摘要：管制扇区是空中交通管制工作的基本单位，对扇区进行有效的评定和管理对提高空中交通运行效率、合理利用空域资源、均衡管制员工作负荷有积极意义。本文从调配难度、空域结构、不可抗因素三大方面，筛选和深入分析的复杂度因素包括：航班量、指令数量、航路航线密度、单双航路航线数量、汇聚交叉点数量、覆盖机场数量、管制移交点数量、空军、天气，提出了扇区复杂度量化计算方法，并以广州管制中心运行三室的现场采集数据进行实例分析，验证基于复杂度的扇区评定与管理的有效性。
关键词：管制扇区；调配难度；空域结构；不可抗因素；扇区复杂度
近几年，随着空中交通流量的爆发性增长，以管制员工作负荷为重心而划分的管制扇区数量逐年呈跳跃式增加。由于中国空域的复杂性，扇区管理经常出现层次错乱、方向不明、培训方向与实际背离、扇区放单次序不合理等现象，甚至在管制员工作状态已经超负荷的情况下，无法对扇区进行进一步的优化而埋下安全隐患。对于地区性的管制中心，高空接管后，不断增加的科室和扇区数量对扇区的评定与管理提出了新的挑战和要求。因此，为了使扇区的运行适应航班量的大踏步式增长，与空军沟通时能有理有据的提出困难和要求以争取释放更多的可用空域，保证见习管制员循序渐进、高质、高效的放单过程，本文首先对影响管制扇区复杂度的因素做了筛选和分类，根据复杂因素对扇区的影响程度进行综合的层次化评定，再将扇区评定的结果应用到实际管理中，为管制中心对扇区系统的有效管理提供量化工具。
1 扇区复杂度因素的筛选及权重值国内外对于管制员工作负荷研究资料大多数都倾向于对管制员工作的主观因素进行考虑和分析。比如广为流传的“DORATAST”方法[1]和“MBB”方法
[2]。管制员工作负荷的确是管制指挥中的重中之重，但是，客观条件也不容忽视，比如空域结构、复杂天气、空军活动等等。国外的学者Lee对影响管制扇区复杂度的因素进行了定性分析和描述，并以此为基础重新定义了管制扇区的复杂度
[3]，国内的学者王莉莉研究了基于复杂度的空域扇区分析与划分问题，从空域的内部结构与运行状态，建立了可量化计算的空中交通复杂度评估指标
[4]；张琼方阐述了管制复杂性重要的三个方面，并管制复杂度与工作负荷的关系进行了深入的分析和探讨[5]。在国内外研究的基础上，本文在以管制员工作负荷为重心的扇区复杂度评定过程中，兼顾考虑客观影响因素，从管制现场随机选定12名四级（含以上）管制员，首先选定管制员们普遍认为对在管制指挥工作中对扇区复杂度影响较大的因素，再采用专家评定法对相应的复杂度因素进行评分，得出复杂度因素的相应权重值，从而将影响扇区复杂度的主观、客观因素量化处理，为后续评定工作提供数据支持。
2 扇区复杂度因素的分析：
2.1调配难度
2.1.1航班量在现场数据采集中，管制员普遍认为航班量是影响管制员工作负荷的重要因素。因此，扇区评定和分析首先要以真实、细致的航班量统计为基础。通常的扇区航班量统计包括扇区日均架次统计、航段方向性日均架次统计、重要导航台日均架次统计等。在汇总历史统计的各种日均架次航班量的基础上，分析和预测扇区的日均架次的年增长率、节假日和高峰日的架次波动趋势、雷雨季节重要导航台的日架次波动趋势等，这些精细化的航班量统计工作能为后续的扇区评定和管理提供客观有力的数据支持。各种日均架次统计数据运用有不同的侧重点，本文主要采用扇区的日均架次统计数据，参考《空中交通管制单位繁忙等级划分标准》，航班量与权重值的关系如下表： 
2.1.2关注度（指令数量）管制员的指挥过程可以抽象为：根据航空器运行过程中飞行状态的改变，管制员通过与飞行员进行陆空通信，对相关设备监控、操作和反馈，不断的收集、传递和处理空中交通信息的过程[6]。信息贯穿于整个管制指挥过程。航空器在空中飞行诸元素（高度、速度、航向）的改变由飞行员通过单向通信波导传递给管制员，管制员通过键盘或鼠标将所收到的信息输入欧洲猫，结合欧洲猫上显示的雷达航迹和信息处理结果，管制员进行分析和判断后管制给航空器发布指令，通过监控雷达显示屏可得到航空器执行指令情况。因此，对某个航班关注度越高，需要传递的信息越多，所需要发送管制指令也就越多。单位时间内对现场通讯设备的录音收集管制指令数目标记为A，这段时间内扇区的航班量标记为N，关注度：W1=A/N 2.2空域结构：
