基于優(yōu)先級(jí)和需求量的二次雷達(dá)跨區(qū)編碼動(dòng)態(tài)分配

王國(guó)峰等

摘 要：參照目前二次雷達(dá)編碼分配的地區(qū)構(gòu)架，基于管制區(qū)優(yōu)先級(jí)和需求量的優(yōu)化目標(biāo)，重新調(diào)整各個(gè)地區(qū)編碼分配數(shù)量，利用跨區(qū)碼共享的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)編碼利用率的極大提升。仿真結(jié)果表明，該算法快速、有效。

關(guān)鍵詞：二次雷達(dá)編碼；共享；跨區(qū)碼；分配

引言

二次雷達(dá)是民航空管的主用監(jiān)視雷達(dá)。近年來(lái)由于航班量的快速增長(zhǎng)，二次雷達(dá)編碼資源愈發(fā)緊張，導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)二次雷達(dá)重碼告警和航班信息關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤等情況，給管制指揮與航班運(yùn)行帶來(lái)困擾和安全隱患。在無(wú)法增加應(yīng)答機(jī)編碼的前提下，優(yōu)化應(yīng)答機(jī)編碼管理技術(shù)顯得尤為重要。有的研究針對(duì)編碼再分配的有關(guān)研究提出了SSR編碼按流量比例分配、區(qū)內(nèi)碼共享等策略，提出要打破區(qū)內(nèi)碼、跨區(qū)碼的使用界限，建立全國(guó)二次編碼統(tǒng)一分配的新機(jī)制，以解決編碼緊缺的現(xiàn)狀[1]，只是未對(duì)編碼再分配提出具體的方案。文章依據(jù)各地的編碼實(shí)際需求量、我國(guó)的情報(bào)區(qū)劃設(shè)和各管制區(qū)編碼分配的應(yīng)用情況，提出了二次雷達(dá)跨區(qū)碼按需求動(dòng)態(tài)分配的優(yōu)化算法，提高編碼的利用率，減輕編碼不足造成的管制壓力，緩解管制區(qū)內(nèi)的重碼問(wèn)題，給航班運(yùn)行安全提供保障。

1 現(xiàn)行二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)跨區(qū)編碼分配使用情況

（1）中國(guó)大陸直接管轄九大飛行情報(bào)區(qū)，分別為沈陽(yáng)、北京、上海、武漢、廣州、三亞、昆明、蘭州、烏魯木齊飛行情報(bào)區(qū)。經(jīng)2014年5月全國(guó)空管區(qū)域優(yōu)化后，大陸上空劃設(shè)高空管制區(qū)（兼中低空管制區(qū)）8個(gè)，分別為北京管制區(qū)、上海管制區(qū)、廣州管制區(qū)、成都管制區(qū)、沈陽(yáng)管制區(qū)、西安管制區(qū)、三亞管制區(qū)和烏魯木齊管制區(qū)，中南地區(qū)（武漢、廣州、三亞）編碼分配由廣州飛行情報(bào)區(qū)統(tǒng)一安排。

（2）我國(guó)民航的應(yīng)答機(jī)編碼通常有情報(bào)區(qū)內(nèi)使用的區(qū)內(nèi)碼和情報(bào)區(qū)外使用的跨區(qū)碼兩類。目前各地編碼的分配數(shù)量及區(qū)內(nèi)碼和跨區(qū)碼比例基本還是按照民航局空管局在2000年下發(fā)實(shí)行的方案分配的[3]，各地編碼的分配數(shù)量及區(qū)內(nèi)碼與跨區(qū)碼比例長(zhǎng)期固定，而近年來(lái)各地航班量也出現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)，特別是跨區(qū)飛行航班量的激增，加之原先區(qū)內(nèi)碼和跨區(qū)碼的分配比例沒(méi)有按照新時(shí)期航班流量更新，導(dǎo)致兩者單次循環(huán)使用的時(shí)間差距較大；另一方面，同一情報(bào)區(qū)對(duì)編碼的需求量在不同的時(shí)段有高峰量也有低峰量，且不同情報(bào)區(qū)和不同機(jī)場(chǎng)的高低峰時(shí)段也不同，各個(gè)地區(qū)固定的編碼分配模式導(dǎo)致編碼分配缺乏靈活性，原來(lái)的分配方案對(duì)編碼的利用效率很有限，采用資源動(dòng)態(tài)調(diào)配的方式調(diào)動(dòng)跨區(qū)編碼可有效地解決編碼緊缺的問(wèn)題。

