空中交通流量管理中的扇區容量評估研究

余浩然

摘 要：交通管制運行品質需要受到較多因素影響，其中對流量水平判斷最為精確的就是扇區容量。目前，扇區管制人員在日常工作過程中，主要是通過負荷閾值對扇區容量進行判斷，但是這種評估方法在實際應用中存在一定局限性。為了能夠有效對扇區容量評估方法進行完善，本文主要對交通流量管理中扇區容量評估進行分析研究，希望能夠對扇區容量評估進行完善。

關鍵詞：空中交通管制；運行品質；扇區容量；主成分分析；綜合評價

前言：扇區容量主要反映空中交通交流，空中交通流量管理水平提升前提是對扇區容量正確評估。按照國際民航部門推薦的法規，在對扇區容量類別劃分上，直接對交通管制人員工作負荷進行判斷，同時從時間角度，對管制人員工作負荷進行科學合理評價，交通管理人員在達到規定工作數值上所對應的交通流量數值，就是容量值。現階段，扇區容量評估上，主要還是對管制人員工作負荷進行轉變，進而對空中交通進行約束。但是扇區流量影響因素較多，現階段扇區容量評價方式應用過于局限。

1、扇區容量評估策略

1.1評估流程

1.1.1確定綜合評價指標

現階段，扇區管制運行品質主要受到四方面因素影響，分別為交通流密度、管制運行安全性能、管制運行效率性能與管制人員工作負荷。在對扇區管制運行品質判斷上，主要從三個方面進行判斷，分別為成熟程度、指標綜合程度與典型程度。在綜合評價指標確定過程中，還需要借助專家調查法采集有關數據信息，從而保證扇區管制運行綜合評價指標的科學合理。

1.1.2收集原始數據

扇區容量評估需要以有關數據信息作為前提條件，進而在評估之前，需要對扇區容量與有關基礎數據進行統計，保證扇區容量評估具有充足數據作為保證。與此同時，按照數據類別，構建樣本集合[1]。

1.1.3主成分分析

在對扇區管制運行品質綜合評價指標有關數據采集完畢之后，需要對扇區管制運行品質主成分進行分析研究，分析之后所得出的綜合得分可以作為扇區管制容量評價的結果。

1.1.4擬合分析

在得出空中交通流量管理與扇區容量數據綜合評價結果之后，還需要對綜合評價結果進行擬合研究，綜合評價高區間數據就是所對應的就是扇區流量，也就是扇區容量結果。

1.2主成分分析法

主成分分析主要是利用降維技術，對多個變量內所包含的主成分統計分析方法。這些主成分內包含了大量信息，能夠有效對原始變量進行反饋，正常情況下，主要體現的為原始變量內線性組合。主成分分析法需要以有效信息作為前提條件，讓主成分包含多維指標內容，這樣所得出的評價結果更加科學合理。

主成分分析法原理為：假設Z={Z1，Z2，Z3，Z4，....Zn}，其中n為隨機變量，M={M1，M2，M3，M4，....Ma}，其中a為隨機變量，a小于n。要是存在M=ZU關系結構，同時符合一定要求，這樣就可以將Mi判斷為原變量Z的主成分。

按照以上關系式可知，U為Z方程式的n個特點數值，同時對應針對集合。在對貢獻率判斷上，主要利用M和Z特征數值之和，同時對原始變量信息進行衡量。正常情況下，在保證信息不受到影響的情況下，僅僅利用幾個主成分數據，就能夠顯示出原始變量特點，真正落實降維目標[2]。

2、實例分析與驗證

本文在對空中交通流量管理中的扇區容量評估分析研究中，就以某進近南在終端區進場與進近管制職責作為研究案例，進行實際案例分析。

2.1扇區管制運行品質指標確立及采樣

按照研究人員所給予的建議，筆者一共選取了7個原始數據進行分析研究，進而對扇區管制運行品質進行綜合評價，這7個原始數據分別為扇區飽和度、跑道跟進到達航空器間隔余度均值、終端區到達航空器平均延誤時間、跑道跟進到達航空器間隔余度方差、終端區到達航空器延誤架次率、扇區短期沖突告警頻度、扇區管制工作負荷。本次分析內所應用到的數據，全部都是以北京時間作為判斷依據，一共統計了將近200個扇區管制運行品質數值，按照扇區流量數據，形成樣本集合。

2.2扇區管制運行品質綜合評價

在對扇區管制內原始數據預處理過程中，需要應用MSTLAB7.1標準，在進行主成分分析算法之后，將原始的7組數據劃分為四種主成分，同時將原始數據進行降維處理，計算出樣本綜合分數。綜合分數要是較高，也就表示在該段時間內，扇區管制質量良好；反之綜合分數要是較低，表示在該段時間內，扇區管制質量較低[3]。

2.3扇區容量評估

在對原始數據評估過程中，應用的標準為MATLAB7.1，在對扇區管制流量分析的同時，還對管制運行品質進行分析，進而得到擬合結果。如圖一所示，為利用高斯函數進行擬合所得到的結果。

由圖一可知，某進近南扇區交通流量大約為每小時29架，在對該進近南扇區空中交通流量管理中扇區容量評估之后發現，扇區容量評估數值基本上停留在高分位上，所得到的結果對該扇區容量配置調整具有指導作用。

2.4評估結果

本文在對空中交通流量管理中扇區容量評估分析研究中，以某進近南扇作為研究案例，對空中交通管制運行扇區容量評估方法進行了闡述，在研究之后發現：首先，數據在采集過程中具有一定隨機性，這就需要對這空中交通流密度與管制運行安全性能進行確定，有效降低不同因素對扇區綜合評價指標所造成的影響；其次，扇區容量需要受到較多因素的影響，這些因素的重點內容就是管制運行品質水準。現階段，扇區容量評價在落實過程中，主要通過扇區管制人員工作負荷數值進行判斷，這種判斷方式具有局限性。按照實際案例，從各時間段管制運行品質進行判斷，能夠有效對扇區容量評估結果進行全面反映[4]。

結論：本文在分析研究中，是以大量原始數據作為分析前提，對扇區容量調整具有重要作用，但是這種評估方法并不適合在戰略規劃階段過程中的扇區容量進行評價，所以在今后分析研究中需要不斷進行完善。

參考文獻

[1]王紅勇，劉文，趙嶷飛.一種基于交通流模式的扇區運行容量計算方法[J].交通運輸系統工程與信息，2014，06：188-193.

[2]王紅勇，趙嶷飛，王飛，溫瑞英.空中交通管制扇區復雜度評估研究[J].交通運輸系統工程與信息，2013，06：147-153+183.

[3]張穎，謝華，胡明華.確定性空域容量約束下的區域流量管理優化模型[J].西南交通大學學報，2012，02：348-354.

[4]梁海軍，楊紅雨，楊波，劉洪，陳正茂.流量仿真中虛擬管制員模型的研究[J].計算機科學與探索，2013，03：247-253.