终端区空域结构优化方法探讨

文/戚文娟，中国民用航空华北地区空中交通管理局空管中心

终端区空域结构优化方法探讨

文/戚文娟，中国民用航空华北地区空中交通管理局空管中心

在我国空中交通流量日益递增的态势之下，显现出空域结构不合理而导致的空中交通拥堵的现象和问题，由此也引发了人们的极大关注。终端区空域是空中交通极为密集的区域和场所，必须加以科学合理的优化，使之成为飞行安全的保障性前提，要探索适宜于我国终端区空域的航路规划，采用系统化的方法优化终端区空域结构，较好地提高空域容量，实现空域资源的最大化利用，进而提升整个空域的空中交通服务功能。

终端区；空域结构；优化；方法

近来年，我国的民航事业得到快速而持续的发展，航空运输量显现出快速增长的态势，这就显现出航空运输量增长与航空运输流量分布不均衡的矛盾和问题，再加上我国空域结构存在较大的不合理性，也使空域容量难以满足空中交通的现实需求，呈现出空中交通拥堵的现象，直接导致空中管制员的工作负荷加大，给航空飞行带来了极大的安全隐患。为此，要探索系统的终端区空域结构的优化方法，更好地确保我国空中交通的通畅和安全。

1 终端区空域结构优化的研究现状分析

近年来，国内外学者对于终端区空域的规划研究较多，在终端区流量优化管理、终端区空域扇区规划等方面获得了不小的进步，然而从整体上来看，终端区空域结构的优化方法尚未系统化，为此，应当选取适宜的终端区空域结构优化预测方法，更好地获悉准确的流量预测结果，并以此作为终端区空域结构优化的前提。

1．1 流量预测研究现状

目前对于交通流量的预测有多种，如：移动平均法、指数平滑法、回归分析法、神经网络预测法等。其中：移动平均法主要是利用分段逐点推移的方式，实现对时间序列数据的处理，探寻其中变化的规律性，并建构和完善预测模型。指数平滑预测法则是基于移动平均预测法而衍生的预测方法。回归分析法是以交通流量的历史数据为前提和依据，建构回归模型，运用数学计算方法，实现对交通流量的合理预测。神经网络预测法则是利用其优越的曲线拟合能力、学习能力和抗干扰能力，进行流量的预测，然而其缺陷在于对数据的精度要求过高，限制了这种预测方法的应用。

1．2 空域航路规划研究现状

在研究空域航路规划的研究中，要以容量评估为前提和基础，在进行容量评估的研究中，出现了不同的方法，即：（1）建构数学模型，探讨终端区及航路的容量评估问题，然而，这种方法无法给出容量的具体计算方法，难以建立一个能够精准描述管制区域的数学模型。（2）针对管制区管制员的工作负荷量来评估终端区的容量，然而，这种方法无法评判除了管制员之外其他因素的影响，使其应用受到较大的限制。（3）仿真空域航路的方法。这种方法要依靠先进的计算机技术和网络技术，在充分考虑各种影响因素的前提下，仿真空域航路的飞行状态，进而对仿真结果进行分析、统计和计算，从而准确地获悉终端区的容量。

1．3 空域扇区划分研究现状

这是指空域规划部门将管制空域划分为不同的扇区，各个扇区对应一个管制席位，以实现对空中交通的指挥、协调和管制，进而较好地确保飞行安全，提高空域容量和利用率。目前的研究重点主要集中在数学模型的选择方面，如：图论、遗传算法、计算几何、约束的规划方法等。

2 终端区空域航路网络结构的优化方法探讨

在空中交通量日益激增的态势下，要为飞行提供相对固定的飞行线路，包括飞行方向、飞行高度、飞行宽度等，并使之在地面通信导航设施的指挥和协调之下，实现安全的飞行。为了保证飞行航路的安全，要避免各机场之间、航线与空域之间的飞行冲突，要合理划分不同的航空器进出机场的空中走廊，以提升飞行空间的利用率和安全性。终端区空域航路网络结构的内容包括：等待区、进出走廊口、进场航线、起始航段、中间进近航段、最后进近航段、复飞般段、标准离场航线、塔台管制区、机场内跑道等。

2．1 终端区空域的优化设计

对终端区空域航路规划的设计原则主要应当包括以下方面：（1）飞行情况相对复杂的机场附近进场与离场的航线，要设立终端或进近管制区，确保安全高效的空中交通管制效果。（2）终端管制区要提供超过两个机场的进场及离场飞行管制服务；而进近管制区则提供一个机场的进场及离场飞行管制服务。（3）要实现对飞行起飞及必要的等待空域的管制服务，使起始进近航段与终端管制区相协调一致。（4）终端管制区要与通信、导航、监视、气象设施等相一致和适应，能够为区域内所有飞行航空器提供管制服务。（5）终端区管制设计要与飞行程序设计相衔接和一致。（6）终端区的边界设定不能划设在航路及航线的侧向缓冲区内、航路与航线飞行与进离场飞行之间、航路短距离穿越终端管制区、飞行航空器爬升或下降的航路处等。（7）要充分考虑区域内的空中交通流量、管制员工作负荷、地空通信繁忙情况，实现对管制扇区的合理划分。

