基于空管應急處理的航班沖突研究

任杰　任嵩

摘 要：隨著我國民航業高速發展，空中交通流量快速增長，空中交通系統面臨越來越嚴重的機場擁擠和空域擁擠，需面對的飛行突發事件越來越多。在發生飛行突發事件時，空管的處置對于保證生命安全，減少財產損失，將災害的影響降到最低有著不可替代的作用。文章對航班突發事件做了簡單介紹并分析了突發事件產生的原因，針對其中的空管應急預案進行了深入研究，并且建立了空管應急處理的流量控制模型。結果表明該模型比FCFS模型更具經濟優勢。

關鍵詞：飛行突發事件；應急處理；FCFS

中圖分類號：V355 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0077-04

Abstract： With the rapid development of our civil aviation industry and the rapid growth of air traffic flow， the air traffic system is facing more and more severe airport congestion and airspace congestion， facing more and more flight accidents. In the event of a flight accident， the disposal of the ATC will play an irreplaceable role in ensuring life safety， reducing property losses and minimizing the impact of disasters. This paper briefly introduces the flight accidents and analyzes the causes of the emergencies， conducts in-depth research on the ATC emergency plan， and establishes a traffic control model for ATC emergency response. The results show that this model is more economical than the FCFS model.

Keywords： flight incidents； emergency treatment； FCFS

引言

由于近年來民航事業的發展，航空器數量激增，使得空域擁擠，管制員壓力增大。且航班飛行突發事故具有突發性，其事態的發展具有一定的不確定性和需要迅速決策的特點，所以對事故處置是否迅速且正確，對事故的后果將起到決定性的作用。

目前，國內外專家、學者對航班沖突進行了一些相關研究。文獻[1]深入研究進場航空器的優化排序與調度，論文基于航空器四維軌跡預測，采用相關優化算法，研究進場航空器的優化排序與調度，并構建相應原型系統；文獻[2]對著陸飛機排序問題進行了仿真計算；并與先到先服務算法、模擬退火算法、蟻群算法進行了對比研究。文獻[3]建立了以時延作為目標函數的數學模型，然后引入分支策略選擇出發點、偽隨機比例分配選擇下一架飛機以及遺傳變異因子對當前解改進等以改善經典蟻群算法，并定義了對終端區飛機進場調度的具體算法；文獻[4]采用協同航班調度策略和多目標優化調度模型，研究了多跑道降落航班的協同調度問題；文獻[5]考慮終端區系統自身的復雜性和影響因素的隨機性，當前多采用計算機仿真技術對終端區沖突進行評估。

1 航班突發事件的認識

廣義上講，民航突發事件是指民航系統認識范圍之外或工作計劃之外突然發生的，對其利益造成潛在威脅或造成損害的事件。這些事件既會對民航界的安全產生潛在威脅，也會對消費者的心理產生難以恢復的陰影。

狹義上講，民航突發事件[6]是指在民航領域，一定地理區域內發生的大規模、對人民群眾生命財產造成嚴重威脅或損壞的、負面影響強的事件或災難。

1.1 航班突發事件的特點

民航突發事件具有以下特點：突發性，成因的綜合性，緊迫性，后果的雙重性，不確定性，一定的可預防性。

突發性是指事件往往是多種誘因相互作用的后果，因為某些因素自身具有突發性和隨機性的特點，所以使得突發事件的發生具有突發性，隨機性，突發事件不期而至，令人措手不及，而且客觀條件的變化具有突然性，人們往往難以預料事件下一步的發展。

成因的綜合性是指航班飛行涉及到航空公司，空中交通管理，機場服務三大部分。與飛行、機務、航管、空中服務，地面保障，等多方面的協調，組織和指揮密切相關，而且其組織協調受到自然環境和社會環境的影響較大，導致引發航班突發事件的原因也具有綜合性，即通常是由人的失誤，外部環境的突然變化，飛機故障或失控等相互作用造成的結果。

緊迫性是指航班飛行突發事件具有變化快且變化方向不確定等因素，所以對于航班飛行突發事件的反應和處理時間都十分緊迫，任何遲緩都會造成嚴重的后果和重大損失。

后果的雙重性是指航班飛行突發事件如果不能及時得到有效正確的處理就會造成嚴重的后果，一方面是對人的生命財產和社會、環境等造成的損壞，另一方面是災害發生后產生的社會心理影響，由于信息傳播管道多，速度快，使災害的影響迅速擴散，如果處理不及時就會造成嚴重的社會影響，包括引起部分人對乘坐飛機出行產生不安或恐懼以及對發生不安全事件的航空公司的聲譽及形象造成負面影響。

不確定性是指突發事件的潛伏，爆發，發展，結束的規律和趨勢不易為人所準確把握。

一定的可預防性是指航班突發事件事出有因，如果能夠預先控制突發事件的原因，就能在一定程度上預防事件的發生。通過檢測，識別，診斷，預控，及時解決機械故障并糾正人為失誤，改善機場，航空公司，空管部門的管理水平，加強系統化的預警管理等可在一定程度上降低突發事件發生的幾率。

