关键词：测量方法、欧洲空域、调整密度、复杂性指标、相互作用
引言
空中交通复杂度需要根据相关时间或者地理特征以及具体应用上的不同而分别采用不同的方法来检测。例如：在某些研究中，利用检测空管员实时的心理负荷评估复杂度；而在另外一些研究中，会利用检测一些相对客观的参数值，比如某一控制中心某一时刻所管制飞机的数量与空域容量的比值。事实上，当前并不存在一个对空中交通复杂度的统一检测方法，而只有在某一个特定背景下、出于某一特定目的对空中交通复杂度进行检测才是有意义的。
一、复杂性指标研究的背景
由于空中交通的复杂度有多种内涵，它需要根据相关时间或者地理特征以及具体应用上的不同，而分别采用不同的方法来检测。因此它只有在某一个特定背景下、出于某一特定目的的研究才是有意义的。鉴于我国空域的局限性，我们选择欧洲空域，结合欧洲空管的研究资料进行研究[1]。
二、复杂性研究的方法
2.1 坐标网格法
制图投影的选择可以尽量减少地球的曲率失真。最佳投影的选择取决于应用程序。在空中交通领域，阿尔伯斯平等投影已被广泛使用。这一投影确保所有的单元格拥有相同的体积。
根据投影来计算ANSP指标值，第一步是确定哪些单元格属于那个ANSP;每个单元格只能属于一个ANSP。跨越区域边界的单元格数据分配给该单元格的中心点无论横向还是纵向所在的ANSP。使用相关单元格的数据来计算每个ANSP的值[2]。同样的过程运用于区域管制中心。
2.2 相互作用法
相互作用是复杂性概念的关键。它是对几架飞机在同一地区同一时间产生复杂性的体现，特别是这些飞机在不同的飞行阶段，有不同的航向或不同速度的时候。
相互作用要求相应的两架飞机必须同时存在于同一单元格内。由于是从宏观的角度，这只是潜在的相互作用而非实际的相互作用。评价指标的目的并不是在于获得某一天的实际相互作用数，而是从交通流量中获得可能的相互作用数。而且该飞机在该小时内可能会随时穿过单元格。
2.3 调整密度法
交通密度是指在对给定的容积、给定的时间内对交通量的衡量。初始密度是飞机数量（或飞行小时）与容积的比值 ，调整密度比初始密度更加具体明确。
调整密度是相互作用小时数和飞行小时数的比值，即：
调整密度=相互作用小时数/飞行小时数
相互作用小时数是通过增加ANSP/ACC相关单元格内相互作用的持续时间来计算的。这时再除以ANSP/ACC中的总飞行小时就得到调整后的密度指标。
欧洲系统值是每飞行小时内大约有0.11小时的相互作用。
这个结果也可以被认为是每次飞行的相互作用。这个值代表了穿越ANSP/ACC空域可能相遇的飞机相互作用的平均值（即目前的飞机数量在同一单元格内）。
集中度进一步提供了交通是如何在空间和时间内分布的信息。
集中度＝调整密度/初始密度
集中度可能是由于一系列的因素，例如：交通需求的地理分布，每小时的流量分配或空域临近的军区。如果一个空域具有较高的调整密度和低集中度，表明交通是比较均匀分布的。
高集中度也能反映有些空域是没被使用的，这可能是因为它们是出于军事目的而关闭，或者因为没有交通需求。高集中度也能通过时间反映交通的不均匀分配，比如交通的季节性变化和/或一天内的交通变化[3]。
2.4 垂直相互作用法
垂直差异相互作用流（VDIF）指标是对不同飞行阶段的航班相互作用复杂度的测量。它是以每飞行小时内可能的垂直相互作用持续时间来表示的。
如果两架飞机同时在一个单元格内而且在不同的高度（爬升－巡航－下降），那么它们就被认为有垂直上的相互作用。每架飞机的状态是指它进入单元格那一刻的状态。如果飞机的爬升/下降率小于每分钟500英尺，那它就被认为是巡航状态。
2.5 水平相互作用法
水平差异相互作用流（HDIF）是对不同航向的飞机之间相互作用复杂度的测量，它是以每飞行小时内可能存在的水平相互作用持续时间来表示的。
水平相互作用是指两个不同航向的飞机同时存在与一个单元格内。计算中所用的航向是指飞机进入单元格时所保持的航向。如果两架飞机之间的航向差异大于20°，就被认为他们之间有相互作用 。
例如：在图2-1有五架飞机在进入单元格。评估它们之间的水平相互作用就是评估每两架飞机之间的航路夹角是小于还是大于20°，而飞机在单元格内的高度和状态在该方法下是不予考虑。
当飞机（a）和飞机（b）之间的航路夹角小于20°，它们之间被认为是没有相互作用的。当飞机（a）和飞机（c）之间的航路夹角大于20°，它们之间有一个潜在的相互作用。飞机（a）和飞机（d）同飞机（a）和飞机（e）一样，被认为是潜在的相互作用。因此，飞机（a）有三个潜在的相互作用。
4.6 速度相互作用法
速度差异相互作用流（SDIF）指标是对拥有不同速度飞机之间相互作用复杂度的测量，它以每飞行小时内可能存在的速度相互作用持续时间来表示的。
当两架飞机之间的速度差异大于35节时，就被认为他们之间存在速度相互作用。计算中所使用的速度是指BADA性能图表所给出的该机型在单元格中心飞行高度层的速度值。
SDIF=速度相互作用小时数/飞行小时数
欧洲系统的SDIF值大约是每飞行小时内有0.03小时的速度相互作用时间。
三、总结
上述指标结果所显示的都是每个ANSP的平均复杂度。而且，这些指标值最初都是由EEC和SDER估算的。 EEC使用的是由复杂性和容量项目（COCA）开发的快速时间复杂模拟器，COLA V0.7（复杂光分析仪）。SDER使用自己的模拟器复制EEC的结果对其交叉检测，并提供数据的敏感性分析[4]。
本文的主要结论和研究成果包括以下几个方面：
1、提出了相互作用的概念
相互作用是指几架飞机在同一地区同一时间产生复杂性的体现，然后我们从数学角度，根据飞机在区域内的时间来计算它们之间的相互作用，来给我们提供了数据依据。
2、调整密度和集中度的研究
调整密度充分考虑到了交通量的均匀度，结合集中度的计算，建立了“先分析调整密度，再分析集中度”的方法，为空域内飞机的均匀分布与否提供了依据。
3、对空域内飞机之间存在的几种相互作用进行分析研究
垂直相互作用、水平相互作用、速度相互作用分别在各自角度对空域内航空器的飞行阶段、航路结构、空域结构进行了分析，从而显示了空中交通的复杂性。
参考文献
[1] Air traffic complexity indicators & ATC sectors classification
Christien, Raphaël; Benkouar, Azzedine; Chaboud, Thomas; Loubieres, Pierre Source: AIAA/IEEE Digital Avionics Systems Conference - Proceedings, v 1, p 2D31-2D37, 2002。
[2] 何毅,董德存: 空中交通复杂度参数模型与空域状态预测，软件导刊，2007年15期。
[3] 姚玲: 空中交通拥挤评价方法研究，中国民航大学学报, 2008。
[4] G.M Flynn,C.Leleu,and L.Zerrouki. Traffic complexity indicators and sector typology analysis of U S.and european centres. Tech-nical report,Eurocontrol. 2003。
论文作者:易阳
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
标签：相互作用论文; 飞机论文; 交通论文; 空域论文; 密度论文; 复杂度论文; 复杂性论文; 《科技中国》2018年4期论文;