基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張迪

【摘 要】伴隨著我國航空事業(yè)的迅猛發(fā)展，我國航空進(jìn)離港排序系統(tǒng)的市場競爭也日趨激烈。本文利用現(xiàn)有的空中交通管理系統(tǒng)，借鑒協(xié)同運(yùn)行的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)了一套技能提高機(jī)場利用率，同時(shí)又能降低工作強(qiáng)度的進(jìn)離港排序系統(tǒng)。并且對(duì)該系統(tǒng)的主要功能以及在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，為日后進(jìn)離港排序系統(tǒng)研究提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】協(xié)同運(yùn)行；進(jìn)離港排序系統(tǒng)；信息管理；設(shè)計(jì)

0 引言

航空運(yùn)輸是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中，非常重要的一種運(yùn)輸方式，尤其對(duì)于我國而言，快速增長的空中交通流量，給現(xiàn)有的空中交通管制系統(tǒng)造成了巨大壓力?？茖W(xué)合理的空中交通管制系統(tǒng)可以幫助飛機(jī)有秩序的飛行，有效防止飛機(jī)出現(xiàn)事故，提高飛行空間的利用率。但是在機(jī)場容積有限的前提下，飛機(jī)數(shù)量的不斷提升，加劇了機(jī)場擁堵問題，目前，機(jī)場跑道已經(jīng)成為了航空交通管制當(dāng)中的薄弱環(huán)節(jié)。除了對(duì)機(jī)場進(jìn)行重修和擴(kuò)建，建立進(jìn)離港排序輔助決策系統(tǒng)將是最行之有效的辦法。本文將原有的高級(jí)地面運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)與控制系統(tǒng)（A—SMGCS）以及列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC—Automatic Train Control），同時(shí)引入?yún)f(xié)同運(yùn)行技術(shù)，通過現(xiàn)代化信息交互系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出了一套能輔助管制員的航空進(jìn)離港排序系統(tǒng)。通過實(shí)踐應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠有效改善目前機(jī)場交通擁堵的現(xiàn)狀，對(duì)機(jī)場跑道資源進(jìn)行合理利用，充分提升機(jī)場容量，對(duì)今后我國航空管制技術(shù)的研究和發(fā)展具有非常重要的意義。

1 協(xié)同運(yùn)行技術(shù)的應(yīng)用評(píng)價(jià)

在我國航空交通迅猛發(fā)展的今天，交通阻塞問題日趨嚴(yán)重，各大機(jī)場航班延誤現(xiàn)象屢見不鮮。針對(duì)這類問題，我國航空管理部門采用了高級(jí)地面運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)與控制系統(tǒng)（A—SMGCS）以及列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC—Automatic Train Control），這些技術(shù)能夠適當(dāng)緩解航空運(yùn)輸?shù)膲毫?，但是卻無法從根本上解決擁堵不堪的航空交通現(xiàn)狀，管理部門也認(rèn)識(shí)到航空運(yùn)輸交通管制的重要性，科學(xué)有效的提升了航空交通各部門之間的協(xié)同決策的能力，進(jìn)一步提高我國航空交通管制的整體水平。我國在航空交通管制方面已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到了航空運(yùn)輸一體化的重要性，提高相關(guān)部門之間的協(xié)同管理的能力，有效解決航空交通的擁堵現(xiàn)狀。協(xié)同運(yùn)行技術(shù)，顧名思義就是要求相互配合。而協(xié)同決策（Collaborative Decision Making，CDM）正是一種在管制部門與航空公司之間進(jìn)行協(xié)調(diào)的有效方法。 空中交通管理系統(tǒng)涉及航空公司、機(jī)場、航空管理部門，各部門在進(jìn)行空管運(yùn)作時(shí)需要協(xié)同合作，通過信息交流、數(shù)據(jù)共享和改善航空交通管制條件，努力提高航空交通管制的效率，確保航空公司、機(jī)場、航空管理部門獲得用于計(jì)劃運(yùn)作的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息，幫助決策過程，旨在利用協(xié)同決策提升航空交通管制水平。

由于協(xié)同決策系統(tǒng)是一個(gè)集安全、容量、效率為一體的綜合性管理平臺(tái)，能夠根據(jù)飛行電報(bào)以及空中管制動(dòng)態(tài)情況等信息計(jì)算出未來某個(gè)時(shí)間段內(nèi)航班的最優(yōu)時(shí)隙，確保航空公司、機(jī)場、管理部門第一時(shí)間在平臺(tái)上共享空域資源、機(jī)場資源、航班準(zhǔn)備情況等信息，并且設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的航班通行隊(duì)列，包括航班協(xié)調(diào)關(guān)艙門時(shí)刻等信息及時(shí)顯示在終端界面上，方便查閱。因此，協(xié)同決策系統(tǒng)覆蓋至所有航空公司、機(jī)場、航空管理等部門，實(shí)現(xiàn)空中管制的整體升級(jí)，通過協(xié)同決策系統(tǒng)確定航班通行時(shí)刻，配套流量管理措施，最大限度地避免航班延誤，提升空中管制的整體質(zhì)量。

