民航华东地区空中交通管理局 上海 200082
摘 要
近几年来，随着航空运输的不断发展，我国的空中交通系统面临越来越严重的空域和机场拥挤，并因此造成了较大的经济损失和引起了事故隐患。空中交通网络的拥挤，其原因主要是由于机场、终端区、航路交叉点的容量限制造成的“瓶颈”现象所致。其中区域容量的限制因素对空中交通网络的拥挤影响颇大。国外对于区域容量的研究开始于70年代，建立了一些区域容量评估的模型，但很多模型过于理想化，而无法运用到实际情况中来。国内关于区域容量的研究开始于近几年，取得了一定的成绩。本文在原来研究的基础上，考虑了许多实际因素，建立了实际空域容量评估的方法，并以此为基础，实现了空域容量的评估。
关键词：空域容量；区域容量模型评估；容量改善
引言
国民经济的腾飞，带动和促进了我国交通运输业的快速发展，民航业是交通运输体系的一个重要分支，中国民航客机的数量也将大幅增长，2020年预计达到3000架。目前国内很多区域的高空容量已经接近饱和，对区域容量进行改善来满足日益增长的流量是重要的改善措施。
1 空域航路容量模型及其影响因素
1.1基于平均飞行速率的模型
基于平均飞行速率的模型是最简单的一种模型。设 为所有使用某一高度层t的飞机的平均速度，S为最小飞行间隔， 为该航路上某一高度层t的容量，C为航路容量。则
其中k表示该航路可用高度层的数量。由于高度层不同，航空器类型会有所不同，一些类型的飞机由于本身性能的限制将无法使用较高的高度层;对于相同的航空器，在不同高度层上其巡航速度也会有所差别。为了与实际情况相符合，还要对上述的S进行修正。上述S为空管规定的最小安全间隔，但是如果将航空器在航路上的飞行看成是一个飞行流的话，其中任意一架航空器相对位置的改变将使间隔小于最小安全间隔，而造成航空器相对位置改变的原因有很多，如阵风、晴空颠簸等。可见，如果按该标准计算容量的话，发生小于管制间隔要求的概率约等于1。在实际工作中，管制员个人对飞行安全间隔有个人的衡量。对于熟练的管制员而言，他更接近规定的最小间隔标准，而对于生疏的管制员而言，和最小间隔之间会有一定的差距。我们将 定义为某一地区管制员实际管制间隔高于标准最小安全间隔的平均水平，则航路容量的公式转变为:
1.2不允许超越情况下的模型
假设飞机的飞行速度在 ，到 之间变化， > ，航路长度为L，最小间隔为S。假设一架速度为 的飞机A飞过航路入口点之后，有一架速度为 的飞机B要进入航路，则为了使两架飞机在航路中始终保持所需的间隔，第二架飞机需在第一架飞机飞过航路入口点后时间为T时才允许飞进航路。T应该有一个最小值，下面我们计算T值。
2 航路交叉点的容量模型
航路交叉点的容量模型是所有航路容量模型中最为复杂的模型。它不仅要考虑本航路的容量，还要考虑其他航路对该航路容量的影响。航路交叉点的间隔有多种:一种是在交叉点采用高度间隔，这在我国是经常采用的一种形式，特别是在终端区内的交叉点，对于通过交叉点的两条航路routel和routeZ往往规定航空器以低于某一高度层通过routel的交叉点，而以不低于同样的高度层通过routeZ的交叉点，这种情况下交叉点影响的是航路高度层的占用，比较简单;另一种情况是航空器占用两航路的同一高度层通过交叉点，下面来讨论这种情况:
l)首先考虑该交叉点所在的区域处于交通饱和状态，即对于过交叉点的两段航路的入口来说，有连续不断的进入请求的情况。在这种情况下，容量的计算是通过计算经过交叉点的任意两次飞越的平均间隔时间，即选择交叉点作为容量估计的参考点。它需要计算两次连续越过参考位置飞行的间隔时间。这个间隔时间就是这架飞机占用该交叉点的平均时间，用 来表示，其中:
i表示第一架穿越参考位置的飞机的类型(领头飞机):
j表示第二架穿越参考位置的飞机的类型(尾随飞机);
k表示经过交叉点的两条航路共同的某一高度层;
m表示第一架飞机的入口点;
n表示第二架飞机的入口点;
假设出现在入口点m的飞机类型与出现在入口点n的飞机类型互不相关，出现在同一入口点的飞机类型互不相关。但是在不同的入口点，飞机的类型可能不一样，即飞机的类型可能依赖入口点。
2)定义 为下列条件下的概率
， 是m, n点处的相对流量密度；
， 为入口点m, n处i, j类飞机所占的比率；
这样，参考位置的平均间隔时间可由下式算出:
如果存在多个交叉点，且均采用水平间隔，分别求出每个交叉点在某一高度层上的容量，取其中的最小值，该最小值即航路在该高度层上的最小容量C*。再将所有的高度层容量加起来，即该航路容量。要注意的是，需要求出每个高度层上的每个交叉点容量的最小值，这是因为对于不同的高度层，交叉点容量的最小值可能不在同一个交叉点取得。
3 相邻管制区或管制扇区对航路容量的影响
上面我们考虑的主要是单个管制区或管制扇区内的情况，相邻管制区对该管制区内航路容量也是存在影响的。主要是两个方面的影响。
(1)上面采用的间隔为本管制区内的最小管制间隔再加上管制员人为增加的间隔裕度，但是对于航路入口而言，仅仅满足本管制区的最小管制间隔是不够的，航空器要进入本管制区首先要满足上一管制区的间隔，如果上一管制区的管制间隔大于本管制区的管制间隔，则应采用上一管制区的管制间隔，从而使本管制区的航路容量变小。
(2)相邻管制区对本管制区还存在高度层上的影响。如果上一管制区的可用高度层数量要小于本管制区的可用高度层数量，这时上一管制区的高度层将成为限制因素。当然航空器要顺利的移交给下一个管制区，下一管制区的高度层数量也是限制因素。
4 小结
本文通过建立区域容量评估模型和算法，详细介绍了在各种飞行状况下对于区域航路上容量的一些计算方法和考虑的变量，为区域的空域容量评估打下基础，也能为区域提升容量找到改善方法。
论文作者:肖云聪
论文发表刊物:《科技中国》2016年7期
论文发表时间:2016/10/19
标签：航路论文; 管制论文; 容量论文; 交叉点论文; 间隔论文; 高度论文; 飞机论文; 《科技中国》2016年7期论文;