动态空域配置的研究内容

摘　要：

关键词：
　　在动态空域配置框架下研究新的空域运行理念、设计和实现方法，首先需要对当前空域分类、设计和配置模式的运行状况做一个详尽的评估，以便于更好的理解当今的美国国家空域系统存在的限制和约束；这个评估是下一代空域设计概念的基础，在此基础之上，有关动态空域配置的运行概念正在逐步形成，这些概念的形成与发展主要是通过如下途径：调研已有的科技文献；考查空管一线运行状况；采访主题专家；采访各种利益相关者；头脑风暴；来自国内和国际研讨会的信息。
　　空域设计的目标是在尽可能多的地方提供灵活性，仅在必须的地方提供结构性。不同于今天的空域系统，在动态空域配置框架下，空域系统不再依赖于固定的地形地理特征，而是将空域和管制员视为资源，将空域资源和管制员人力资源准确、及时的分配给用户，以满足用户的需求，同时考虑到天气，安全和环境因素。为实现以上目标，需要从以下两方面进行相关的研究。
一.空域的总体组织与管理
　　在可预见的将来，机载设备的性能和地面设备的性能，都会大幅度提高，甚至出现革命性的变化，航迹建模和预测技术也会更为精确；新的运行理念必须充分利用这些新的技术，由此，新的运行理念要求新的空域分类，以及发展新的空域配置模式。新的空域分类的目标是提高空中交通管理运行系统的效率和安全，大幅度减少空中交通流量管理限制，实现航空器自动保证间隔。学者们进行了相关的新的空域分类的研究，提出了一些支持新的空域分类的概念，主要的研究工作体现在以下两个方面。
　　1. 自动保证间隔运行空域
　　自动保证间隔运行空域的研究主要分为三大类：
　　第一类是航空器通过机载设备自行保证间隔。这种未来的机载设备被称为机载间隔协助系统。利用机载监视设备提供的信息，ASAS自动预测航空器的航迹，自动探测冲突，自动向飞机驾驶员发出相应的警告，并计算避开冲突的各种备选航迹，将这些备选航迹提供给飞机驾驶员。飞机驾驶员从各种备选方案中选出一条新航迹并通过飞行管理系统和自动驾驶执行新航迹。在地面的管制员一方，管制员无需为配有ASAS系统的航空器提供间隔服务。如果实施流量管理，对航空器的航迹选择造成限制，那么空中交通管制服务方会将这些限制信息自动提供给航空器。
　　第二类是航空器通过地面设备自行保证间隔。在基于地面设备自动保证间隔框架下，地面自动化设备负责管理航空器之间的间隔；自动化系统自动预测航空器的航迹，探测冲突，计算避撞航迹，通过数据链自动向航空器发布航迹修正许可，管制员监视相关运行，并负责处理例外情况；航空器的机载设备通过数据链接收来自地面自动化设备的相关信息，包括航路、高度、速度等限制信息，飞行管理系统和自动飞行系统会依据这些信息做出航迹修正。
　　第三类是自动保证间隔机群。自动保证间隔机群是一组同向飞行的航空器，管制员可以这组航空器视为一个机群而提供服务。在内部，这些航空器的机载设备性能都很高，可被允许实施自动保证间隔运行。机群的大小、形状、其内部各航空器之间的相对位置可随着时间的变化而变化。
　　2. 空中高速航路
　　空中高速航路类似于地面的快速路，可被用作进场走廊或是离场走廊，以连接繁忙机场和高空空域。进场走廊的入口可以设在下降的开始点，出口走廊的出口可以设在爬升的结束点。不同于地面快速路的静态形式，空中高速航路可根据交通流量和风的情况动态设定。空中高速航路的开启时间和关闭时间和需求状况紧密相关的，还与走廊的物理轮廓和设备状况等相关。                  二.动态的空域配置模式
　　动态的空域配置模式可以减少需求和空域容量之间的不平衡矛盾。当前技术条件下，空域配置模式的能力很大程度上受限于环境因素、安全因素、人的因素、监视能力的覆盖范围和通信能力的覆盖范围。在航路管制区或是终端区，虽然可以合并扇区和分割扇区，但通常其几何形状是预先定义好的，而需求变化和天气变化是无法预先定义的。
　　改变空域的边界线和几何形状，可部分解除甚至完全解除航路容量的限制因素；当航路由于风或其它恶劣天气而改变时，相应的空域也应随之改变以适应航路的变化。如果空域不随航路的变化而做出改变，部分空域就会产生容量-需求不平衡。学者已经提出了“空域调整预案”的概念，在此概念下，空域将会随着国家恶劣天气航路调整预案而做出相应的变化；航路调整预案目前正在国家空域系统中使用，空域调整预案可弥补其带来的需求-容量不平衡，管理者会调整空域以适应航路调整预案，以便不实施或尽可能少实施需求管理的手段来减少扇区堵塞问题。空域配置模式是与空中交通流量管理紧密联系在一起的，在动态空域配置框架下，管理者将会首先采用改变空域配置模式的方法来平衡需求-容量之间的矛盾，而需求管理是第二选择。
　　动态的空域配置模式中，关于动态划分扇区的算法研究，目前共有4类：（1）基于区域的算法，全部空域会被划分为大量的单元，这些单元可以是矩形，也可以是六边形，然后以聚类分析等方法生成新的扇区；（2）基于图形的算法，图由顶点、边、权矩阵构成，机场、航路点扇区边界交叉点都可以充当顶点，边代表航路，边上的权代表该条边上的交通量；（3）基于图形和区域的算法，这种算法将前面两种算法结合到一起，综合考量了两种算法的优势；（4）基于航迹的算法，空域的划分是建立在每个航班的航迹基础上。