惡劣天氣下的多扇區動態容量評估方法研究

摘 要 隨著我國航空產業的不斷發展，其中所包含的信息流動也愈發頻繁，這對容量評估技術也提出了更高的要求。基于此，本文提出了多扇區動態容量評估方法，對扇區容量影響因素加以分析并建立了管制員工作負荷模型，最后對惡劣天氣對飛行的影響、航路阻塞模型以及多扇區動態容量評估模型進行介紹與評估。

關鍵詞 惡劣天氣;多扇區;動態容量評估

引言

近年來，我國航空運輸事業飛速發展，同時也帶動了經濟節奏與交易頻率。面對人員、物資、信息的加速流動，建立合理的容量動態評估機制十分具有必要性。提升容量動態評估機制精準度可以有效優化容量和流量的匹配與空域的規劃工作，從而提升空域的利用效率，促進我國航空運輸事業的進一步發展。

1影響扇區容量的因素

影響扇區容量評估的因素主要包含兩個方面，一方面是扇區結構復雜性，受到空域因素和航路航線因素的影響;而另一方面是交通流復雜性，該方面具備動態性與不確定性。除了以上兩種因素，天氣因素會造成扇區容量變化，如果在實際情況下不對惡劣天氣因素加以考慮，評估中也就不能反映動態性規律與空中的實際運行情況。因此，可以用雷達回波圖劃分惡劣天氣的等級，考慮不同強度惡劣天氣對扇區容量的影響，并通過雷達回波強度以及顏色獲取更為直觀的區域氣象信息情況，進一步減少航班累積延誤[1]。

2管制員工作負荷模型

管制員工作負荷模型是扇區容量評估的基礎，對管制員完成任務的時間加以分析可以有效確立容量的大小。通過對實際飛行情況加以分析，可以將管制員的工作負荷分成管制無沖突航空器的常規負荷以及有沖突過程的非常規負荷兩類。其中，常規負荷包含航空器路徑與執行任務，例如雷達接收識別、管制移交、設備操作等;而非常規負荷主要包括思考時長、解決沖突以及管制協調等。在現階段的空域管理中，各個扇區并不是獨立的，受到扇區結構和交通流兩大因素的影響，進而可以分為靜態耦合度和動態耦合度[2]。

3多扇區動態容量的評估方法

通過分析多扇區耦合下管制員工作負荷與流量之間的關系進而可以得出二者的函數關系。航路容量是扇區容量評估的基礎，因此第一步需要完成航路阻塞模型的建立。針對空域建立初始拓撲結構，其中，節點就是航路點，邊就是航段。各類節點包括機場、航路以及交叉點形成一個點集V，并通過自然點vi生成voronoi多邊形形成一個基本空域單元。每一個扇區內部都包含著多個空域單元，并且相鄰的扇區之間存在著耦合關系。當產生惡劣天氣時，航路受到影響，進而空域系統中的voronoi塊也會形成堵塞，進一步對航路造成不同程度的影響。

通過對應區域的雷達回波強度可以表達出單個voronoi塊的阻塞值bi的關系式：

在以上的關系式中，bimax和bimin分別對惡劣天氣情況下該voronoi塊的最大阻塞值以及最小阻塞值進行相應地表示。

根據調查顯示，單個voronoi塊對航路產生的影響與相關頂點到航路的距離成正比，也就是說，自然點到航路的距離越小，航路的阻塞情況也就越嚴重。因此，通過以下關系式可以表示由扇區Sk內自然點vi所生成的voronoi塊對航路Lr產生的影響權重：

通過對以上兩個關系式的結果進行分析，也就是惡劣天氣下voronoi塊的阻塞賦值以及voronoi塊對航路產生的影響權重，進而可以得出航路Lr對扇區Sk的阻塞模型表達式：

進而通過最大流最小割理論，在一個網絡流中，該網絡流的最小割的容量決定了中點到匯點的最大流量，也就是說，研究空域中阻塞最嚴重的扇區是經由航線容量決定的。因此將以上的研究內容相結合，多扇區空域系統中航路Lr的阻塞模型可以用以下關系式表示：

3.1 多扇區動態容量評估模型

扇區動態容量表示的是指將扇區內堵塞的區域進行排除后剩余的可用容量，同時可以用航路Lr的可用率進行表示。根據以上內容對航路阻塞模型的建立與分析，航路Lr在多扇區空域系統可用率的關系式表示如下：

通常情況下，多扇區的正常容量是采用天氣狀況良好時各航路運行容量相加的總和進行表示，而當遇到惡劣天氣條件時，每條航路的可用率也會受到不同程度阻塞的影響而出現變化，在這樣的情況下，惡劣天氣下的多扇區動態容量模型可用以下關系式表達：

在以上的表達式中，wr表示天氣狀況良好時航路Lr的交通流量與整個多扇區空域系統中包含的交通流量的比例，并通過計算典型繁忙日內的運行狀況確認。

4結束語

綜上所述，在航空領域引入多扇區動態容量的評估方法可以有效促進容量測算與評估系統的優化。空域交通管理決策的有效前提就是管制扇區容量評估，同時，為了提升扇區動態劃分的便捷程度，可以在其中加入耦合性，并完成惡劣天氣對航路影響的考量，進而為相關工作提供有利信息，提升容量評估的精確性。

參考文獻

[1] 王興隆，趙密，黃寶軍.惡劣天氣下基于MIT的扇區流量動態控制模型[J].武漢理工大學學報，2018，40（2）：50-57，89.

[2] 張文倩，王瑛，嚴偉，等.惡劣天氣下的多扇區動態容量評估方法[J].火力與指揮控制，2019，44（3）：126-130，140.

作者簡介

劉一凡（1994-），男，山東省日照市人;專業：交通運輸，學歷：大學本科，職稱：助理工程師，現就職單位：中國民用航空華東地區空中交通管理局 進近管制一室，研究方向：交通運輸。