2 應(yīng)答機(jī)跨區(qū)編碼動(dòng)態(tài)分配使用策略

針對(duì)需求量最大、造成空管雷達(dá)編碼重碼告警主要原因的跨區(qū)編碼，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)地區(qū)間編碼流動(dòng)、充分調(diào)動(dòng)全局編碼資源，在保證管制安全的前提下，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)編碼利用的最大化。

由于跨區(qū)碼是在不同的飛行情報(bào)區(qū)使用，不同的情報(bào)區(qū)使用相同的跨區(qū)碼存在很大安全隱患，因此文章提出一種基于各情報(bào)區(qū)跨區(qū)編碼盈虧程度來(lái)調(diào)整情報(bào)區(qū)間跨區(qū)編碼分配數(shù)量的算法。針對(duì)各地應(yīng)答機(jī)編碼使用情況，文章采用整體解決與部分解決統(tǒng)一實(shí)施的思想，利用“回退式”算法思想對(duì)跨區(qū)編碼進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度。根據(jù)供需平衡的原理實(shí)現(xiàn)全局的跨區(qū)碼供需平衡，若不可解決全部地區(qū)的需求，我們利用算法回退，拋開權(quán)重最小地區(qū)的需求，優(yōu)先解決重點(diǎn)地區(qū)跨區(qū)碼的緊缺問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)度的優(yōu)化。

2.1 跨區(qū)編碼優(yōu)先級(jí)的確定

分配編碼需要遵循優(yōu)先保障的順序。首先確定北京、上海、廣州、沈陽(yáng)、昆明、蘭州、烏魯木齊飛七大行情報(bào)區(qū)的跨區(qū)編碼需求的重要程度。根據(jù)民航局空管局在2000年下發(fā)實(shí)行的分配方案及近年來(lái)各地區(qū)航班量，基本確定長(zhǎng)期處于編碼不足狀態(tài)的飛行情報(bào)區(qū)有北京、上海、廣州三地。北京作為中華人民共和國(guó)首都、直轄市，是中國(guó)的政治、文化和國(guó)際交往中心，要客飛行任務(wù)繁重。根據(jù)民航相關(guān)規(guī)定，通常情況下，應(yīng)當(dāng)允許執(zhí)行緊急或者重要任務(wù)的航空器、定期航班或速度大的航空器優(yōu)先起飛[4]。同時(shí)，北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)是世界規(guī)模最大的國(guó)際機(jī)場(chǎng)，旅客吞吐量在2014年達(dá)到8612.8萬(wàn)人次，連續(xù)五年位居全球第二[5]，故將其優(yōu)先權(quán)排在第一位；上海是中國(guó)的經(jīng)濟(jì)、交通、科技、工業(yè)、金融、會(huì)展和航運(yùn)中心之一。上海的航空旅客吞吐量排名世界城市第七，特別是浦東機(jī)場(chǎng)貨郵吞吐量自2003年以來(lái)一直位居國(guó)內(nèi)首位，比首都、白云和深圳三家總和都多[6]。此外，目前上海情報(bào)區(qū)內(nèi)包含了三個(gè)國(guó)內(nèi)吞吐量前十的機(jī)場(chǎng)，故上海飛行情報(bào)區(qū)優(yōu)先權(quán)排第二；廣州飛行情報(bào)區(qū)，相較于前兩者尚有回旋余地，所以編碼分配優(yōu)先權(quán)為第三。優(yōu)先權(quán)的先后順序?yàn)椋罕本?上海>廣州。

2.2 跨區(qū)編碼盈缺情況的確定及動(dòng)態(tài)分配

首先對(duì)各地編碼的需求情況進(jìn)行分析：選取某時(shí)間段內(nèi)北京、上海、廣州、沈陽(yáng)、昆明、蘭州、烏魯木齊各區(qū)已有的跨區(qū)編碼量記為a，該情報(bào)區(qū)跨區(qū)編碼需求量記為b，按照a減b做差依次得到各地區(qū)編碼盈虧數(shù)量ci。

