf对拥挤机场进场航班的优化提供了一种有效的组合优化方法哪。2007年Atkin等人对一些离场航班时刻安排研究工作做了总结，用贪婪搜索算法和遗传算法来求一组离场航空器的最小起飞时间，应用混合后启发式算法排序，辅助伦敦西斯罗机场的跑道时刻安排阵。Balakrishnan(2007)等人提出了基于动态规划的有效算法，满足多种上下游航班流的限制。2008年 HanbongLee对跑道排序过程中的燃油成本、延迟和吞吐量的权衡进行了研究。
四 终端区航班排序优化策略
国内外对于空中交通流量系统运行和管理方面的研究，粗略地可以分为两大方向：空中交通流量管理作为一个整体系统进行研究，目前对空中交通流量运行系统及其管理的理论研究并不完善，针对整体上的大范围管制区域来研究交通流量系统的文献很少。空中交通流量管理系统中的某些方面或问题的研究，通常采取的方法有地面等待策略、改航策略和终端区优化策略。
本文以增加空域容量、保证飞行安全、缓解管制员压力为目的进行研究，但是，终端区进场优化是一个系统工程，由于研究对象的复杂性、时间的有限性以及本人目前知识结构的不足性，使得还有许多问题有待进一步的讨论和深入的研究。
参考文献
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[5] 陈海青.区域导航技术在广州白云机场的应用,《广东科技学习建设园地》，2007年10月，第173期:330-331
论文作者:韩笑笑
论文发表刊物:《科技中国》2016年10期
论文发表时间:2017/1/5
标签：终端论文; 航班论文; 算法论文; 流量论文; 管制论文; 交通论文; 跑道论文; 《科技中国》2016年10期论文;