試論動態(tài)空域扇區(qū)劃分管制員指派優(yōu)化

黃昱斌

摘 要：通過構(gòu)建動態(tài)扇區(qū)劃分管制員指派教學(xué)模型，以訓(xùn)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(qū)的扇區(qū)變動前后位置關(guān)系，從而量化指派成本，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的減少訓(xùn)練成本措施，從而優(yōu)化動態(tài)空域扇區(qū)前置準(zhǔn)備時間。

關(guān)鍵詞：動態(tài)空域；扇區(qū)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(qū)邊界動態(tài)調(diào)整，滿足交通流動態(tài)的變化需求，在我國民航局中，為滿足交通管理的發(fā)展需求，也逐漸加大了對動態(tài)空域規(guī)劃技術(shù)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(qū)開合扇，還沒有根據(jù)天氣變化情況及交通流動態(tài)對扇區(qū)邊界進(jìn)行改變，造成這種現(xiàn)象的主要原因之一是，扇區(qū)邊界動態(tài)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(fēng)險。為改善這種情況，需要根據(jù)交通流時空分布重復(fù)規(guī)律，對空域進(jìn)行規(guī)劃，然后通過訓(xùn)練組織實(shí)施動態(tài)邊界扇區(qū)的改變。由于管制員是空域扇區(qū)邊界調(diào)整的重要環(huán)節(jié)，指派管制員合理時，能有效地減少訓(xùn)練成本，提高動態(tài)扇區(qū)邊界的調(diào)整效益，下面就動態(tài)空域扇區(qū)劃分管制員指派優(yōu)化進(jìn)行分析。

1 管制員指派優(yōu)化模型

1.1 問題描述

在扇區(qū)沒有變動之前，設(shè)有n個管制人員對n個基準(zhǔn)扇區(qū)進(jìn)行管理，由于我國推行的雙崗制，因此，總管制員數(shù)為2n；設(shè)扇區(qū)變動之后，有m個管制人員對m個基準(zhǔn)扇區(qū)進(jìn)行管理，其總管制員數(shù)為2m，則扇區(qū)數(shù)量有m>n、mn時，說明扇區(qū)數(shù)量增大，其人力資源成本也會增大，額外增加的總?cè)藬?shù)為2（m-n），這些人員屬于戰(zhàn)略儲備人員，需要得到更多的訓(xùn)練；當(dāng)m≤n時，說明扇區(qū)數(shù)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(shè)定在崗的管制員和戰(zhàn)略儲備人員都有管制制造，都可以上崗，同時設(shè)定管制單位存在充足的上崗資質(zhì)人力資源儲備。

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

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化處理指派數(shù)學(xué)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(qū)，因此，將這些虛擬扇區(qū)設(shè)定在研究目標(biāo)之外，設(shè)邊界變動后的扇區(qū)用集合Y={y1，y2，y3…yn+1…ym}表示；當(dāng)m

2 指派成本量化

2.1 單位體積訓(xùn)練成本

管制員對熟悉的空域單位時間訓(xùn)練成本為μ1，對不熟悉的空域單位時間訓(xùn)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(xùn)練成本λ1=ɑ1·μ1，對不熟悉空域單位體積需要的訓(xùn)練成本為λ2=ɑ2·μ2。

2.2 不同位置關(guān)系訓(xùn)練成本

原來的基礎(chǔ)扇區(qū)空間體積用Vi表示，變動后的扇區(qū)空域體積用Vj表示，Vi和Vj之間的關(guān)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(dāng)m>n時，集合X1={xn+1…xm}屬于虛擬扇區(qū)，這些虛擬扇區(qū)和當(dāng)前的基礎(chǔ)扇區(qū)與變動后的扇區(qū)沒有重疊，在調(diào)配戰(zhàn)略儲備人員過程中，其訓(xùn)練成本均按不熟悉空域進(jìn)行計算，目標(biāo)空域直接決定訓(xùn)練成本，其訓(xùn)練成本為Vjλ2。

（6）當(dāng)m

2.3 指派成本

根據(jù)以上分析，得出指派成本Cij表達(dá)式為：

3 分析模型及減少訓(xùn)練成本的措施

3.1 模型分析

根據(jù)指派成本量化表達(dá)式，建立標(biāo)準(zhǔn)指派模型，并利用MATLAB或者LINGO進(jìn)行求解，其計算結(jié)果表明，隨著交通流的減少，扇區(qū)數(shù)目逐漸變少，而管制員的管制扇區(qū)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(jīng)常會忽略扇區(qū)空域變化引起的空域情境，從而增大了安全事故的發(fā)生率；隨著交通流的逐漸增大，扇區(qū)數(shù)目逐漸變大，而Vj2λ2沒有明顯的變化，但對于管制員而言，戰(zhàn)略儲備人員的訓(xùn)練成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在崗管制員的訓(xùn)練成本，訓(xùn)練成本高、時間長、風(fēng)險大，從而導(dǎo)致動態(tài)扇區(qū)變動沒有得到靈活的應(yīng)用。

3.2 減少訓(xùn)練成本的措施

為有效地減少訓(xùn)練成本，可以采用以下措施：

（1）準(zhǔn)確預(yù)測未來交通負(fù)荷。（2）在特殊時段建立動態(tài)扇區(qū)變動預(yù)案。（3）最大限度指派管制員對熟悉的空域。

4 結(jié)束語

通過構(gòu)建管制員指派模型，并以管制空間位置變化關(guān)系為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練成本量化，從而得出減少動態(tài)扇區(qū)前置時間和管制員訓(xùn)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(xùn)練成本的，還不太完善，這就需要在未來從空域復(fù)雜度的方向衡量其訓(xùn)練成本。

參考文獻(xiàn)

[1]葉志堅(jiān)，王莉莉，荊增強(qiáng)，等.動態(tài)空域扇區(qū)劃分管制員指派優(yōu)化方法[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識，2014，44（5）：80-84.