2.2.1单/双向航路航线相比而言，双向航路比单向航路需要更多空域资源（比如分别偏置5海里），航空器相对飞行处于上/下高度的调配过程中，需要管制员更多的关注和通话，比如为机组提供相对冲突信息通报，调整航空器的上升/下降率以防止穿越不及时造成冲突或者触发不必要的告警等。因此，双向航路段占总航路段的比值越高，相应的扇区复杂度越高，标记扇区内双向航路总长度为s，单向航路总长度为S，扇区单/双航路航段的复杂度：W2=权重值*s/（S+s）
2.2.2扇区内覆盖的机场数量航空器在空中存在三种飞行状态：爬升、平飞和下降。当航空器处于平飞状态时，管制员在雷达扫视过程中一般只需关注的航空要素为巡航速度（是否存在同高度追赶），巡航高度（波动是否在误差范围内），航空器是否保持指定的偏置沿计划航路飞行等。爬升/下降的航空器所需关注的航空要素明显要多的多。当航空器离开起飞机场或接近目的地机场时，离港/进港的航空器频繁的改变高度、速度、航向等诸多航空要素是在所难免的，这就需要管制员花费更多的思考和精力来完成调配工作。因此，当扇区内覆盖的机场数目越多，离港/进港的航空器比例越大，扇区复杂度就越高。
2.2.3航路航线密度航路/线密度为扇区内航路/线总长度与扇区的水平面积的比值，其体现和评定管制员对飞行冲突预判的复杂度以及扇区单位水平面积可调配飞行冲突的灵活度。扇区航路/线是航空器在空中飞行的预定路线，是空中交通流形成的基础，因此，航路/线密度越大，扇区复杂程度越高。扇区水平面积标记为O，航路/线总长度标记为L，扇区的航路/线密度： W3=权重值*L/O。注：如果是以科室为单位评定扇区的复杂度，扇区面积取科室扇区总面积，计算方法取科室各个扇区航路/线的比值再乘权重值；如果是以管制中心为单位，扇区面积取管制中心扇区总面积，计算方法同上。
2.2.4汇聚/交叉点的数量汇聚/交叉点是扇区内冲突程度最高的部分，所有的管制调配工作都是围绕着防相撞展开的，因此汇聚/交叉点是管制指挥工作关注的重中之重。现场指挥工作程序中，在接近扇区边界的汇聚/交叉点一般都搭建立交桥高度，并以冲突点为圆心划设一个30-50公里的保护圈，但是这并不能解决所有的问题。当飞机上升/下降的慢、特殊原因需要使用非立交桥高度、速度差异导致汇聚点的同高度追赶等，都需要管制员从飞机还未进扇区的管制预案开始持续的关注和做好应对的调配措施。扇区内部的汇聚/交叉点附近也是如此。
2.2.5管制移交点的数量管制移交点是扇区的出入口，从航空器接近扇区开始，听机组的位置报告、对雷达标牌操作、管制雷达识别等一系列的屏幕操作和通信都是航空器后续能否在扇区内正常运行的基础。如果雷达识别有偏差，接下来所做的管制工作都是无用功，甚至会造成飞行冲突。当航空器离开扇区，认真听机组的频率复诵，完成航空器的屏幕移交、通信移交和责任移交，需要管制员手、口、耳协同操作同时完成。因此，扇区内管制移交点的数量也关系到扇区的复杂程度。
2.3不可抗因素
2.3.1空军空军的本场训练或者转场活动都可能造成扇区内航班改航或者是高度调整避让，一定程度上增加了管制员的工作负荷。另外，由于空军使用空域的优先权，民航航班的可用空域相对受限，这些因素都增加了扇区的复杂度。由于空军活动涉及的要素较多，本文统计一年内对管制工作造成影响的空军活动天数并记录，完成扇区复杂度计算。
2.3.2天气广东地区每年夏秋季大范围系统性雷雨和热力雷暴都会显著增加空中交通的调配难度，另外空中颠簸、不同季节西风带差异都可能导致航班需要改变高度、偏航、绕飞，管制员需要花费更多的精力监控和调配，因此，天气因素是扇区复杂度的重要影响因素之一。当大范围的雷雨雷暴产生时，航班在空中几乎都需要偏离航路，甚至需要绕飞到相邻单位的管制扇区。因为空中天气的不确定性，管制员在航班的水平间隔把握上会比平时调整的更大，变相的缩小了扇区的可用空域。由于机载气象雷达的局限性，管制员不仅需要根据天气变化不断调整指挥方案，还需向后续航班持续的通报前方航班的绕飞情况以掌握指挥的主动性，因此调配难度、通话量都将大幅增加。相比于大范围的雷雨雷暴绕飞，其他天气因素的影响要小的多，比如机组报告空中颠簸，根据RVSM规定，只有达到中度（不含以上）的颠簸才需立即改变飞行高度。如果某个或多个高度层达到了中度以上的颠簸，我们可以调整立交桥高度、变换或者停用某些高度层直到颠簸强度在安全范围内。
