終端區空域結構優化方法探討

文/戚文娟，中國民用航空華北地區空中交通管理局空管中心

終端區空域結構優化方法探討

文/戚文娟，中國民用航空華北地區空中交通管理局空管中心

在我國空中交通流量日益遞增的態勢之下，顯現出空域結構不合理而導致的空中交通擁堵的現象和問題，由此也引發了人們的極大關注。終端區空域是空中交通極為密集的區域和場所，必須加以科學合理的優化，使之成為飛行安全的保障性前提，要探索適宜于我國終端區空域的航路規劃，采用系統化的方法優化終端區空域結構，較好地提高空域容量，實現空域資源的最大化利用，進而提升整個空域的空中交通服務功能。

終端區；空域結構；優化；方法

近來年，我國的民航事業得到快速而持續的發展，航空運輸量顯現出快速增長的態勢，這就顯現出航空運輸量增長與航空運輸流量分布不均衡的矛盾和問題，再加上我國空域結構存在較大的不合理性，也使空域容量難以滿足空中交通的現實需求，呈現出空中交通擁堵的現象，直接導致空中管制員的工作負荷加大，給航空飛行帶來了極大的安全隱患。為此，要探索系統的終端區空域結構的優化方法，更好地確保我國空中交通的通暢和安全。

1 終端區空域結構優化的研究現狀分析

近年來，國內外學者對于終端區空域的規劃研究較多，在終端區流量優化管理、終端區空域扇區規劃等方面獲得了不小的進步，然而從整體上來看，終端區空域結構的優化方法尚未系統化，為此，應當選取適宜的終端區空域結構優化預測方法，更好地獲悉準確的流量預測結果，并以此作為終端區空域結構優化的前提。

1．1 流量預測研究現狀

目前對于交通流量的預測有多種，如：移動平均法、指數平滑法、回歸分析法、神經網絡預測法等。其中：移動平均法主要是利用分段逐點推移的方式，實現對時間序列數據的處理，探尋其中變化的規律性，并建構和完善預測模型。指數平滑預測法則是基于移動平均預測法而衍生的預測方法。回歸分析法是以交通流量的歷史數據為前提和依據，建構回歸模型，運用數學計算方法，實現對交通流量的合理預測。神經網絡預測法則是利用其優越的曲線擬合能力、學習能力和抗干擾能力，進行流量的預測，然而其缺陷在于對數據的精度要求過高，限制了這種預測方法的應用。

1．2 空域航路規劃研究現狀

在研究空域航路規劃的研究中，要以容量評估為前提和基礎，在進行容量評估的研究中，出現了不同的方法，即：（1）建構數學模型，探討終端區及航路的容量評估問題，然而，這種方法無法給出容量的具體計算方法，難以建立一個能夠精準描述管制區域的數學模型。（2）針對管制區管制員的工作負荷量來評估終端區的容量，然而，這種方法無法評判除了管制員之外其他因素的影響，使其應用受到較大的限制。（3）仿真空域航路的方法。這種方法要依靠先進的計算機技術和網絡技術，在充分考慮各種影響因素的前提下，仿真空域航路的飛行狀態，進而對仿真結果進行分析、統計和計算，從而準確地獲悉終端區的容量。

1．3 空域扇區劃分研究現狀

這是指空域規劃部門將管制空域劃分為不同的扇區，各個扇區對應一個管制席位，以實現對空中交通的指揮、協調和管制，進而較好地確保飛行安全，提高空域容量和利用率。目前的研究重點主要集中在數學模型的選擇方面，如：圖論、遺傳算法、計算幾何、約束的規劃方法等。

2 終端區空域航路網絡結構的優化方法探討

在空中交通量日益激增的態勢下，要為飛行提供相對固定的飛行線路，包括飛行方向、飛行高度、飛行寬度等，并使之在地面通信導航設施的指揮和協調之下，實現安全的飛行。為了保證飛行航路的安全，要避免各機場之間、航線與空域之間的飛行沖突，要合理劃分不同的航空器進出機場的空中走廊，以提升飛行空間的利用率和安全性。終端區空域航路網絡結構的內容包括：等待區、進出走廊口、進場航線、起始航段、中間進近航段、最后進近航段、復飛般段、標準離場航線、塔臺管制區、機場內跑道等。

2．1 終端區空域的優化設計

對終端區空域航路規劃的設計原則主要應當包括以下方面：（1）飛行情況相對復雜的機場附近進場與離場的航線，要設立終端或進近管制區，確保安全高效的空中交通管制效果。（2）終端管制區要提供超過兩個機場的進場及離場飛行管制服務；而進近管制區則提供一個機場的進場及離場飛行管制服務。（3）要實現對飛行起飛及必要的等待空域的管制服務，使起始進近航段與終端管制區相協調一致。（4）終端管制區要與通信、導航、監視、氣象設施等相一致和適應，能夠為區域內所有飛行航空器提供管制服務。（5）終端區管制設計要與飛行程序設計相銜接和一致。（6）終端區的邊界設定不能劃設在航路及航線的側向緩沖區內、航路與航線飛行與進離場飛行之間、航路短距離穿越終端管制區、飛行航空器爬升或下降的航路處等。（7）要充分考慮區域內的空中交通流量、管制員工作負荷、地空通信繁忙情況，實現對管制扇區的合理劃分。