2．2 终端区航路的优化设计

（1）标准仪表离场（SID）和标准终端进场（STAR）的优化设计。要采用不同的航路和等待方式，使空中交通相隔离，避免相互之间的干扰和冲突；要有足够的超地形余度，并与通信联络程序相兼容，能够在减噪程序的设置之下提供最短的实用飞行航迹；可以适应不同类型飞行在管制空域的不间断爬升和下降操作。同时，还要使一个机场的标准仪表离场和标准终端进场的设计比例最少。

（2）航路交叉点/进离冲突点的优化设计。在航路设计之初，要尽量减少进离场和航路飞行航空器之间的冲突，可以采用起飞和着陆的设计航路飞行方式。当冲突无法避免时，要使空域能够具有更大的爬升和下降空间，通过高度的合理控制分隔飞行航空器在同一空域内的飞行。另外，还要注意要保持航路交叉点的分散状态，避免航路过于集中。并且要尽量规避军事活动空域，减少空中管制员的工作负荷，确保飞行安全。

（3）其他优化设计。要使各条航路有足够的超障碍余度，并使相互之间的纵横向距离有一定的安全间隔；还要尽量限制航路的噪声污染，使航路能够保持正常的双向通信联络。同时，还要考虑地基导航台的布局结构、军航飞行时空域限制区的位置及结构等。

（4）既有航路网络的优化设计。要全面熟悉和了解既有航路的网络状态，如：导航台分布、航路定位点、航路数量及其走向、军用空域的分布及使用状况等。并在现有空域结构的基础上，实现对终端区容量的限制、航线负荷的分析，可以通过侧向分离、纵向分离、垂直分离的方式，增加空域容量，实现航线分离状态下的安全飞行。另外，还可以基于对终端区航路流量的预测，临时增加航路、开设新的走廊、添加飞行等待区域，更好地实现对既有航路网络的优化和调整。

3 终端区扇区的优化方法探讨

终端区空域飞行流量的增加给管制员负荷及空域扇区的合理划分提出了挑战，要在优化终端区空域航路网络结构的前提下，对终端区空域扇区进行合理的划分研究，以更好地提升终端区空域资源的利用率，减轻管制人员的工作负荷，确保飞行的安全与有序。对于终端区空域扇区的合理划分，主要可以从以下几个方面考虑：

3．1 终端区空域扇区的边界不能设立在航路的交通汇合处，这是由于当航路的交通汇合点与终端区空域扇区的边界相靠近时，则会使管制员必须在管制转移或移交之前执行战术动作，极易引发管制员的操作差错。为此，要充分考虑这一点，避免管制员的执行错误，要为管制员解决冲突提供足够的时间，应当将终端区空域扇区的边界设置在距离航路交叉点的10公里之上的位置。另外，终端区空域扇区的边界还应当以主要航线作垂直平分线，以较好地实现管制员的交接，确保管制无误和安全。

3．2 终端区空域扇区还应当关注到管制员对于管制的注意力的集中问题，要尽量减少雷达屏幕中的视频图像对于管制员的视觉干扰和影响。

3．3 在终端区空域扇区的合理划分中，还要考虑扇区内飞行航空器的飞行运行状态，要适应扩大飞行航空器飞行的进场、离场的管制扇区，使之拥有较大的转弯半径，可以适宜于飞行航空器的最后进近或盲降操作。

3．4 力求各个终端区空域扇区的管制工作指令单一、准确而简洁，要使管制员在同一个时间区域内处理一种冲突或执行单一的管制动作，要充分考虑管制员的思考习惯和动作操作习惯，更好地对进场、离场的飞行航空器的管制服务。

3．5 对于终端区空域扇区内的特殊管制区域，如：训练空域、限制空域等，也不能忽视，而要将其作为终端区空域扇区的管制内容，并在这些特定空域的特殊运行出现时，将该扇区的工作内容进行适当的转移。

3．6 其他考虑因素。在进行终端区空域扇区的划分中，还要综合考虑航路结构、等待航线、扇区内机场及跑道的结构、航路及等待空域的导航容差、管制方式、穿越航路及飞行高度、引导区域、雷达及无线电通信覆盖范围、军方运行等。

综上所述，终端区空域结构的优化方法是重大的研究课题，为了促进我国民用航空的全面发展，要注重采用优化的终端区空域结构，使空域容量最大化，并全面、综合性地考虑终端区空域结构的影响因素，预测终端区航路网络结构与交通流量是否相一致，终端区空域扇区结构的合理划分是否与管制员的工作负荷相协调，要运用科学的理论方法和先进的计算机信息化技术，实现对终端区空域航路网络布局的优化，合理划分终端区空域管制扇区，确保飞行安全。

[1]终端区运行效率评估方法及模型研究[D]． 王鹏鹏．南京航空航天大学 2016

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