惡劣天氣下的多扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量評(píng)估方法研究

摘 要 隨著我國航空產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，其中所包含的信息流動(dòng)也愈發(fā)頻繁，這對(duì)容量評(píng)估技術(shù)也提出了更高的要求?；诖?，本文提出了多扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量評(píng)估方法，對(duì)扇區(qū)容量影響因素加以分析并建立了管制員工作負(fù)荷模型，最后對(duì)惡劣天氣對(duì)飛行的影響、航路阻塞模型以及多扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量評(píng)估模型進(jìn)行介紹與評(píng)估。

關(guān)鍵詞 惡劣天氣;多扇區(qū);動(dòng)態(tài)容量評(píng)估

引言

近年來，我國航空運(yùn)輸事業(yè)飛速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)節(jié)奏與交易頻率。面對(duì)人員、物資、信息的加速流動(dòng)，建立合理的容量動(dòng)態(tài)評(píng)估機(jī)制十分具有必要性。提升容量動(dòng)態(tài)評(píng)估機(jī)制精準(zhǔn)度可以有效優(yōu)化容量和流量的匹配與空域的規(guī)劃工作，從而提升空域的利用效率，促進(jìn)我國航空運(yùn)輸事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1影響扇區(qū)容量的因素

影響扇區(qū)容量評(píng)估的因素主要包含兩個(gè)方面，一方面是扇區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜性，該方面具備動(dòng)態(tài)性與不確定性。除了以上兩種因素，天氣因素會(huì)造成扇區(qū)容量變化，如果在實(shí)際情況下不對(duì)惡劣天氣因素加以考慮，評(píng)估中也就不能反映動(dòng)態(tài)性規(guī)律與空中的實(shí)際運(yùn)行情況。因此，可以用雷達(dá)回波圖劃分惡劣天氣的等級(jí)，考慮不同強(qiáng)度惡劣天氣對(duì)扇區(qū)容量的影響，并通過雷達(dá)回波強(qiáng)度以及顏色獲取更為直觀的區(qū)域氣象信息情況，進(jìn)一步減少航班累積延誤[1]。

2管制員工作負(fù)荷模型

管制員工作負(fù)荷模型是扇區(qū)容量評(píng)估的基礎(chǔ)，對(duì)管制員完成任務(wù)的時(shí)間加以分析可以有效確立容量的大小。通過對(duì)實(shí)際飛行情況加以分析，可以將管制員的工作負(fù)荷分成管制無沖突航空器的常規(guī)負(fù)荷以及有沖突過程的非常規(guī)負(fù)荷兩類。其中，常規(guī)負(fù)荷包含航空器路徑與執(zhí)行任務(wù)，例如雷達(dá)接收識(shí)別、管制移交、設(shè)備操作等;而非常規(guī)負(fù)荷主要包括思考時(shí)長、解決沖突以及管制協(xié)調(diào)等。在現(xiàn)階段的空域管理中，各個(gè)扇區(qū)并不是獨(dú)立的，受到扇區(qū)結(jié)構(gòu)和交通流兩大因素的影響，進(jìn)而可以分為靜態(tài)耦合度和動(dòng)態(tài)耦合度[2]。

3多扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量的評(píng)估方法

通過分析多扇區(qū)耦合下管制員工作負(fù)荷與流量之間的關(guān)系進(jìn)而可以得出二者的函數(shù)關(guān)系。航路容量是扇區(qū)容量評(píng)估的基礎(chǔ)，因此第一步需要完成航路阻塞模型的建立。針對(duì)空域建立初始拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，節(jié)點(diǎn)就是航路點(diǎn)，邊就是航段。各類節(jié)點(diǎn)包括機(jī)場(chǎng)、航路以及交叉點(diǎn)形成一個(gè)點(diǎn)集V，并通過自然點(diǎn)vi生成voronoi多邊形形成一個(gè)基本空域單元。每一個(gè)扇區(qū)內(nèi)部都包含著多個(gè)空域單元，并且相鄰的扇區(qū)之間存在著耦合關(guān)系。當(dāng)產(chǎn)生惡劣天氣時(shí)，航路受到影響，進(jìn)而空域系統(tǒng)中的voronoi塊也會(huì)形成堵塞，進(jìn)一步對(duì)航路造成不同程度的影響。

