區域管制扇區動態劃設方法研究及其應用

【摘 要】目前我國的空域容量已經不能很好地滿足民航運輸發展的需要，空域的實際容量主要受限于管制員的業務素質和承受能力。為了提高空域的實際容量，一種方法就是扇區重新劃設，另一種方法就是給管制員提供決策輔助工具，從而降低管制員的工作負荷。提供科學合理的扇區劃設方案，實現管制員工作任務的合理分配，從而增加空域容量，提高空域利用率，已經成為空管部門面臨的緊迫問題。目前的扇區劃設方案主要有靜態的和動態的兩種，靜態的方案不能隨流量變化適時劃設，動態的可以隨著流量的變化實時統計管制員工作負荷并作為依據進行扇區劃設，具有很強的現實意義。迄今為止對于靜態劃設方案的研究比較多，動態劃設方案研究起步較晚。與傳統的靜態扇區劃分相比，動態的區域管制扇區劃分是根據流量的變化來反映統計管制員的工作量，更加準確且有很強的現實意義。通過動態的管制區域劃分，能夠給管制員安排適當的管制范圍，從而保證了在空域容量不變的情況下，提高空域運輸的實際能力，而區域管制扇區的動態劃分方法比較復雜，我國把研究的重點放在了靜態扇區的劃分方面，所以加強動態扇區的管制劃分具有非常重大的現實和理論意義。

【關鍵詞】區域管制；扇區動態劃分；方法研究；用途分析

隨著經濟的飛速發展和科技的不斷進步，我國的交通事業獲得了很大程度發展，不僅道路方面承受著非常大的壓力，空中的交通也面臨著嚴峻的考驗，這時空中交通管制員的能力就顯得非常的重要，但是要想充分發揮管制員的工作能力，還需要對其管制區域進行準確的劃分。傳統的靜態劃分方案不能隨著空中交通量的變化而改變，所以必須采用動態的區域管制劃分方案，來保證空中交通的順暢。通過分析區域管制扇區的動態劃分的特點以及應堅持的原則等，來選擇適當的劃分方法，并驗證這種劃分方案的實際作用。

1.動態區域管制扇區劃分概述

1.1區域管制扇區劃分的含義及原則分析

為了適應日益增長的空中交通量并提高運輸效率，將天空劃分為若干的扇區，并派駐管制員來負責相關的區域交通。而扇區的劃分要遵循一定的原則，首先，確保扇區范圍內有雷達信號，否則管制員就很難開展管制工作。其次，劃分扇區時要兼顧到管制員的工作能力和工作量，一方面管制員要勝任扇區的管制工作，這是保證空域交通順暢進行的重要環節，另一方面扇區的范圍應該是管制員能夠兼顧到的，否則他們的管制工作就會陷入混亂。再次，劃分空中管制區域要結合飛行器的性能和飛行類型，如果出入的是飛行速度快的飛行器，那么扇區的范圍可以大一些，反之則可以小一些，他們的轉彎問題就能得到較好的解決。

1.2影響區域管制扇區動態劃分的因素

區域管制扇區的動態劃分影響因素會更多一些，除了靜態方案的影響因素如航線的數量、交叉點及位置、管制員的能力、雷達的覆蓋程度等，還要考慮到工作負荷應該趨于平衡，否則過高或過低的工作負荷都會影響到管制員正常能力的發揮；充分利用管制人員，對于區域內飛行器的活動有動態的掌握，然后據此充分發揮每個管制員的積極主動性和管制能力；其他單位的配合情況，如飛行過程中出現故障的預警及事故處理單位的分布情況等因素。

2.區域管制扇區動態劃分的方法分析

2.1空域拓撲結構的建立

空域拓撲結構的建立是解決區域管制扇區劃分所必須經歷的過程，因為管制的空域實際上是由導航臺以及飛行位置報告點等組成的航路點構件的，而航路點與航線代碼和經緯度信息又可以被空域結構數據庫所捕獲并建立拓撲結構數據庫。利用G=（V，E）來代表空域結構，而V-P代表著導航點的集合數，n-p代表的是導航點的數量，n-s代表的是區域邊界點數量，E代表的是相鄰航路點連線的集合，n-e代表的是航路段的數量等，最后可以得出：

V=

v

，v······

，v

V=

v

，v······

，v

E=

e

，e，······

，e

而空域結構G又可以表達成n-v×n-e階段的導航點和航路階段相關聯的矩陣，則：

G=

g=

g

g ···

g

g

g ···

g

··· ··· ··· ···

g

g ···

g（i=1，2...n_P；i=1，2...n_e）

在這個公式中就可以發現，當航路點vi和航段ej有關時，則表示航路點vi是航路段ej的端點之一，那么gij的值是1，要么就是0，它代表這個航路點vi跟航段ej沒有什么關系，由此就通過矩陣建立了航路段和航路點之間的拓撲關系。此外還能根據飛行的計劃 來確定各條航線上的航段的情況。

2.2區域管制扇區的動態劃分參數分析

要對規定的區域進行動態劃分，必須對扇區的動態劃分參數進行分析。其中每個管制員的工作量是不斷變化的，隨意進行扇區邊界的改變，會因為管制員交接工作過程中產生的誤差或者管制員對新扇區的了解不足等問題，給實際的區域管制工作造成很大的困擾，因此要對扇區內的一些參數進行動態的劃分和管理，在對扇區進行優化處理時，首先，通過定義優化的時間即T-P為參數。這樣就可以根據一個固定的時間來檢查各個扇區的工作量的變化情況，把管制員工作負荷最大的時間作為扇區重點優化的時間。其次，扇區內部可能出現的最大工作量也要進行數值的設計。用W-MIN代表扇區內工作負荷最小的值，并把統計它的時間設計成只占總統計時間的10%左右，把W-MAX作為扇區內最大的工作負荷值，一旦扇區管制人員的工作負荷超過了這個值，就要把工作量或者扇區進行劃分，對它的統計時間約占到總統計時間的80%左右。再次，扇區的數量N-S是必須要參考的標準，而且最佳的扇區數量也可以根據扇區數目的固定值來計算出來，而且扇區內每個管制人員的工作量一定要在統計時間中任務量的80%以內，否則管制人員的能力就不能正常的發揮出來。

2.3建立扇區優化設計的模型

根據前面分析的，管制員的工作時間應該不超過總工作時間80%，否則工作效率就會慢慢的下降，一旦他們的工作量超過標準的工作量，就需要對他們的工作區域進行劃分，這樣才能滿足空域飛行安全性以及通暢性的要求，由此得出管制空域最小的扇區數NS的公式：

Ns=misn

其中T代表的是研究的時間，WT代表區域管制的總工作負荷。此外還要通過均衡工作負荷以及滿足扇區設計原則的情況下結合優化設計思想進行扇區的劃分，其計算模型則是，目標函數如下：

J=min

在這個公式中約束的條件要達到Zi≤80T%，而且公式中Zi（i=1，2，...Ns）代表的是扇區內的工作負荷總量。

3.結束語

隨著我國交通運輸業的快速發展，空中交通管理問題越來越突出，區域管制人員承受的工作壓力日益加大，所以必須對空中區域管制進行準確的劃分。通過動態區域管制扇區的劃分，對空中交通情況能起到非常大的改善作用，也為我國空域交通管制提供了新的研究思路。 [科]

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