試論動態空域扇區劃分管制員指派優化

黃昱斌

摘 要：通過構建動態扇區劃分管制員指派教學模型，以訓練成本最小化為目的，利用MATLAB、LINGO等工具，通過空間集合抽象管制員管控扇區的扇區變動前后位置關系，從而量化指派成本，并在此基礎上提出相應的減少訓練成本措施，從而優化動態空域扇區前置準備時間。

關鍵詞：動態空域；扇區劃分；管制員指派

前言

在國外空管界中，特別注重對空域扇區邊界動態調整，滿足交通流動態的變化需求，在我國民航局中，為滿足交通管理的發展需求，也逐漸加大了對動態空域規劃技術的重視力度，但目前，我國對這方面的研究僅僅局限于白天交通流比較大或者夜間交通流比較少的固定扇區開合扇，還沒有根據天氣變化情況及交通流動態對扇區邊界進行改變，造成這種現象的主要原因之一是，扇區邊界動態變動使得管制員對改變后的空域情況不太了解，從而增大了管制安全風險。為改善這種情況，需要根據交通流時空分布重復規律，對空域進行規劃，然后通過訓練組織實施動態邊界扇區的改變。由于管制員是空域扇區邊界調整的重要環節，指派管制員合理時，能有效地減少訓練成本，提高動態扇區邊界的調整效益，下面就動態空域扇區劃分管制員指派優化進行分析。

1 管制員指派優化模型

1.1 問題描述

在扇區沒有變動之前，設有n個管制人員對n個基準扇區進行管理，由于我國推行的雙崗制，因此，總管制員數為2n；設扇區變動之后，有m個管制人員對m個基準扇區進行管理，其總管制員數為2m，則扇區數量有m>n、mn時，說明扇區數量增大，其人力資源成本也會增大，額外增加的總人數為2（m-n），這些人員屬于戰略儲備人員，需要得到更多的訓練；當m≤n時，說明扇區數量沒有改變或者減少，其人力資源成本會減少。為有效地簡化問題，設定在崗的管制員和戰略儲備人員都有管制制造，都可以上崗，同時設定管制單位存在充足的上崗資質人力資源儲備。

為有效地減少情境意識失控風險，需要在存在邊界變動的扇區對管制人員進行訓練，假設邊界變動前，第i組的管制人員所熟悉的空域扇區為s（Vi），邊界變動后，第i組管制人員熟悉的空域扇區為s（Vj），而在第s（Vj）中，第i組管制人員熟悉的空域扇區為Vj1，不熟悉的空域扇區是Vj2，通過建立模型，來指派管制員到合理的空域扇區，從而最大限度地降低訓練成本。

1.2 標準化處理指派數學模型

在管制員指派過程中，存在m>n、mn、mn時，集合X1={xn+1…xm}屬于虛擬扇區，因此，將這些虛擬扇區設定在研究目標之外，設邊界變動后的扇區用集合Y={y1，y2，y3…yn+1…ym}表示；當m

2 指派成本量化

2.1 單位體積訓練成本

管制員對熟悉的空域單位時間訓練成本為μ1，對不熟悉的空域單位時間訓練成本為μ2，其中μ1>μ2；管制員熟悉空域單位體積需要的時間為ɑ1，對不熟悉空域單位體積需要的時間為ɑ2，其中ɑ1>ɑ2，因此，管制員對熟悉空域單位體積需要的訓練成本λ1=ɑ1·μ1，對不熟悉空域單位體積需要的訓練成本為λ2=ɑ2·μ2。

2.2 不同位置關系訓練成本

原來的基礎扇區空間體積用Vi表示，變動后的扇區空域體積用Vj表示，Vi和Vj之間的關系有以下幾種情況：

（1）Vi和Vj相交，但不相互包含對方，即 ，其中Vj1表示第i組管制員熟悉的空域體積；Vj2表示第i組管制員不熟悉的空域體積，Vj1+Vj2=Vj，其指派成本為Vj1λ1+Vj2λ2。

（2）Vj包含Vi，即Vj？勱Vi，其指派成本為Viλ1+（Vj+Vi）λ2。

（3）Vi包含Vj，即Vi？勱Vj，其指派成本為Vjλ1。

（4）Vi與Vj相互重合，即Vi=Vj，其指派成本為Vjλ1。

（5）當m>n時，集合X1={xn+1…xm}屬于虛擬扇區，這些虛擬扇區和當前的基礎扇區與變動后的扇區沒有重疊，在調配戰略儲備人員過程中，其訓練成本均按不熟悉空域進行計算，目標空域直接決定訓練成本，其訓練成本為Vjλ2。

（6）當m

2.3 指派成本

根據以上分析，得出指派成本Cij表達式為：

3 分析模型及減少訓練成本的措施

3.1 模型分析

根據指派成本量化表達式，建立標準指派模型，并利用MATLAB或者LINGO進行求解，其計算結果表明，隨著交通流的減少，扇區數目逐漸變少，而管制員的管制扇區逐漸變大，同時Vj2λ2也逐漸變大，這符合夜間合扇的情況，但由于夜間交通流比較小，管制人員經常會忽略扇區空域變化引起的空域情境，從而增大了安全事故的發生率；隨著交通流的逐漸增大，扇區數目逐漸變大，而Vj2λ2沒有明顯的變化，但對于管制員而言，戰略儲備人員的訓練成本遠遠高于在崗管制員的訓練成本，訓練成本高、時間長、風險大，從而導致動態扇區變動沒有得到靈活的應用。

3.2 減少訓練成本的措施

為有效地減少訓練成本，可以采用以下措施：

（1）準確預測未來交通負荷。（2）在特殊時段建立動態扇區變動預案。（3）最大限度指派管制員對熟悉的空域。

4 結束語

通過構建管制員指派模型，并以管制空間位置變化關系為基礎，實現訓練成本量化，從而得出減少動態扇區前置時間和管制員訓練成本的措施。但本模型僅僅是從熟悉空域體積及不熟悉空域體積這一方面衡量訓練成本的，還不太完善，這就需要在未來從空域復雜度的方向衡量其訓練成本。

參考文獻

[1]葉志堅，王莉莉，荊增強，等.動態空域扇區劃分管制員指派優化方法[J].數學的實踐與認識，2014，44（5）：80-84.