2 基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，為了能夠最大限度地發(fā)揮其功效，要求要與高級(jí)地面運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)與控制系統(tǒng)（A—SMGCS）以及列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC—Automatic Train Control）相交互，高級(jí)地面運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)與控制系統(tǒng)主要根據(jù)進(jìn)港目標(biāo)預(yù)測的預(yù)計(jì)降落時(shí)間、離港目標(biāo)出事分配的跑到及上跑道時(shí)間確定進(jìn)港目標(biāo)停機(jī)位狀態(tài)及入位時(shí)間、離港目標(biāo)推出時(shí)間。該系統(tǒng)已完成包括系統(tǒng)需求調(diào)研、系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、進(jìn)離港航班排序算法設(shè)計(jì)、進(jìn)離港航班排序信息展示界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)主要應(yīng)用界面原型設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)等任務(wù)。A—SMGCS與進(jìn)離港排序系統(tǒng)相交互，根據(jù)航班到達(dá)跑道口的時(shí)間計(jì)算出飛機(jī)滑行時(shí)間，然后對(duì)跑道分配時(shí)間進(jìn)行和理性判斷，判斷是否有合適的停機(jī)位，以便于空中交通管理員做出相應(yīng)決策。列車自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是為進(jìn)離港排隊(duì)系統(tǒng)提供飛行目標(biāo)位置計(jì)劃信息以及優(yōu)化的進(jìn)離港隊(duì)列信息。車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC—Automatic Train Control）能夠接收進(jìn)離港排隊(duì)系統(tǒng)提供的航班起飛和降落隊(duì)列。

從協(xié)同互助的角度來說要求能夠避免飛機(jī)進(jìn)離港停機(jī)狀態(tài)及入位、離港時(shí)間等信息的重復(fù)計(jì)算。下面就對(duì)基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行詳細(xì)分析，基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2.1 系統(tǒng)信息流程設(shè)計(jì)

基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)在協(xié)同決策的運(yùn)行框架下，借高級(jí)地面運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)與控制系統(tǒng)（A—SMGCS）以及列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC—Automatic Train Control）的支持，簡化了系統(tǒng)信息流程設(shè)計(jì)流程。該系統(tǒng)能夠與A—SMGCS和ATC相交互并進(jìn)行信息集成，經(jīng)過分析處理，形成所需信息并進(jìn)行輸出。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)的軟件部分，主要可以分為軌跡生成、動(dòng)態(tài)排序及優(yōu)化、跑道動(dòng)態(tài)分配、數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理以及機(jī)場空席顯示五大模塊。其中軌跡模塊主要為進(jìn)港航班提供進(jìn)入機(jī)場排隊(duì)區(qū)域到跑道盡頭的實(shí)際剖面圖。如果機(jī)場排隊(duì)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，對(duì)即將起飛或者下降的航班要生成跑道盡頭到機(jī)場排隊(duì)區(qū)域的剖面圖，以此為依據(jù)判斷航班起飛時(shí)間與走廊口的限制是否存在沖突；伴隨著中國民航業(yè)的迅猛發(fā)展，飛機(jī)數(shù)量以及飛行次數(shù)不斷增加，在機(jī)場規(guī)模有限的前提下，空中交通流量持續(xù)增長很容易導(dǎo)致機(jī)場擁堵以及航班延誤等情況，因此，就需要?jiǎng)討B(tài)排序及優(yōu)化模塊來解決這一難題。動(dòng)態(tài)排序及優(yōu)化主要是對(duì)進(jìn)港目標(biāo)預(yù)測的預(yù)計(jì)降落時(shí)間、離港目標(biāo)初始分配的跑道以及上跑道時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)動(dòng)態(tài)信息及終端區(qū)的各項(xiàng)參數(shù)信息自動(dòng)地優(yōu)化航班隊(duì)列；跑道動(dòng)態(tài)分配模塊的主要功效表現(xiàn)在當(dāng)機(jī)場具有多條跑道時(shí)，跑道動(dòng)態(tài)分配模塊可以自動(dòng)地為航班選擇與之相對(duì)應(yīng)的跑道，同時(shí)還能夠輔助空中交通管制人員為航班分配最佳的降落跑道；數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理模塊；機(jī)場空席顯示模塊主要是顯示機(jī)場內(nèi)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，具體包括機(jī)場每一條跑道對(duì)應(yīng)的進(jìn)離場隊(duì)列，然后根據(jù)機(jī)場空席管制范圍顯示與之相對(duì)應(yīng)的航班隊(duì)列信息，同時(shí)還可以顯示空中交通管制員所需要的一系列數(shù)據(jù)信息。

3 結(jié)論

綜上所述，近年來，我國航空運(yùn)輸發(fā)展勢頭十分迅猛，空中交通流量的不斷上升給現(xiàn)有的機(jī)場設(shè)施造成了各種不便，交通堵塞以及航班延誤等問題給民航服務(wù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)?；趨f(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)的引入，可以有效提高機(jī)場容量，減少航班等待時(shí)間，為空中交通管制員提供更加科學(xué)合理的決策方案，以便實(shí)現(xiàn)安全、有序、順暢的交通流；通過基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)，在多機(jī)場、多跑道的運(yùn)行環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)信息交互，提高保障能力以及運(yùn)行效率。本文研究的基于協(xié)同運(yùn)行的進(jìn)離港排序系統(tǒng)，具有良好的交互界面，能夠緊隨我國民航管理體制一體化的進(jìn)展，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]