空中交通流量管理系統試驗報告

1、對空中交通流量管理系統的認識 在之前的空中交通管理基礎 課程中， 我們學到空中交通管理主要包括空中交通服務、 空中交通流量管理和空域管理三個方面。 空中交通服務包括空中交通管制服務、 飛行情報服 務和告警服務。 空中交通管制服務的任務是防止航空器與航空器相撞及在機動區(qū)內航空器與 障礙物相撞， 維護和加快空中交通的有序流動。 飛行情報服務的任務是向飛行中的航空器提 供有助于安全和高效地實施飛行的建議和情報。 告警服務的任務是向有關組織發(fā)出需要搜尋 援救航空器的通知， 并根據需要協助該組織或協調該項工作的進行。 空中交通流量管理的任 務是在空中交通流量接近或達到空中交通管制可用能力時， 適時地進行

2、調整， 保證空中交通 量最佳地流入或通過相應區(qū)域， 盡可能提高機場、 空域可用容量的利用率。 空域管理的任務 是依據既定空域結構條件，實現對空域的充分利用，盡可能滿足經營人對空域的需求。隨著我國民航事業(yè)迅猛的發(fā)展， 航空器的數量不斷增加， 經常出現這樣的問題， 在一年 的某些時期內、 在一個星期的某些時間內和在一天的某些小時內， 某一空域、 某一航線上飛 機過于集中和擁擠或因氣候等其他原因造成某一空域的空域管制中心的管制能力無法應付 的局面，為此， 往往通過流量控制的方式解決問題。隨著國內飛行量的增加，因流量控制造 成的航班延誤量日益增加， 流量管制原因和流量管理誘發(fā)的其他原因已成為造成航班延

3、誤的 主要原因之一。 同時，流量控制措施常常導致在起飛前的飛行延遲、飛行中的等待、使用不 經濟的飛行高度層、 改變航線或改航、 打亂班機時刻、 給航空器經營人帶來經濟與燃油損耗、 機場或候機樓的擁擠和旅客不滿意等多種負面影響。因此，空中交通流量管理 (ATFM) 成為 民航當前極為迫切的任務。國際民航組織對空中交通流量管理定義為： 為有助于空中交通安全， 有序和快捷的流通， 以確保最大限度的利用空中交通管制服務的容量并符合有關空中交通服務當局公布的標準 和容量而設置的服務。 它的目的主要是為空中交通安全、 有序和流量的加速提供服務， 確保 最大限度地利用 ATC 容量， 為飛機運營者提供及時、

4、 精確的信息以規(guī)劃和實施一種經濟的 空中運輸，以盡可能準確地預報飛行情報而減少延誤。 ATFM 是 ATM 的主要組成部分。隨 著我國民航運輸量的不斷攀升， 空中交通流量日益增加， 空中擁堵具有很高的必然性。 通過 對過去的工作分析，我國空中交通流量管理需要克服以下幾個方面的問題： 1、航班量迅速 增加。在過去的 10 年里，中國大陸民航的實際航班飛行量年均增長都在15%左右，再加上航班活動范圍主要集中在北京， 上海，廣州，成都以及一些沿海城市，進一步加大了空中交 通管理系統均衡流量和處理沖突的工作負荷。2、空域管理存在的問題。目前，中國大陸只有一小部分的空域開放為民航使用， 空域的開放程度嚴

5、重不足， 這與空中交通發(fā)達國家 90% 左右的空域用于民航形成強烈反差。3、惡劣天氣的影響。盡管現代航空器都安裝了先進的航行設備，但仍然不能完全抵御低云低能見度、雷暴和臺風等惡劣天氣的影響。4、空軍活動的影響。 一旦空軍活動開始， 就會帶來相關空域不能使用以及相應高度不能飛行等相關問 題，這使得本來就狹小的民航空域變得更小， 機動余度變得更小， 勢必會造成進入該區(qū)域的 航班空中擁擠，造成航班延誤。 5、嚴重缺乏空中交通流量管理的技術手段。多年來中國民 航以空中交通管制服務兼顧空中交通流量管理的作業(yè)方式， 在空中交通活動增加到較高的水 平時， 干擾了正常的交通管制服務， 影響了安全， 與此同時，