通過對(duì)應(yīng)區(qū)域的雷達(dá)回波強(qiáng)度可以表達(dá)出單個(gè)voronoi塊的阻塞值bi的關(guān)系式：

在以上的關(guān)系式中，bimax和bimin分別對(duì)惡劣天氣情況下該voronoi塊的最大阻塞值以及最小阻塞值進(jìn)行相應(yīng)地表示。

根據(jù)調(diào)查顯示，單個(gè)voronoi塊對(duì)航路產(chǎn)生的影響與相關(guān)頂點(diǎn)到航路的距離成正比，也就是說，自然點(diǎn)到航路的距離越小，航路的阻塞情況也就越嚴(yán)重。因此，通過以下關(guān)系式可以表示由扇區(qū)Sk內(nèi)自然點(diǎn)vi所生成的voronoi塊對(duì)航路Lr產(chǎn)生的影響權(quán)重：

通過對(duì)以上兩個(gè)關(guān)系式的結(jié)果進(jìn)行分析，也就是惡劣天氣下voronoi塊的阻塞賦值以及voronoi塊對(duì)航路產(chǎn)生的影響權(quán)重，進(jìn)而可以得出航路Lr對(duì)扇區(qū)Sk的阻塞模型表達(dá)式：

進(jìn)而通過最大流最小割理論，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)流中，該網(wǎng)絡(luò)流的最小割的容量決定了中點(diǎn)到匯點(diǎn)的最大流量，也就是說，研究空域中阻塞最嚴(yán)重的扇區(qū)是經(jīng)由航線容量決定的。因此將以上的研究內(nèi)容相結(jié)合，多扇區(qū)空域系統(tǒng)中航路Lr的阻塞模型可以用以下關(guān)系式表示：

3.1 多扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量評(píng)估模型

扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量表示的是指將扇區(qū)內(nèi)堵塞的區(qū)域進(jìn)行排除后剩余的可用容量，同時(shí)可以用航路Lr的可用率進(jìn)行表示。根據(jù)以上內(nèi)容對(duì)航路阻塞模型的建立與分析，航路Lr在多扇區(qū)空域系統(tǒng)可用率的關(guān)系式表示如下：

通常情況下，多扇區(qū)的正常容量是采用天氣狀況良好時(shí)各航路運(yùn)行容量相加的總和進(jìn)行表示，而當(dāng)遇到惡劣天氣條件時(shí)，每條航路的可用率也會(huì)受到不同程度阻塞的影響而出現(xiàn)變化，在這樣的情況下，惡劣天氣下的多扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量模型可用以下關(guān)系式表達(dá)：

在以上的表達(dá)式中，wr表示天氣狀況良好時(shí)航路Lr的交通流量與整個(gè)多扇區(qū)空域系統(tǒng)中包含的交通流量的比例，并通過計(jì)算典型繁忙日內(nèi)的運(yùn)行狀況確認(rèn)。

4結(jié)束語

綜上所述，在航空領(lǐng)域引入多扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量的評(píng)估方法可以有效促進(jìn)容量測(cè)算與評(píng)估系統(tǒng)的優(yōu)化?？沼蚪煌ü芾頉Q策的有效前提就是管制扇區(qū)容量評(píng)估，同時(shí)，為了提升扇區(qū)動(dòng)態(tài)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(duì)航路影響的考量，進(jìn)而為相關(guān)工作提供有利信息，提升容量評(píng)估的精確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王興隆，趙密，黃寶軍.惡劣天氣下基于MIT的扇區(qū)流量動(dòng)態(tài)控制模型[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，40（2）：50-57，89.

[2] 張文倩，王瑛，嚴(yán)偉，等.惡劣天氣下的多扇區(qū)動(dòng)態(tài)容量評(píng)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(yè)：交通運(yùn)輸，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：助理工程師，現(xiàn)就職單位：中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局 進(jìn)近管制一室，研究方向：交通運(yùn)輸。