机场进场管理工具体系方法论研究

胡钰明

摘 要： 本文针对机场进场管理（AMAN），提出了一套研究该问题的方法论。本文讨论了研究进场管理相关的背景、目标、主要问题及研究思路。本文的目的并不是就进场管理中某一个具体问题进行研究，而是希望从宏观层面提出应当如何采取相对合理的方式，开展进场管理的研究工作，并提出一些值得进一步探索的方向。

关键词：空中交通管理，进场管理，AMAN，进离场排序

0引言

进场管理系统（简称AMAN）主要研究解决繁忙终端区落地航班调配的问题。对于任何一个繁忙机场、繁忙终端区来说，对于进场航班的管理都是一项需要时刻集中注意力的工作。与出港航班流相比，管制员对进场航班流的控制能力相对较弱，主要表现在以下三个方面：

一是可预测性差。由于种种原因，各管制单位间、尤其是跨区域管制单位间尚未共享综合雷达航迹信息、场面动态信息等，导致管制员无法有效、精确地掌握航空器在进入本区域前的状态、位置数据。因此，进场流量对当班管制员来说，基本上可以视为一个随机事件。何时、在何方向将会出现强度如何、持续度如何的进场流量，在目前是比较难预测的，时刻存在流量超过容量的潜在风险。所以，现行工作中，多采取协议间隔、流控等形式进行弥补，但又无法发挥每个扇区的最大效率。

二是可调配度小。由于我国空域特点，进场流量集中出现的终端区范围内往往空域狭小、航路密集。當不同方向同时出现进港流时，管制员需要依靠经验判断预计达到最后进近点的时间，进而做出决策。当实际情况与预案出现偏差时、或是突发事件发生时，空域中无规划好的可用于临时调配的空域，管制员往往采取指定空间让机组自行盘旋等待的策略，既不利于安全，也不利于管理。

三是与出港流量高度相关。进港航班与出港航班最终将在跑道上产生争用，因此，两股航班流无法完全隔离开进行分析。尤其是一些地区进离港航线尚未分离，导致存在潜在冲突的空域大大增加，不利于安全调配。进港航班流量的管理，必须以技术手段为依托，综合考虑进、出港航班流量需求，统筹安排，才有可能实现运行顺畅、有序。

本文希望探讨进场管理中的若干重要问题和研究方向，以点带面，引出进场航班流量管理支持系统设计的一些思路。

1研究目标

本研究希望通过研究进场航班流量分布与调配方法，并在终端区进场扇区、区管中低空扇区等单位建设配置相应的进场管理决策支持系统工具，达到理顺进场航班流量、减轻管制员、飞行员工作压力，减少进场航班空中盘旋等待，缩短航班进场时间，减少航空器落地后地面滑行时间的目标，从而使运行更为顺畅，燃油消耗更为经济，资源分配更为合理。

通过研究进场航班流的管理，本研究希望覆盖以下两个方面的目标：

一是安全性目标。安全性目标是建立在提高可预测性的基础上，利用空域规划、预战术建议、策略选择等方式协助进场管制员提前做好预案，应对可能出现的进场流量。安全性目标主要包括：

提升航班流的可预测性。进场航班流的可预测性是所有进场流量管理工作的基础。提升可预测性，主要需要从数据源入手。

化解潜在飞行冲突。通过对关键资源使用情况的计划和监控，在航班流跟踪、预测的基础上，实时发现潜在的飞行冲突，并提供必要的决策支持信息，帮助管制员做出合理的决策。

平衡容量-流量关系。通过预测和管理，实时监测未来一段时间的空域需求与资源可用性，在预计出现超容量的情况下，及时提供合理的流量管理策略供现场领班参考。

二是经济性目标。经济性目标是实现了安全性目标后，在其之上，综合考虑各利益相关方的利益诉求，选择合理的进场管理方式，实现各方利益平衡与最大化的目标。经济性目标主要包括减少传统的航空公司燃油消耗、机场停机位分配、减少停机位变更、缩短地面滑行时间等，同时，笔者也认为，应将平均降落时间及平均管制通话量这两项因素，作为空管方面的经济性指标纳入考虑。

