中国民用航空飞行学院绵阳分院 四川 绵阳 621000
摘要：近年来我国的民航事业迅速发展，空中交通日益繁忙，随之产生了航班延误不断增大，甚至临时取消的情况。因此，开展实时流量预测关键技术研究，实现对空中交通流量的进行实时预测的需求日益迫切。本文在分析传统的流量预测的特点，以四维航迹为核心，展开扇区、机场、定位点三种空域流量预测问题研究，并应用了相应的流量预测算法，实现实时流量预测。
关键词：流量；预测；空域；四维航迹；实时流量预测
引言
随着我国民航事业的迅猛发展，航空器的数量不断增加，经常出现在一年的某些时期、一个星期的某些时间和任意一天的某个时段内，某一扇区、机场、定位点的飞机过于集中，或因气候等其他原因造成该空域的管制单位的管制能力无法应付的局面。同时伴随着国内飞行流量的增加，因流量控制造成的航班延误也在日益增加。流量管制的原因和流量管理诱发的其他原因已成为航班延误的主要原因。在这种情况下空中流量预测也就显示了它在空中交通流量管理中所发挥的重要作用。依靠科学的预测可以使空管部门制定正确的规划和决策。做好了飞机流量的预测，就可以平衡整个地区的空中交通流量，从而达到保持最佳的空域运作效率，减少拥塞及延迟的目的。然而传统的流量预测方法因其不具备实时性，无法在需要预测短时间内的空中交通流量时使用。
流量预测与流量管理
空中交通流量的预测是预计未来在空中交通运输系统内或实施中可能会有多少交通量或客(货)运输量。这个需求量是提出适应未来服务水平所需要的措施，规划空中交通运输设施所需规模的基础。帮助实现空中交通流量管理(ATFM)的主要目的——防止机动飞行区内飞机与飞机、飞机与障碍物之间发生碰撞，加快空中交通流的流动速度，维持空中交通秩序。对于实时流量预测，可以为区域管制部门实行改航措施、调整航路间隔、调整扇区数量、改变扇区流向或调整管制人数，为机场终端区管制部门制定地面等待措施、合理安排进离场次序、调整管制人数提供依据。
四维航迹预测应用于扇区、机场、定位点实时流量预测
概述
1.1实时流量预测不同于长期、中期和短期流量预测，主要是针对未来较短时间（一天以内）某一指定空域一段时间内的空中交通流量的预测，这里所说的“某一指定空域”就是扇区、机场、定位点这一类的相对较小范围的空域，而“一段时间”通常指的是几十分钟。由于实际情况的变化导致计算存在一定的误差，流量预测的时间距离实际时间越接近预测结果也会越准确。
四维航迹生成
1.2四维轨迹合成问题可以看作生成一条从初始点的状态矢量（，，，，）至结束点的状态矢量（，，，，）的飞行轨迹，结束点位于跑道反向延长线上并且与跑道的方向相一致。目前，还难以实现这五个状态变量同时达到最优。因此，要实现一个可行的算法应该把整个拟合过程分成两个子问题来依次解决。即首先是合成从起始点位置和航向至结束点位置和航向的二维水平飞行轨迹(, , )，然后是沿着已知的水平轨迹从起始点速度和高度（，)至结束点(,)的速度剖面和高度剖面。
在航班未起飞前，根据飞行计划的内容，即业载、备降机场、航路选择、速度/高度剖面计算及预计飞行时间、远程飞行计划的二次放行点、最低油量计算、MEL，以及与飞行人员临时协调的飞行计划等因素，运用在第三章中的算法，计算出飞机在整个飞行过程中的水平飞行轨迹和垂直剖面，将其进行整合，生成它的四维飞行轨迹，并在生成飞行轨迹的同时，完成点和时间的对应，即一个位置点对应飞机到达该店的时间。
飞行水平轨迹拟合
1.2.1就典型飞行轨迹的水平航迹来看，飞机通常是直线从一个航路点飞行另一个航路点，然后在这一航路点或该点的附近转弯并跟踪新的航向，接着又将是直线飞行。因此，在直角坐标系统中，任意飞行的水平轨迹可简单地用航路点的(X, Y)坐标来表示，由于飞机不能瞬时完成从一条航线到另一航线的改变，所以还应给定航路点处的合理转弯半径。水平轨迹从起始转弯开始，然后是一个直线航段或者反向转弯，直线航段与转弯航段相互交替直至最后转弯。故飞机的水平地面飞行轨迹应是一系列直线飞行段和圆弧飞行段的组合。
机场实时流量预测
1.3在进行实时流量预测时机场可以被看作是一个点。机场的流量包括两个部分：起飞流量和落地流量，某一特定时段内机场的流量即为这个时段内起飞流量和落地流量之和。根据上文中预测的航班完整四维航迹可直接得到每个航班在起飞机场的起飞时间和目的机场的落地时间，因此预测未来一段时间机场的实时流量，只需将在该时间段内从本机场起飞和在本机场落地的航班数目相加即可。
扇区实时流量预测
1.4由于空域特性的不同，在实时流量预测中扇区不同于机场可以被看作是一个点，而是空间内的一个范围。指定一个扇区，飞机在某点进入该扇区，又从另一点离开该扇区，中间的这段时间飞机就在扇区内活动。因此计算飞机在扇区内的时间只需计算飞机进、出扇区的两个点。又因为在航班事先的飞行计划中已经确定了它所要通过的扇区，所以运算中可以不考虑高度问题。
综上可以把扇区看成是二维空间内的任意闭合曲线（F（x, y）=0），只考虑航班的水平飞行轨迹，求出飞机进、出扇区的两个点就变成了计算飞机的水平飞行轨迹和这个任意闭合曲线的交点。
方程为：
因此在针对扇区进行实时流量预测，其结果就是所有符合上述三种情况的航班数目之和。
小结
伴随着我国航空事业，尤其是民航事业持续、快速的发展，空中交通管理也显得越来越重要，而流量的预测正是空中交通管理的前提和基础。在通过航班的四维航迹进行实时流量预测时，由于计算精度、实际情况等原因，误差问题是避免不了的。然而过多的考虑误差的影响虽然加强了算法的精确性，但是又会增加计算的时间，降低时效性。因此，在实际工作中，对实时流量预测技术的研究应寻求一个误差与时效性的平衡点，使实时流量预测达到更好的效果。
参考文献
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论文作者:张峻嘉
论文发表刊物:《科技新时代》2019年1期
论文发表时间:2019/3/18
标签：流量论文; 实时论文; 扇区论文; 轨迹论文; 飞机论文; 空域论文; 机场论文; 《科技新时代》2019年1期论文;