郭武峰
中国民用航空西北地区空中交通管理局 710082
摘要：本文在Reich模型的基础上，对雷达管制期间空域中的安全问题进行分析，针对有侵入区、无侵入区两种状态下管制员是否干预的问题提出两种模型方案，最后通过实例分析，对模型中的各项参数信息进行分析，探究适合我国空域要求的平行航路，并在两种方案下对管制员干预的数值进行了探讨。
关键词：平行区域；导航航路；安全性
引言：空域容量与空域结构修改关系较为紧密，需要借助一系列技术对空域结构进行修改和研究，空域领域对建议系统安全性的评估是保障交通安全的重要内容。对此，本文重点针对平行区域导航线路安全性进行分析和研究，在平衡航路中有侵入区、无侵入区两种形势下管制员的飞行冲突干预模型。
碰撞风险模型的构建
根据国际民航DOC9689以及相关文献中的内容，构建出Reich模型，科学高效的解决了碰撞风险问题。该模型的设计理念在于，将每架航空器看成一个长方形盒子，长度为x，宽度为y，高度为z。当飞机在行驶过程中，两个飞机相撞的风险从数学角度来看相当于1个点与1个尺寸为x，y，z的盒子间的相撞风险，每个单位时间内的碰撞频率用C来表示，则可以列出以下公式：
1. 
式中，Nx代表的是在x方向中间隔低于x的频率；Px代表的是在x方向上，失去间隔的概率方向，包括横向、纵向、侧向；航空器在飞行过程中，每经过一小时预计发生碰撞的数量可用C表示，用公式可进一步表达为：
式中，Sy代表的是平行航路之间的侧向间隔；Py（Sy）代表的是横向相邻两个航路中的侧向重叠概率；x代表的是航空器平均宽度；y代表的是航空器的平均长度；z代表的是飞机平均高度；△V代表的是相同方向、相同高度的情况下，两架飞机顺着航路飞行的平均速度；Px（0）代表的是在相同高度飞行状态下，航空器垂直重叠的概率；V代表的是同一架飞机的平均低速；Sx主要作用是对Ey的纵向距离进行计算；Ey（opp）代表的是相同方向、相同高度的两条相邻航路中，与飞机中心长度相符合的2S段内飞机平均数量与总体比值；Ey（same）代表的是相反方向时的比值关系；
为了对相同高度、相邻航道中两飞机之间的侧向间隔丧失概率进行计算，构建了侧向碰撞风险模型。在实际飞行过程中，Py（Sy）可采用以下公式进行计算获得：
式中，y1代表的是飞机在平行航路中与中心线之间的侧向偏移距离；Sy代表的是平行航路之间的距离；fy（y1）代表的是飞机侧向偏离的密度，如若能够计算出该距离，便能够对侧向重叠的概率进行计算，用Py（Sy）表示；fy（y1）利用飞机的RNP类型与飞机偶然导航错误激发大偏离概率。在正常与非正常情况下，总概率的密度存在较大区别，可通过相关理论与实际飞行情况来确定[1]。
2.管制员干预频率计算模型的构建
为了提高空域容量，在满足雷达管制间隔的基础上，共计设计出两种安全的飞行方案，具体如下：一种是在不设置非侵入区的基础上，由管制人员负责监控，确保两条平行航路中的飞机间具有安全的间隔；另一种方案是设置非侵入区，由管制人员确保两条平行航路中的飞机不可进入其中。
方案一模型构建
当两个飞行器之间的间隔低于安全管制距离时，需要发挥管制人员的力量，对飞行器进行干预，此时管制者可在Reich模型的基础上实现。在纵向与侧向间隔均形成长方形盒子时，需要管制员干预的次数为Gy，可将其看成是n个相同层次飞行碰撞的总和，用以下公式表示：
（1） 
方案二模型构建
当某两个飞机的RNP相同时，长度均为L，高度层为n时，飞行器处于平行航路状态下沿着相同方向飞行。以每小时有Nph架飞机进行计算，在平均飞行流状态下，每间隔60Nph分钟便会有1架航空器经过该平行航路段。由于飞行流具有连续特征，在非侵入状态下，需要管制员的干预以每小时的初始状态为基准，与上文研究相结合后，可将初始状态的平均飞行数量设置成L/（V/60）次[2]。该模型只是在正常状态下实施，与上文公式相结合，1架飞机在平行航路中飞行宽度设置为W，非侵入区域的概率可用公式表达为：
（2）
3.算例分析