2主要研究问题

2.1进场航班流量管理策略

研究进场航班流量管理的策略问题。主要包括：

空中延误消耗分配策略：研究对于必要的空中延误，在何阶段、以何种方式进行延误，对运行安全压力小、且较为经济的消耗策略。空中延误可通过在区管高空减速、走廊口外盘旋、终端区内盘旋等方式完成。因此，需要研究相应的策略，更为科学、经济的选择延误分配方式。

进离港比例分配策略：研究如何更加合理、有效的分配机场进离港比例，达到预期加权延误（空中 + 地面）代价最小，从而实现节能减排的策略问题。

空中等待区设置方法：研究空域结构中空中等待区设置的方式方法与策略问题，包括高空、中低空、终端区等待区设置的一般性原则。

2.2智能进场程序、跑道分配决策支持工具原型

研究在有多条跑道的机场终端，具有一定适用性的智能进场程序、跑道分配决策支持工具原型系统。该系统能够按照预设的目标，在进近相关扇区，提前给出进场程序及跑道分配选择建议，协助管制员提前做出跑道选择决策，实施航班就进跑道落地，并减少空中盘旋等待时间、减少地面滑行时间，从而达到节能减排的目的。

2.3进、离场排序系统协同运行工作机制

目前各地区正在建设的协同决策系统中，离场排序模块已经在减少关舱门等待、开车后等待方面发挥了一定作用。但就单机场而言，由于跑道时隙属于争用资源，割裂的研究离港排序或进场管理，都会导致运行层面的一系列问题。因此，需要研究进场排序与离场排序的协同运行工作机制，在进场流量管理策略、智能进程程序及跑道分配工具的基础上，探索、研究进场排序与离场排序的协同运行机制，使离场排序、进场管理工具都能够最大限度的发挥作用。

3 AMAN系统工具体系方法论

3.1进场管理系统能力模型

为了衡量开展进场管理的条件，评估进场管理系统实施的效果，本文提出如下进场管理系统能力模型：

进场管理系统能力模型分为四个级别：可追踪、可预测、可管理、可优化。每个级别依次代表了更高的进场管理能力。

3.2可追踪级

达到这个等级的终端区，应具备对于进场航班流量持续不断的追踪能力，并能够向进场管理系统（AMAN）输出所需要的基本信息，包括航空器的位置、速度、高度、总数量等。这一级别应通过建设相应的雷达、空管自动化系统实现，也是实施进场管理、研发进场管理系统的最低能力要求。

本等级需要建设的工具集是：飞行数据集成平台。

飞行数据集成平台完成进场管理所需数据的集成工作。需要集成的数据包括：航班计划、航班动态、位置、速度信息。

在这一级别，AMAN工具框架结构如下图所示：

3.3可预测级

可预测级是指在保持航班流量可追踪的条件下，进场管理系统能够根据航空器当前的状态信息及预战术分配，结合一定的规则与算法，对未来一段时间内航空器的状态进行合理预测。可预测级包括两个子级：一是内部可预测，主要是对已进入终端区、还未落地的航班，对其飞行轨迹、速度、时间等信息可以进行预测。具备内部可预测能力，可以在终端区内部实施一些管理目标，如冲突化解、就近落地等。二是外部可预测，主要是指由终端外推一定的时间范围或距离范围，实现可预测性。达到这一级别的终端区，管制员可以对流量分布情况有一个相对精确的掌握，并在这一能力等级上加入动态预警引擎，对潜在冲突进行预警，从而避免出现不安全事件。达到本级后，标志着进场管理的安全性目标基本实现。

本等级需要建设的工具集是：航迹预测模型工具；飞行航迹测量工具；

航迹预测模型工具主要完成雷达航迹推算预测功能。在终端区内，上升、下降频繁，飞行轨迹较多，航路航线曲折，因此不能简单利用静态时间推算的方法进行航迹预测。测量工具将根据飞行器能力、实时位置、速度矢量、已分配的策略等信息，对飞行轨迹进行相对精确的测量与预测。

