基于協同決策技術的空中交通流量系統的設計

摘 要：隨著我國民航業的發展，空中交通流量增長迅速，由此造成的空中交通的擁堵現象越來越嚴重，流量管理的優化越來越有必要。該文介紹了民航協同決策多級流量管理的概念，對美國、歐洲、日本等空中交通流量管理發達國家和地區使用協同決策的多級流量管理系統的情況進行了介紹說明，根據我國的空域管理情況以及現在流量管理存在的問題，選取協同決策為主要技術手段，設計出了適合我國的空中交通流量管理系統，對流量管理進行了優化，并對其在中國的進一步發展提出了建議。

關鍵詞：協同決策 空中交通流量管理 多級流量管理系統

中圖分類號：V35 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0059-02

在現代的空中交通管理中，為保證空中交通管理系統安全穩定的高效運行，需要對流量進行控制和規劃管理，這就是空中交通流量管理（ATFM， air traffic flow management），所建立的流量管理系統就是空中交通流量管理系統（ATFMS， air traffic flow management system）。

目前，在我國建設全國空中交通流量管理系統勢在必行，研究空中交通流量管理系統流量管理的理論與方法也是當務之急。介于國外流量管理系統以及相關技術的研究與應用已取得很大成果，因此，我國可以借鑒國外已有的經驗的基礎上，開展對基于協同決策技術的流量管理系統的研究具有重要意義。本文在美國、歐洲、日本空中交通流量管理系統的基礎上，結合我國流量管理中存在的實際問題，設計了我國的協同式空中交通流量管理系統。

1 我國協同式空中交通流量管理系統的現狀以及存在的問題

我國與美國在有很多地域和發展歷程上的相似性，我國國土面積是960km2，美國國土面積937萬平方公里，但在空域的開放度方面存在較大的差別，跟據國際航空運輸協會（International Air Transport Association， IATA）估計，美國只有不足7%的空域是限制使用的，其中包括白宮周圍的空域，大多數歐洲國家軍民飛機也可以共享空域。但在我國，我國民航只能在20%左右的空域進行80%左右的飛行作業，在航路外的管制指揮由軍航實施，在航路內的管制指揮由民航實施。

隨著我國民航業的迅速發展，一系列的問題也開始凸顯出來。

（1）我國的流量管理系統還沒有一個具體固定的系統結構。

由于我國流量管理起步比較晚，目前尚未建立起一個全國性的空中交通流量管理系統，不能協調全國各區之間的流量時隙分配與規劃。基于協同決策技術的協調機制要在區級流量管理單元以及終端區流量管理單元上建立各自的協同決策席位，同時需要在流量管理中心處建立一個協同決策中心協調席位。

（2）軍民航之間缺乏溝通。

在我國，軍航和民航目前沒有互相之間進行充分的信息共享，各自指揮自己的飛行，當空中在進行軍事演習時，加上本身民航空域范圍領域就很小，由于軍事演習活動， 民航空域的機動余度就變得更小了，航班經過的相關空域就無法使用，所以，從該區域經過的航班會發生擁擠情況。

（3）流量管理缺乏統一協調。

與協同決策的理念相比，我國的流量管理還帶有很強的隨意性，管制員在進行流量管理時，都是經驗優先，沒有具體的統一標準，相鄰管制單位之間缺乏統一全面的協調，在相鄰管制單位間的流量限制不盡合理的現象始終存在。

（4）天氣原因導致的航班延誤。

盡管航空器現在都配備了先進的導航設備，但是，由于低能見度、臺風、雷暴天氣等惡劣天氣的存在，仍然給空中交通的飛行造成了極大的影響。

（5）各層級結構之間信息共享程度低。

空中交通流量信息集成與分析存在一定的不足，對于航班信息、雷達信息以及飛行動態等信息一般都具有獨立的管理系統，缺乏綜合空管信息系統的建設，很難在整體上對空中流量進行有效的控制。

2 協同式流量管理系統架構圖的設計

為了解決以上問題，鑒于我們國家實際情況以及存在的問題，不可能完全模仿歐洲以及美國的流量管理模式，這些民航發達國家對航路的靈活使用，對軍民航的共同使用空域以及將流量管理中心作為空域使用的最高決策機構等條件，我國短時間內還不能具備。因此，只有充分依靠我們自己的力量，在適當借鑒歐美的先進經驗和概念的基礎上，確立自己的發展思路，引進已經成熟的技術手段，建立好一個適合我國當前國情和今后發展方向的流量管理體系。

