[发明专利]空中交通管制扇区动态调整系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空中交通管理技术。

背景技术

在空中交通管理中，飞机在整个飞行过程中由机场管制塔台、终端管制中心、区域管制中心三个管制单位分别提供不同飞行阶段的管制服务。空中交通管制扇区，简称扇区，是实施空中交通管理的基本单元。每个扇区由一名管制员或一个管制员小组负责监视扇区内的飞行活动，指挥飞机避免冲突；并按照飞行计划与相邻扇区的管制员进行信息沟通，做好飞机的管制移交工作。一个扇区能够同时容纳的飞机数量受到管制员工作能力和工作负荷的限制，而空域的扇区配置情况直接决定了整个空域可服务的飞机架次和服务质量。

由于空中交通流量随时间不断变化，高峰值和低谷值差距显著，同时其分布具有明显的区域性，不同区域具有不同的变化趋势。在交通繁忙时段，为保证飞行安全，需要开放更多的扇区以增大空域容量；而当空中交通流量较小的时候，可以将一些扇区合并，以避免不必要的空管资源浪费。这种根据空域中流量变化情况调整扇区配置的扇区管理和使用方式有助于充分利用空域资源、保障飞行安全。

目前使用的扇区调整方式主要有两种，一种是根据预先设定的扇区开放方案，在指定时间拆分/合并扇区，但这种方案是静态的，不能随流量变化而实时调整，空域资源利用率不高。另一种是由有经验的管制主任根据流量的实际变化情况，凭借经验做出扇区拆分/合并决策，但基于经验的流量预测存在比较大的误差，且难以全面判断局部扇区调整对整个空域运行的影响，因此往往不能得到全局最优的调整方案。因此，研究基于精确数学模型的根据空中交通需求和空域结构对扇区进行动态调整的方法有很强的现实意义。

扇区动态调整无论在理论研究还是实际应用方面都已经取得一些成果。2001年，FAA技术中心和Mitre公司等机构研究了在不需要空管自动化系统全面升级的条件下有限动态扇区重划分(LDR)问题和典型案例，研究了空域重组对空管员的工作负荷、势态感知和沟通能力的影响，并对如何实施提出了具体建议。2002年，Gianazza等在扇区基本单元确定的情况下研究了扇区最优组合分配模型和方法。2008年，侯雷坡、梁荣达研究了基于集合划分模型的扇区动态调整问题。在空中交通管理的实践中，考虑到平衡流量和减少延误的作用，动态调整扇区的方法越来越得到重视，但目前扇区动态调整的操作主要根据管制员的经验设定调整方案，并没有将基于优化模型的精确方法投入使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能够根据空中交通流量情况动态地调整扇区组合的，且能充分利用空管资源，并能保证飞行安全的空中交通管制扇区动态调整系统及方法。

为达到上述目的，本发明所述空中交通管制扇区动态调整系统，包括：

可行扇区组合生成模块，基于空域数据库中的各扇区数据，生成可供优选的可行扇区组合的集合；

历史飞行数据分析模块，基于雷达历史数据，计算各扇区的历史管制工作负荷系数，并依此系数预测未来各扇区的管制工作负荷系数；

实时雷达数据处理模块，依据雷达实时读入的当前航班位置和飞行状态信息，计算航班进入各扇区的时间，并依此预测各扇区的航班流量；

当日飞行计划处理模块，计算航班按飞行计划进入各扇区的时间，并依此预测各扇区的航班流量；以及，

扇区动态调整方案制定模块，基于上述各模块输入的数据，计算出各扇区内的管制工作负荷，并依此结合已建立的最优扇区组合选择模型计算出所述可行扇区组合的集合中的最优扇区组合。

进一步地，还包括一方案评价与后处理模块，用于更新空域数据库中的扇区数据以及最优扇区组合选择模型。

进一步地，所述的管制工作负荷包括监视工作负荷，冲突工作负荷，一般协调工作负荷以及军民航协调工作负荷。

本发明空中交通管制扇区动态调整方法，包括以下步骤：

(1)基于空域数据库中的各扇区数据，生成可供优选的可行扇区组合的集合；

(2)基于雷达历史数据，计算各扇区的历史管制工作负荷系数；

(3)依据雷达实时读入的当前航班位置和飞行状态信息，计算进入各扇区的航班流量；

(4)依据当日飞行计划，计算进入各扇区的航班流量；

(5)基于上述历史工作负荷系数以及航班的实时流量和计划流量，计算各扇区的管制工作负荷，然后，基于最优扇区组合选择模型计算出所述可行扇区组合的集合中的最优扇区组合。

进一步地，还包括方案评价与后处理，具体实现包括以下步骤：

获得调整后的扇区数据；

更新空域数据库；

计算更新后空域数据库中各扇区的管制工作负荷；

评价调整方案，并更新最优扇区组合选择模型。