飞行航迹测量工具主要完成对航空器位置、高度、速度的持续测量及矫正，并将结果与航迹预测模型工具进行交互，从而修正下一步的预测结果。

在这一级别，AMAN工具框架入下图所示：

3.4可管理级

可管理级是指管制员可以根据数据基础而不是主观判断，采取一些预战术管理措施。运行规程中已经为各种条件下的进场航班流制定了相应的管理策略，具备应对大多数突发事件的能力；能够监控不满足计划要求的情况或潜在不安全情况（如间隔过小、大小型机跟随、交叉飞行等），能够以技术手段进行告警。达到这一级别后，进场管理手段由人为经验为主转变为以技术数据为主，主观决策转变客观决策，并能够及时发现不安全事件。

本等级需要建设的工具集是：静态进场策略分配工具；告警引擎；安全预警引擎；专用进场管理HMI终端。

静态进场策略分配工具主要完成进场流量管理预案的匹配工作。该工具对每个进港航班，按照预设的方式分配进场管理策略，如特定走廊口航班采取特定的进场航线、等待程序、落地跑道等。

告警引擎主要完成对于设定的特定场景、业务条件等进行告警的功能。告警引擎可以设计为分布式轮询方式，通过接受数据集成平台所输出的信息，定时检测是否出现了符合告警条件的航空器并发布告警信号。

安全预警引擎可以采用时序系统仿真方法，根据测量工具输出的预测信息，结合预设的业务预警条件，对一段时间之后的预计交通流情况进行判断并产生预警信号。

HMI终端主要完成将策略、告警信息向管制员进行展示、并接受管制员交互信息的功能。

在这一级别，AMAN工具框架入下图所示：

3.5可优化级

可优化级是指，在满足管理计划要求的前提下，针对一些特定的场景或突发事件，能够以自动或半自动的方式提供优化策略建议；对运行过程中产生的與计划的偏差，可以及时提供有效的补救措施建议；在满足安全性目标的前提下，提供考虑各种经济性指标的运行建议。管制方式改为航空器进入终端区前，系统即给出运行方案，管制员选择合适的方案执行，并监控执行状态。

达到这一级别的终端区，主要决策选项由支持系统做出，管制员工作量大大减轻，主要精力可以集中在策略的执行上，而无需参与到复杂的决策运算过程。同时，具备实施更高级的进场流量管理战术策略的能力，如盘旋下降高度、精确落地时间控制等，同时兼顾安全性与经济性指标。

本等级需要建设的工具集是：预演工具；优化器；动态策略分配工具；

预演工具主要完成对已分配或将要分配的运行策略建议在未来一段时间范围内、特定条件下的运行结果进行模拟仿真和预演，并能够计算一些关键性能指标。

优化器主要完成在既定环境、约束条件、运行偏好等要求下，最优策略或次优策略的搜索、比对及建议功能。优化器主要依靠多变量多元约束求解、人工智能算法、数据挖掘等方式，以整体或局部目标函数最小或最大为目标，搜索可行的解，进而转换成为调配策略建议。

动态策略分配工具根据实时运行情况，结合特定的运行规则，在恰当的时机或事件出现时，调用优化器根据预设的算法模型，搜索满足特定目标的最优解或次优解，并将其结果展示为进场流量管理策略供管制员进行选择。

在这一级别，AMAN工具框架入下图所示：

4结束语

本文就进场管理的策略及进场管理系统的建设、能力评估提出了初步的思路，可用于分步骤建设进场管理系统。可以看到，随着级别不断提升，技术难度、数据源要求等也随之提升。尤其到了优化器环节，核心技术仍然掌握在少数国外巨头如IBM手中。但笔者认为，依靠自主创新与良好的建设模式，循序渐进的不断进行研究、开发、验证，我们完全有能力建设具有自主知识产权的、符合我国特色的进场管理系统，为更好的理顺进场航班流、协调好进场与离场流量的关系尽一份力。

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