判斷跨區(qū)編碼虧缺地區(qū)需求總量及編碼整體盈余情況：ci若為正值，則表明該地區(qū)（i地區(qū)）跨區(qū)編碼富余，ci若為負(fù)值則表明該地區(qū)（i地區(qū)）跨區(qū)編碼短缺。分別記錄正負(fù)值對(duì)應(yīng)的跨區(qū)碼富裕的地區(qū)和跨區(qū)碼短缺的地區(qū)作為之后調(diào)配跨區(qū)碼的依據(jù)。對(duì)ci為正的富余量求和，得出全局跨區(qū)碼富余總量。總余量再與所有ci為負(fù)的各地虧缺量相加判斷其和值的正負(fù)：若和值為正，則表明各地區(qū)相互借調(diào)就可以解決全部編碼緊缺問(wèn)題；和值若為負(fù)，則表明可以解決部分地區(qū)編碼緊缺的問(wèn)題，將一個(gè)或兩個(gè)地區(qū)跨區(qū)碼短缺的問(wèn)題暫時(shí)擱置，待到下個(gè)時(shí)隙解決。

優(yōu)先解決重要地區(qū)編碼緊缺問(wèn)題：根據(jù)優(yōu)先權(quán)排序，對(duì)排序最后的地區(qū)編碼緊缺問(wèn)題暫時(shí)擱置，等待后續(xù)的時(shí)隙解決，不參與全局優(yōu)化過(guò)程。再將剩余地區(qū)編碼盈虧數(shù)量ci求和，判斷和值正負(fù)。若和值仍為負(fù)，則繼續(xù)擱置優(yōu)先權(quán)靠后的地區(qū)，依次類推，直至最終和值為非負(fù)數(shù)為止。這樣就實(shí)現(xiàn)了采用“回退式”的策略解決了部分地區(qū)跨區(qū)碼短缺的問(wèn)題。

在全局優(yōu)化結(jié)束后輸出。在下個(gè)時(shí)隙，已優(yōu)化的地區(qū)不參與全局分配，擱置地區(qū)按照優(yōu)先級(jí)采用上述流程繼續(xù)優(yōu)化，這樣就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)分配跨區(qū)碼的目標(biāo)。

2.3 跨區(qū)編碼動(dòng)態(tài)分配方案的驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)二次雷達(dá)常見的“假警”、“虛警”問(wèn)題，以及常見的管制區(qū)間協(xié)議常用規(guī)則，編碼分配時(shí)要遵循以下幾個(gè)原則：

（1）優(yōu)先選擇距離編碼短缺區(qū)較遠(yuǎn)的地區(qū)調(diào)用編碼；（2）選擇調(diào)用的區(qū)域至少間隔虧缺區(qū)域一個(gè)情報(bào)區(qū)；（3）所調(diào)用編碼應(yīng)當(dāng)盡量來(lái)自同一個(gè)情報(bào)區(qū)。

再次進(jìn)行優(yōu)化，在北京情報(bào)區(qū)編碼緊缺問(wèn)題解決后，根據(jù)優(yōu)先權(quán)，這個(gè)時(shí)隙解決上海情報(bào)區(qū)編碼緊缺問(wèn)題。

再次進(jìn)行優(yōu)化，在上海情報(bào)區(qū)編碼緊缺問(wèn)題解決后，根據(jù)優(yōu)先權(quán)，這個(gè)時(shí)隙解決廣州情報(bào)區(qū)編碼緊缺問(wèn)題。

首輪跨區(qū)碼調(diào)配結(jié)束，下一輪編碼重新分配。運(yùn)算結(jié)果表明算法實(shí)現(xiàn)了全局優(yōu)化，達(dá)到了解決編碼資源緊張問(wèn)題的目的。

經(jīng)上述算法分析，有如下結(jié)論：

（1）通過(guò)該回退式跨區(qū)碼動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，對(duì)重碼情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)劃分和逐級(jí)分段式解，有效地減少了以往調(diào)度過(guò)程的模糊性和繁雜性，簡(jiǎn)化了協(xié)調(diào)系統(tǒng)模型。

（2）利用整體加部分協(xié)調(diào)處置系統(tǒng)，解決編碼緊缺問(wèn)題。通過(guò)所需編碼數(shù)量和已有空閑編碼數(shù)量的差值確定調(diào)度的進(jìn)程，有機(jī)地實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)碼調(diào)度的優(yōu)化。

（3）通過(guò)整體編碼需求量的變化及時(shí)地調(diào)整編碼供需關(guān)系，需求編碼的數(shù)目又影響總編碼值的正負(fù)變化，形成了反饋調(diào)節(jié)。根據(jù)算法的收斂規(guī)則，供需編碼將在一定輪回后達(dá)到平衡，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度過(guò)程的負(fù)荷隨機(jī)變化和平衡之間的協(xié)調(diào)。