綜上分析，可以將我國空中交通流量協同管理系統的組織框架設計為三層：第一層，全國飛行流量管理中心；第二層，區域飛行流量管理中心（按七大管制區劃分）；第三層，終端區流量管理中心。其架構圖如圖1所示。

各層管理機構在我國協同式空中交通流量管理系統中的地位和作用如下：

第一層，國家級飛行流量管理中心。

國家級流量飛行管理中心的作用主要是：

（1）接收各區域級流量管理單位上報的空域容量結構預案以及流量管理預案，對全國的空域容量以及流量的動態變化進行監視。

（2）審核、發布或制定區域流量管理單位跨區的流量管理措施，監視發布的流量管理措施并適時取消或者修改方案，當區域級流量管理單位之間發生跨區域沖突事件時，及時進行協調。

（3）為軍民航的協同決策提供平臺，與軍民航飛行單位協調飛行流量問題，協同制定全國流量管理方案，在遇到突發事件時，能夠建立起應急預案。

（4）根據區域流量管理單位提供的航班時刻表預測未來空域流量，根據現行的空域結構、未來的天氣變化趨勢、軍航活動的影響情況，對各大機場、重要航路交義點、航路、區域等監控點的容量和飛行流量變化進行預測，來調整空域結構，制定流量管理方案，并將這些方案進行及時通知各級流量管理單位，實現對全國流量的有效管理。

第二層，區域飛行流量管理中心。

區域級流量飛行管理中心的作用主要是：

（1）接收各終端級流量管理單位上報的空域容量結構預案以及流量管理預案，并將其提交至國家級流量管理單位。

（2）根據現行的空域結構、未來的天氣形勢、軍航活動影響情況及時對本地區內的除終端級以外的各個扇區接受率進行預測，并對本區域的空域容量以及流量的動態變化進行監視。

（3）根據國家級流量管理單位審核的空域結構調整方案、流量管理方案對未來扇區接受率進行調整。

（4）將國家級流量管理單位審核通過的本地區內各個終端級流量管理單位管轄范圍內的各個機場、扇區接收率轉發至終端級流量管理單位。

（5）根據國家級流量管理單位審核通過的本地區內各個終端級流量管理單位管轄范圍內的各個機場、扇區接收率、航班時刻表，利用CDM協同放行系統對本區域內的非受控航班進行排序工作。

第三層，終端區飛行流量管理中心。

終端區流量飛行管理中心的作用主要是：

（1）接收本終端內各個機場塔臺和進近流量管理單位上報的各個機場、進近扇區接收率，并將其提交至地區級流量管理單位。

（2）接收本終端內各個機場塔臺和進近流量管理單位上報的空域結構調整預案、機場跑道運行調整預案及流量管理預案，并將其提交至地區級流量管理單位。

（3）根據現行的空域結構、未來的天氣形勢、軍航活動影響情況及時對本地區內的除終端級以外的各個扇區接受率進行預測。

（4）根據國家級流量管理單位審核的空域結構調整方案、流量管理方案對未來扇區、機場接受率進行調整。

（5）將地區級流量管理單位審核通過的本終端內管轄范圍內的各個機場、扇區接收率轉發至機場塔臺和進近流量管理單位。

通過對架構圖的設計，將流量管理的思路從“被動式”的戰術管理方式向注重“主動式”預戰術甚至戰略管理的管理方式轉變，通過協同式交通流量管理系統框架圖的設計，可以最大限度提高航班準點率，減少機上等待時間，優化運行，最大限度的減少延誤，增加與軍方的交流溝通，減少由于軍方活動造成的航班延誤，通過信息共享，使各方都能參與到決策中來，使各方的利益最大化。

3 對未來系統發展的建議

（1）協同式流量管理系統的實現對需要各種自動化工具（決策支持系統）的支持，因此要提高我國流量管理自動化水平。

（2）我國民航空域的開放度不夠，應加強與軍方的溝通，開放更多的空域，將空域的自由度進一步擴大，提高空域的利用效率。

（3）加強各級流量管理單位子系統的建設和各種功能模塊以及輔助工具的開發以及應用。

（4）制定CDM協同放行的運行規則，對實施流量管理的部門、職責、 權限工作程序等設立標準的規范要求。

4 結語

該文根據歐美的成功經驗，在分析我國流量管理現狀和分析我國空中流量管理系統中存在的各種問題的基礎上，設計了適合我國實際國情的基于協同決策的空中交通流量管理系統，并對我國流量管理系統的下一步發展提出了建議，指明了方向。我國的流量管理體系建設，必須要進行整體規劃安排，識別流量瓶頸，分清輕重緩急，突出重點問題，打好基礎鋪墊，逐步積累經驗，統籌安排資金，分期建設實施。

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