所以，按照每年受不同类型天气影响的天数和月份，天气因素影响扇区复杂度的权重值分配如下表： 
3.1扇区复杂度计算方法扇区的复杂度(Traffic Complexity) 
其中，W表示第k种复杂度因素的影响程度。取2017年6月12日广州管制中心运行三室AC13扇区0930PEK-1030PEK 的现场数据，具体计算方法如下图所示： 
3.2扇区复杂度的管理应用
3.2.1扇区运行的前瞻性管理根据扇区复杂度的评定，对高难度扇区进行分析和研究，针对性的找出能有效降低扇区复杂度的因素，提出解决方案。比如对于AC13扇区，航班量下降、空军活动减少、天气良好等情况下可以考虑与AC25扇区合并成一个扇区；对于AC12扇区，当复杂度评分继续上升，可以考虑增开临时扇区，具体什么时候开，怎样划分临时扇区、如何配备人员，都可以从扇区复杂度因素着手，进行前瞻性的评定和设定。 3.2.2 科室学员的放单与培训管理科室所有扇区复杂度进行评定后，可以明确扇区的放单次序，在学员培训过程中，根据学员们知识的掌握程度和现场指挥的控制能力有的放矢的见习对应难度的扇区，不但可以树立学员的信心，加快见习进度，也控制了管制教员、领班的带新风险。
3.2.3 人员配置管理对于航空管制行业，管制员是特殊资源，如何高效、优化对管制员进行分配和配置是管制中心管理的重要课题。管制中心各个科室均可进行扇区复杂度评定，首先量化科室各个扇区复杂度，再量化出各个科室复杂度（即科室各个扇区复杂度评分累加），根据高难度、中难度、低难度扇区的数值配备相应的管制员数量，细化考虑复杂度因素，配备不同等级的管制员。同时，通过前瞻性的管理，预测节假日、复杂天气、空军活动等情况下以及未来几年扇区复杂度的变化，优化管制员配备，做好新学员的分配工作。
4 结束语 扇区复杂度的评定与管理工作对管制中心有效的管理现场管制指挥工作有重要的参考和指导意义。本文从调配难度、空域结构、不可抗因素三大方面，筛选和深入分析的复杂度因素包括：航班量、指令数量、航路航线密度、单双航路航线数量、汇聚交叉点数量、覆盖机场数量、管制移交点数量、空军、天气，提出了扇区复杂度量化计算方法，并以广州管制中心运行三室的现场采集数据进行实例分析，验证基于复杂度的扇区评定与管理的有效性。不足之处在于由于时间有限、采集工作量巨大，扇区复杂度因素权重值的计算数据、关注度的数据采集范围有限，以后的研究工作中要扩大范围，多一些不同层次和级别的研究对象，使数据更贴近日常运行标准。
参考文献： [1] 韩松臣，胡明华，蒋兵. 扇区容量与管制员工作负荷的关系研究[C]. 中国民航空中交通管理人为因素学术研讨会论文集，2000:12-13. [2] F.Vergne.Model Based Simulation of OSLO Air Traffic Control Centre, 2001. [3] LEE K，FERON E，PRITCHETT A R. Describing airspace complexity：Airspace response to disturbances [J].Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2009, 32(1): 210-222. [4] 王莉莉，贾铧霏. 基于复杂度的空域扇区划分[J]. 南京航空航天大学学报，2017， 49（1）：140-146. [5] 张琼方.基于管制员复杂度的扇区繁忙等级划分研究[D].南京：南京航空航天大学，2014. [6] 盛旻旻.浅析扇区开放与合并时机[J].空中交通管理，2011.5:15-17.
论文作者:谈伟1, 盛旻旻2
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/11/1
标签：扇区论文; 管制论文; 复杂度论文; 航路论文; 空域论文; 因素论文; 航班论文; 《科技中国》2017年7期论文;