恶劣天气下的多扇区动态容量评估方法研究

摘 要 随着我国航空产业的不断发展，其中所包含的信息流动也愈发频繁，这对容量评估技术也提出了更高的要求。基于此，本文提出了多扇区动态容量评估方法，对扇区容量影响因素加以分析并建立了管制员工作负荷模型，最后对恶劣天气对飞行的影响、航路阻塞模型以及多扇区动态容量评估模型进行介绍与评估。

关键词 恶劣天气;多扇区;动态容量评估

引言

近年来，我国航空运输事业飞速发展，同时也带动了经济节奏与交易频率。面对人员、物资、信息的加速流动，建立合理的容量动态评估机制十分具有必要性。提升容量动态评估机制精准度可以有效优化容量和流量的匹配与空域的规划工作，从而提升空域的利用效率，促进我国航空运输事业的进一步发展。

1影响扇区容量的因素

影响扇区容量评估的因素主要包含两个方面，一方面是扇区结构复杂性，受到空域因素和航路航线因素的影响;而另一方面是交通流复杂性，该方面具备动态性与不确定性。除了以上两种因素，天气因素会造成扇区容量变化，如果在实际情况下不对恶劣天氣因素加以考虑，评估中也就不能反映动态性规律与空中的实际运行情况。因此，可以用雷达回波图划分恶劣天气的等级，考虑不同强度恶劣天气对扇区容量的影响，并通过雷达回波强度以及颜色获取更为直观的区域气象信息情况，进一步减少航班累积延误[1]。

2管制员工作负荷模型

管制员工作负荷模型是扇区容量评估的基础，对管制员完成任务的时间加以分析可以有效确立容量的大小。通过对实际飞行情况加以分析，可以将管制员的工作负荷分成管制无冲突航空器的常规负荷以及有冲突过程的非常规负荷两类。其中，常规负荷包含航空器路径与执行任务，例如雷达接收识别、管制移交、设备操作等;而非常规负荷主要包括思考时长、解决冲突以及管制协调等。在现阶段的空域管理中，各个扇区并不是独立的，受到扇区结构和交通流两大因素的影响，进而可以分为静态耦合度和动态耦合度[2]。

3多扇区动态容量的评估方法

通过分析多扇区耦合下管制员工作负荷与流量之间的关系进而可以得出二者的函数关系。航路容量是扇区容量评估的基础，因此第一步需要完成航路阻塞模型的建立。针对空域建立初始拓扑结构，其中，节点就是航路点，边就是航段。各类节点包括机场、航路以及交叉点形成一个点集V，并通过自然点vi生成voronoi多边形形成一个基本空域单元。每一个扇区内部都包含着多个空域单元，并且相邻的扇区之间存在着耦合关系。当产生恶劣天气时，航路受到影响，进而空域系统中的voronoi块也会形成堵塞，进一步对航路造成不同程度的影响。

通过对应区域的雷达回波强度可以表达出单个voronoi块的阻塞值bi的关系式：

在以上的关系式中，bimax和bimin分别对恶劣天气情况下该voronoi块的最大阻塞值以及最小阻塞值进行相应地表示。

根据调查显示，单个voronoi块对航路产生的影响与相关顶点到航路的距离成正比，也就是说，自然点到航路的距离越小，航路的阻塞情况也就越严重。因此，通过以下关系式可以表示由扇区Sk内自然点vi所生成的voronoi块对航路Lr产生的影响权重：

通过对以上两个关系式的结果进行分析，也就是恶劣天气下voronoi块的阻塞赋值以及voronoi块对航路产生的影响权重，进而可以得出航路Lr对扇区Sk的阻塞模型表达式：

进而通过最大流最小割理论，在一个网络流中，该网络流的最小割的容量决定了中点到汇点的最大流量，也就是说，研究空域中阻塞最严重的扇区是经由航线容量决定的。因此将以上的研究内容相结合，多扇区空域系统中航路Lr的阻塞模型可以用以下关系式表示：

3.1 多扇区动态容量评估模型

扇区动态容量表示的是指将扇区内堵塞的区域进行排除后剩余的可用容量，同时可以用航路Lr的可用率进行表示。根据以上内容对航路阻塞模型的建立与分析，航路Lr在多扇区空域系统可用率的关系式表示如下：

通常情况下，多扇区的正常容量是采用天气状况良好时各航路运行容量相加的总和进行表示，而当遇到恶劣天气条件时，每条航路的可用率也会受到不同程度阻塞的影响而出现变化，在这样的情况下，恶劣天气下的多扇区动态容量模型可用以下关系式表达：

在以上的表达式中，wr表示天气状况良好时航路Lr的交通流量与整个多扇区空域系统中包含的交通流量的比例，并通过计算典型繁忙日内的运行状况确认。

4结束语

综上所述，在航空领域引入多扇区动态容量的评估方法可以有效促进容量测算与评估系统的优化。空域交通管理决策的有效前提就是管制扇区容量评估，同时，为了提升扇区动态划分的便捷程度，可以在其中加入耦合性，并完成恶劣天气对航路影响的考量，进而为相关工作提供有利信息，提升容量评估的精确性。

参考文献

[1] 王兴隆，赵密，黄宝军.恶劣天气下基于MIT的扇区流量动态控制模型[J].武汉理工大学学报，2018，40（2）：50-57，89.

[2] 张文倩，王瑛，严伟，等.恶劣天气下的多扇区动态容量评估方法[J].火力与指挥控制，2019，44（3）：126-130，140.

作者简介

刘一凡（1994-），男，山东省日照市人;专业：交通运输，学历：大学本科，职称：助理工程师，现就职单位：中国民用航空华东地区空中交通管理局 进近管制一室，研究方向：交通运输。