2．2 終端區航路的優化設計

（1）標準儀表離場（SID）和標準終端進場（STAR）的優化設計。要采用不同的航路和等待方式，使空中交通相隔離，避免相互之間的干擾和沖突；要有足夠的超地形余度，并與通信聯絡程序相兼容，能夠在減噪程序的設置之下提供最短的實用飛行航跡；可以適應不同類型飛行在管制空域的不間斷爬升和下降操作。同時，還要使一個機場的標準儀表離場和標準終端進場的設計比例最少。

（2）航路交叉點/進離沖突點的優化設計。在航路設計之初，要盡量減少進離場和航路飛行航空器之間的沖突，可以采用起飛和著陸的設計航路飛行方式。當沖突無法避免時，要使空域能夠具有更大的爬升和下降空間，通過高度的合理控制分隔飛行航空器在同一空域內的飛行。另外，還要注意要保持航路交叉點的分散狀態，避免航路過于集中。并且要盡量規避軍事活動空域，減少空中管制員的工作負荷，確保飛行安全。

（3）其他優化設計。要使各條航路有足夠的超障礙余度，并使相互之間的縱橫向距離有一定的安全間隔；還要盡量限制航路的噪聲污染，使航路能夠保持正常的雙向通信聯絡。同時，還要考慮地基導航臺的布局結構、軍航飛行時空域限制區的位置及結構等。

（4）既有航路網絡的優化設計。要全面熟悉和了解既有航路的網絡狀態，如：導航臺分布、航路定位點、航路數量及其走向、軍用空域的分布及使用狀況等。并在現有空域結構的基礎上，實現對終端區容量的限制、航線負荷的分析，可以通過側向分離、縱向分離、垂直分離的方式，增加空域容量，實現航線分離狀態下的安全飛行。另外，還可以基于對終端區航路流量的預測，臨時增加航路、開設新的走廊、添加飛行等待區域，更好地實現對既有航路網絡的優化和調整。

3 終端區扇區的優化方法探討

終端區空域飛行流量的增加給管制員負荷及空域扇區的合理劃分提出了挑戰，要在優化終端區空域航路網絡結構的前提下，對終端區空域扇區進行合理的劃分研究，以更好地提升終端區空域資源的利用率，減輕管制人員的工作負荷，確保飛行的安全與有序。對于終端區空域扇區的合理劃分，主要可以從以下幾個方面考慮：

3．1 終端區空域扇區的邊界不能設立在航路的交通匯合處，這是由于當航路的交通匯合點與終端區空域扇區的邊界相靠近時，則會使管制員必須在管制轉移或移交之前執行戰術動作，極易引發管制員的操作差錯。為此，要充分考慮這一點，避免管制員的執行錯誤，要為管制員解決沖突提供足夠的時間，應當將終端區空域扇區的邊界設置在距離航路交叉點的10公里之上的位置。另外，終端區空域扇區的邊界還應當以主要航線作垂直平分線，以較好地實現管制員的交接，確保管制無誤和安全。

3．2 終端區空域扇區還應當關注到管制員對于管制的注意力的集中問題，要盡量減少雷達屏幕中的視頻圖像對于管制員的視覺干擾和影響。

3．3 在終端區空域扇區的合理劃分中，還要考慮扇區內飛行航空器的飛行運行狀態，要適應擴大飛行航空器飛行的進場、離場的管制扇區，使之擁有較大的轉彎半徑，可以適宜于飛行航空器的最后進近或盲降操作。

3．4 力求各個終端區空域扇區的管制工作指令單一、準確而簡潔，要使管制員在同一個時間區域內處理一種沖突或執行單一的管制動作，要充分考慮管制員的思考習慣和動作操作習慣，更好地對進場、離場的飛行航空器的管制服務。

3．5 對于終端區空域扇區內的特殊管制區域，如：訓練空域、限制空域等，也不能忽視，而要將其作為終端區空域扇區的管制內容，并在這些特定空域的特殊運行出現時，將該扇區的工作內容進行適當的轉移。

3．6 其他考慮因素。在進行終端區空域扇區的劃分中，還要綜合考慮航路結構、等待航線、扇區內機場及跑道的結構、航路及等待空域的導航容差、管制方式、穿越航路及飛行高度、引導區域、雷達及無線電通信覆蓋范圍、軍方運行等。

綜上所述，終端區空域結構的優化方法是重大的研究課題，為了促進我國民用航空的全面發展，要注重采用優化的終端區空域結構，使空域容量最大化，并全面、綜合性地考慮終端區空域結構的影響因素，預測終端區航路網絡結構與交通流量是否相一致，終端區空域扇區結構的合理劃分是否與管制員的工作負荷相協調，要運用科學的理論方法和先進的計算機信息化技術，實現對終端區空域航路網絡布局的優化，合理劃分終端區空域管制扇區，確保飛行安全。

[1]終端區運行效率評估方法及模型研究[D]． 王鵬鵬．南京航空航天大學 2016

[2]終端區設計與仿真工具開發[D]． 段緒林．南京航空航天大學2010

[3]廣州終端區進離場航班排序系統研究[D]． 施賽鋒．南京航空航天大學 2011

[4]到達流空間布局對終端區運行效率的影響研究[D]． 宮廷玉．中國民航大學 2016

[5]多機場終端區空域劃設方法研究[D]． 王丹．中國民航大學 2016

[6]機場終端區空域數字化仿真研究[D]． 王鋼．中國民航大學 2013