1.2 航班飛行突發事件的分類

按照是否為航空器突發事件分類，分為航空器事件和非航空器事件。航空器事件包括航空器飛行中故障、飛機緊急迫降、航空器失事、航空器遭遇劫機等，非航空器事件包括惡劣天氣、自然災害、機場設施出現非正常情況、飛機上發生嚴重違法事件等。

根據飛行突發事件的嚴重程度分類。分為飛行事故和飛行事故征候。

1.3 航班飛行突發事件原因

在復雜的人機環系統中人是主要因素。包括飛行機組、空管人員、機務人員、管理人員等。在飛行中，機組是保證飛行安全的主要人員，當然這還需要空管的指揮與簽派的協調等各方人員的相互配合與協調。在飛機的安全運行中必須始終考慮人的因素。

2 基于空管應急處置的流量控制模型

各約束條件意義：

式（1）表示各交叉航路上流量不超過其容量；

式（2）表示航路交叉口的流量不超過其容量；

式（3）表示一個時間t只能分配給一個航班f

式（4）表示一個航班f只能分配一個時間 t；

式（5）表示分配的時間不能早于預計到達交叉口的時間；

式（6）表示航班的延誤時間不超過相應最大延誤時間；

式（7）表示通過航路交叉口的兩個相鄰航班的時間間隔不能小于規定的最小安全間隔；

式（8）表示變量Yf，t的取值，取值為1時表示時間t分配給航班f，取值為0時表示此時隙不分配給該航班。

2.2 航班優先級的考慮

考慮到使延誤帶來的經濟損失盡可能小，需要優先考慮延誤損失較大的航班，所以需對航班進行優先等級劃分。優先級的劃分主要考慮機型、飛行任務的性質（如包機、定期航班、專機、調機飛行等）、實際載客人數、是否為連續航班等屬性，根據各屬性對航班的影響程度的大小，分別對各屬性a賦一定的權值αa（0≤αa≤1），由于航班的延誤損失是所有屬性綜合影響的結果，所以對于每個航班f賦予總權值αf，該總權值應滿足：αf=a可以用總權值衡量航班的優先等級，即總權值越大，表明該航班越重要，優先級越高；對于總權值相等的航班，則按照FCFS排序。由于總權值越大的航班在相同延誤時間內造成的延誤成本越大，所以賦予不同航班對應的延誤損失系數βf，該延誤系數與航班優先等級成正比，βf=kαf（k>0）。設優先級最高級別為1級，排在最前面，其他級別依次往后排，優先等級高的航班可優先分配航路匯聚點預計到達時間之后滿足約束條件的最早時間。

2.3 模型建立

交叉口匯聚航班排序算法步驟如下：

3 實例分析

識別對象集和指標集的確定

本文使用兩條匯聚航路，即x=2，所用航班數據為北京首都機場某日10：00到11：00之間的部分航班的數據，如表1所示：

如表2顯示，我們邀請民航一線管制人員和相關專家進行打分確定各部分權重比例。如表中所示載客量越多的航班所占的比重越大，連續航班、專機的航班的比重遠遠大于非航班、其他飛行任務的航班。

首先，數據賦初值。設連續航班與非連續航

班的最大可延誤時間分別是Df，max={20min，60min}；

令k=1，？茁f=？琢f；航路R1上的航班容量C1=15，航班集合

f={f11，f12，f13，…，f110}。預計到達交叉口的時間為ESt=10：20，10：22，10：25，10：28，10：32，10：36，10：40，10：42，10：46，10：49；航路R2上航班容量C2=15，R2上航班集合為f={f21，f22，f23，…，f210}，預計到達交叉口的時間為ESt=10：21，10：24，10：26，10：31，10：35，10：38，10：41，10：43，10：48，10：51；按照預計到達時間的先后給航班機型排序A=H，H，L，M，H，L，H，H，M，M，L，M，L，M，H，L，L，M，H，L，

給各航班分配的時間為AC={10：20，10：23，10：26，10：29，10：32，10：35，10：38，10：41，10：44，10：47，10：50，10：53，10：56，10：59，11：02，11：05，11：08，11：11，11：14，11：17}

表3為用本模型和FCFS算法得到的仿真結果。

由表3可以看出通過控制飛機間隔使預計在10：20-10：51內到達受控空域的20航空器減少為11架，達到了控制流量的目的，同時在給航班排序時由于考慮了航班的優先級，相比FCFS算法，航班延誤時間雖然相同，但是航班延誤成本得以減少。

4 結束語

我國空域擁擠，航線密集，交叉航線不在少數，同時，隨著民航業的迅速發展，航空器大量增加，航路擁擠。在發生突發事件或由于特殊情況導致空域容量降低時，需要通過控制空域入口流量來控制進入空域的流量，有時也需要解決航路匯聚處的航班沖突，因此流量控制不可避免，但是應考慮在保證安全的前提下使航班的延誤成本降到最低，通過算例仿真，本模型比使用FCFS算法更具有經濟上的優勢，更具實用性。不足之處，樣本選取較少，航班屬性所占的權重是通過一線管制和專家給出，主觀影響大，所用模型仍存在一定的缺陷，有待進一步的改進。

參考文獻：

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