6、 也很難達到完善空中交通流量 管理的目的。隨著國際民航、 中國民航的發(fā)展， ATFM 越來越體現出其重要性。 流量管理系統在國際 上起源于本世紀 70 年代中期，最初是為了緩解局部航運阻塞而設計和開發(fā)的專用系統，狀 況與我國現在的狀況較為相似。經過 80 年代和 90 年代的發(fā)展，已成為 ATM 系統中必不可 少的重要組成部分。 他們的共同特點是： 擁有中央數據庫的支持、 專門的流量管理部門和先 進的流量管理系統。在歐洲，1989年成立了 CFMU （中央流量管理機構），為ECAC（歐洲民用航空委員會） 的所有成員國提供 ATFM服務。CFMU建立在ICAO的CTMO （集中ATFM組織）概念

7、基 礎上，到 1995 年底，已初步在歐洲提供以下技術設備：有關空中交通需求的戰(zhàn)略數據庫、 綜合初始飛行計劃的處理系統、 包含飛行計劃的戰(zhàn)術數據庫、 利用戰(zhàn)術數據的工具， 特別是 間隔自動分配功能、連接 CFMU與FMP （流量管制席位）和 AO（ IFR飛行和通用航空的 用戶）的數據網絡、進行 ATFM 規(guī)劃和質量控制統計的檔案數據庫。在日本，于 1988 年設計 ATFM 系統概念， 1991 年開始開發(fā)， 1993 年基本完成投入使 用， 主要由流量管理中心和四個區(qū)域管制中心和主要機場終端組成。在美國，FAA （美國聯邦航空局） 采用ETMS （增強的交通管理系統） 用于ATM服務。 其

8、中重要組成部分為 ASD （航空器狀態(tài)顯示器），安裝在ATSCC （空中交通系統指揮中心） 和 20 個 ARYCC （航路交通管制中心）和一些需要的 TRACON （終端雷達進近管制）設施 內，實現其 流量管理功能。整個系統在 ATM 系統集成、監(jiān)控告警、解決方案、專家系統 及評估和易于擴展方面，均顯示了其強大的功能。我們在實驗室學到的交通流量管理系統主要是通過綜合考慮空中交通容量評估模型多 約束條件 （操作區(qū)域，隨機波動因素， 噪聲， ATC 管制規(guī)則，系統延遲） 、天氣變化、 通信、 導航和監(jiān)視設備的性能、空域結構與程序的調整以及系統保障能力的改變對空域容量的影 響，并結合管制員工作負荷

9、，將空中交通容量評估模型擴展為單機場、多機場、單終端區(qū)、 多終端區(qū)、 單區(qū)域、 多區(qū)域的容量評估模型， 可對現有空域類型或航路結構，或者新設計的 空域類型或航路結構進行有效地評估， 最終對評估對象的容量得出比較客觀的數值或語言描 述?？沼蛉萘吭u估系統主要包括空域設計模塊、 理論容量評估模塊、 實際容量評估模塊和基 于管制員工作負荷容量評估模塊，各模塊之間的關系是：進行理論容量和實際容量評估時， 根據空域設計模塊提供的空域結構數據， 分別通過無延誤下的容量模型計算得出理論容量和 一定延誤水平下的實際飛行計劃仿真得出實際容量； 基于管制員工作負荷容量評估， 可在管 制現場或在模擬機上練習時統計對管

10、制員的工作負荷進行統計， 得出在管制員工作負荷達到 飽和時的主觀容量。 根據以上一種或多種評估方法得到的數據， 綜合分析空域容量評估結果。 機場地面評估參數設置界面可分為 “滑行道前后機距離 ”， “飛機流設置 ”、“仿真速度選擇 ”、 “跑道使用策略 ”等幾大塊。其中 “滑行道前后機距離 ”又可以分別為重型， 中型和輕型三種機 型設置滑行道前后機平均距離的九個參數， 選擇跑道使用策略， 選擇是否啟用專機坪滑行道， 設置停機位總數以及平均滑行速度。 “飛機流設置 ”中可以調整停機位占用數， 國際航班比例 以及設置 “隨機飛機流總架數 ”。“跑道使用策略 ”，可以選擇 “方式 1 離場，方式 1