此外在調(diào)配過(guò)程中需要注意的是，被借調(diào)編碼的地區(qū)在下一時(shí)段應(yīng)有足夠自身使用的編碼數(shù)量。對(duì)此我們可以在富余跨區(qū)碼地區(qū)協(xié)調(diào)借調(diào)時(shí)采用一定限制，如上述算法流程中可以使aj=ci/1.1，這樣來(lái)保證借調(diào)編碼的地區(qū)可以靈活應(yīng)對(duì)短時(shí)的新增需求。對(duì)于具體保留比例，我們將在以后的研究中加以論述。

3 對(duì)我國(guó)應(yīng)答機(jī)編碼動(dòng)態(tài)分配的建議

3.1 航班延誤情況的處理

航班延誤會(huì)占用編碼資源，導(dǎo)致原有的編碼量無(wú)法滿足實(shí)際的需求，大范圍延誤時(shí)還易引起重碼告警、航班錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)等。

為了避免航班延誤對(duì)編碼資源的浪費(fèi)，一方面有關(guān)部門應(yīng)規(guī)范航空公司的行為，在航班延誤半小時(shí)以上時(shí)及時(shí)拍發(fā)延誤報(bào)，釋放處于占用狀態(tài)的SSR編碼；另一方面是在管制系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)于有相對(duì)明確延誤信息且延誤時(shí)間超過(guò)設(shè)定值的航班，及時(shí)發(fā)布CHG報(bào)文，使其在歐洲貓系統(tǒng)內(nèi)的FDR狀態(tài)改變，暫時(shí)釋放其占用的編碼，以減少SSR編碼的空占[5]。目前廣州白云機(jī)場(chǎng)利用塔臺(tái)運(yùn)行管理系統(tǒng)（TOMS）進(jìn)行二次編碼重復(fù)性的探測(cè)，如果探測(cè)到即將起飛的航班與已經(jīng)激活的航班出現(xiàn)相同的二次編碼，則往歐洲貓系統(tǒng)發(fā)送一份延誤報(bào)，歐洲貓系統(tǒng)收到延誤報(bào)之后，會(huì)將原有二次編碼清除，重新分配新的二次編碼，這在一定程度上避免了重碼告警和航班關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤的現(xiàn)象。

3.2 編碼分配機(jī)制的支撐條件

二次雷達(dá)編碼的分配涉及管制內(nèi)容的方方面面，這需要空管自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)的支持，一個(gè)編碼分配處理自動(dòng)化平臺(tái)將大大提高編碼的使用效率和利用率。國(guó)家層面的編碼再分配方案是基礎(chǔ)，自動(dòng)化技術(shù)支持是編碼再分配方案實(shí)施的技術(shù)保障，而規(guī)章規(guī)范的建立是其制度保障。

4 總結(jié)與展望

我國(guó)的民航事業(yè)的不斷發(fā)展，航班量持續(xù)增長(zhǎng)，在無(wú)法增加A/C二次雷達(dá)模式應(yīng)答機(jī)編碼的限制下，應(yīng)答機(jī)編碼的日趨緊張，有效合理地使用有限的應(yīng)答機(jī)編碼資源，才是解決編碼短缺問(wèn)題的出路。針對(duì)編碼資源緊張的問(wèn)題，文章以全局分配優(yōu)化編碼資源等問(wèn)題為研究中心，以各地航空市場(chǎng)地位確定分配優(yōu)先級(jí)，以滿足各地編碼需求量為基礎(chǔ)，提出了基于地區(qū)優(yōu)先級(jí)和需求量?jī)煞N要素的動(dòng)態(tài)分配策略，有效地利用了全局的編碼資源，實(shí)現(xiàn)了全局或者局部地區(qū)編碼優(yōu)化的目標(biāo)。對(duì)于編碼管理層面，也有一定的啟示作用。

隨著空域管理技術(shù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，在空管行業(yè)應(yīng)用S模式雷達(dá)及 ADS-B技術(shù)是大趨勢(shì)。但在新技術(shù)還在初步探索階段，A模式的二次雷達(dá)編碼還會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)使用，而在S模式雷達(dá)及ADS-B技術(shù)大面積的普及和應(yīng)用后 ，不僅是擁有24位地址碼即百萬(wàn)級(jí)的編碼用以分配，而且以航班號(hào)作為耦合條件，也會(huì)成為新的補(bǔ)充，現(xiàn)在存在的編碼不足、重碼問(wèn)題也將隨之應(yīng)用也會(huì)得到解決。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王國(guó)峰，男，漢族，山西省原平市人，中國(guó)民航大學(xué)，學(xué)生。

金園凱，男，漢族，浙江省義烏市人，中國(guó)民航大學(xué)，學(xué)生。