本文以北京到上海的飞行航路为例，目前两地上方的飞行量已经处于饱和状态，需要利用区域平行航路的方式，增加航路容量，提高安全性。一般情况下，在采用平行战略时会由管制人员对负荷、碰撞风险等进行干预与评估。
3.1相关参数与碰撞风险
根据标示值，应确保平行航路系统中的Ey小于0.264，才可使标示值低于国际民航安全目标。从当前航路流量现状来看，在采用雷达管制以后，航路中的失衡效果逐渐减少，Ey的实际值也逐渐低于国际民航安全标准。在对Ey的数值进行选择时，飞行时间每过一小时，需要对碰撞数量与航路间的距离关系进行分析。要想使系统的利用率得到提升，则碰撞频率将会随之提高，为了防止碰撞频率的提升，则需要最大限度的降低Px的数值。在目前导航技术装备不断先进的背景下，Py（Sy）在侧向导航精度方面已经逐渐降低，但是Sy的数值仍然较为重要，能够对Py（Sy）产生较大影响，在此情况下，对Sy的值进行计算显得十分重要。要想在提高系统利用率的基础上，符合安全目标的要求，可将Sy的值取16n mile，即可达到最佳应用效果。
3.2管制员的干预
当全部飞机中均具备RNP4导航能力的前提下，在同一高度中具有两条相同的平行航路，飞机沿着相同的方向飞行。在此情况下，Srad的数值为10千米，a1的数值取1.016，然后对管制人员干预与航路之间的间隔联系进行分析，对上述两种方案进行对比分析。此时，可取Ey的数值为0.2，根据上文公式，当雷达管制的距离间隔为10km时，在不设置非侵入区域的情况下，管制人员大约每小时需要干预的频率为Gy，该数值与航路间隔之间的关系可用曲线图来表示。与此同时，需要对系统在9000m到12000m之间存在的六个高度层进行分析，也就是当n的数值为6、Sy的数值为16n mile，Ey（same）的数值为0.2时，管制人员每小时的干预频率应为1.1189×10-4[3]。
在设置非侵入模式的情况下，管制员的干预需要符合以下要求，即平行航路的纵向距离为100n mile，每小时将飞行25架飞机，Ey与n的取值分别为0.2与6，此时管制人员干预处于偏离模式，飞机在航路期间的4n mile内为非侵入区域，通过计算对上述两种飞行方案进行对比得出：当飞行间隔为10n mile时，干预量为9.2928；当飞行间隔为10n mile时，干预量为9.2928；当飞行间隔为12n mile时，干预量为3.4279；当飞行间隔为14n mile时，干预量为1.2979；当飞行间隔为16n mile时，干预量为0.4850。
结论：综上所述，本文针对我国北京到上海的平行区域航路进行分析，对碰撞风险、间隔确定等问题进行研究，并提出两种管制员干预方案，得出了雷达管制间隔，在设置与不设非侵入区的情况下，需要管制员对飞行冲突进行干预的计算模型进行构建，并进行了相关计算。
参考文献：
张晓燕, 陈亚青. 区域导航技术下的平行航路侧向重叠概率的研究[J]. 实验科学与技术, 2014, 12(5):42-44.
隋东, 王炜, 左凌. 基于DME/DME的区域导航航路导航性能评估方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2006, 6(4):24-28.
[1] 刘渡辉, 帅斌, 王大海,等. 区域导航航路和进离场程序设计分析与仿真[J]. 交通运输工程与信息学报, 2006, 4(3):123-127.
[2] 姓名：李晶晶（1995.04 .25 --）；性别：女，籍贯：河北省邯郸市大名县，学历：本科生，毕业于北京工业大学，研究生在读于北京交通大学；现有职称：无；研究方向：工业设计工程；
[3] 单位及邮编：；
单位所在地：北京市海淀区上园村3号
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论文作者:郭武峰
论文发表刊物:《科技新时代》2019年2期
论文发表时间:2019/4/11
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