11、 進場 ”或 者“方式 2 離場，方式 2 進場 ”，也可以選擇是否啟用專機坪滑行道。對于 “仿真速度 ”，可 以選擇快速， 中速，慢速三種速度。 設置選擇完畢后， 就可以選擇 “開始仿真 ”或者點 “取消 ”。 在機場地面容量靜態(tài)評估中， 可通過滑行路徑設置界面來設置每個停機位、 不同機型、 在不 同跑道上進場或離場的路徑。設置好評估基本參數和路徑后， 可對終端區(qū)和地面的運行情況進行仿真， 仿真過程中界 面右下角隨著動態(tài)變化顯示著已離場的飛機數、 已進場的飛機數、 仿真時間。 隨時并可隨時 更改滑行路徑后進行再次評估。同時， 我們還接觸到了中南地區(qū)空中交通流量管理系統， 中南地區(qū)空中交通流量

12、管理系 統包括主控模塊、 統計預測模塊、 區(qū)調監(jiān)控模塊、 進近監(jiān)控模塊和塔臺監(jiān)控模塊等主要模塊。主控模塊的主要功能有： 基于沖突探測和雷達、 電報數據的飛行計劃實時優(yōu)化處理； 優(yōu) 化前后各重要點和扇區(qū)的流量統計與預測；空中交通流量/容量比較顯示；空域視圖顯示及飛行仿真； 空域變更及復現； 對監(jiān)控點的空中交通狀況的時間環(huán)仿真； 對監(jiān)控點空中交通狀 況的時間軸顯示；基于實際空域狀況和氣象變化的空域容量實時變更策略；基于跑道變更、 航線變更、 扇區(qū)合并、 及容量變更請求的實時空中交通流量管理策略； 數據實時通信和數據 庫管理。統計預測模塊的主要功能有：基于人機交互、數據與圖形交互的空域視圖；對選定的

13、航線以及扇區(qū)合并狀態(tài)，空域視圖的實時調整；流量和容量的綜合顯示；對重要航路點、 任意航線段、扇區(qū)進行流量統計和預測.；對統計預測結果進行分析，指出了高峰時段和高峰流量值； 多種數據的融合， 在航班時刻表以及飛行動態(tài)的基礎上結合雷達數據和電報數據 進行修正； 任意統計時間段和時間間隔的選擇； 任意統計日期的選擇； 根據航班動態(tài)統計預 測的結果與經過主控席位優(yōu)化以后的結果之間的比較； 歷史統計結果的查詢和管理； 統計預 測結果的多種查詢與顯示方式； 統計預測結果的打印輸出。 區(qū)域調控模塊的主要功能有： 基 于人機交互、 數據與圖形交互的空域視圖； 根據數據庫中的航線狀態(tài)和扇區(qū)狀態(tài)對空域視圖 進行實

14、時調整； 對現有的扇區(qū)根據當時的流量情況由管制員進行動態(tài)合并； 新扇區(qū)容量的更 改；當天扇區(qū)合并記錄的查詢； 對經過各區(qū)調扇區(qū)優(yōu)化后的航班隊列的查詢； 對查詢的航班 隊列根據航班號，預計過交接點的時間，起飛機場，到達機場，預計起飛時間，實際起飛時 間等進行排序； 多種數據的融合， 在優(yōu)化后的航班計劃的基礎上結合了雷達數據和電報數據； 控制單元的容量，優(yōu)化前流量和優(yōu)化后流量的比較；控制單元的容量的變更；容量/流量比較的多種查詢與顯示方式； 當天容量變更記錄查詢。 進近監(jiān)控模塊的主要功能有： 根據當時 的空域使用情況調整進離場航線， 并將變更信息實時傳送給主控模塊； 根據當時的天氣情況 改變進近扇區(qū)容量，并將變更信息實時傳送給主控模塊；根據當時空域空中交通流量情況， 進行扇區(qū)合并與拆分， 并將變更信息實時傳送給主控模塊； 實時接收與顯示來自主控模塊的 流量管理決策； 對當日各個時間段重要點的飛機流量進行統計， 并以多種形式顯示； 對當日 的各個時刻扇區(qū)內的飛機流量進行統計， 并以多種形式顯示； 對當日的進場、 離場和過重要 點的航班序列進行查詢；對當日的航班進行不同方式仿真（時間軸、時間環(huán)、和距離環(huán)） 。 塔臺監(jiān)控模塊的功能有： 先期流量統計： 出港走廊口航