楊海云

【摘 要】本文構(gòu)建一種基于“先來先服務(wù)”的進場航空器最優(yōu)排序模型，使到達飛機快速有序地進入機場著陸。在終端管制區(qū)，為進場航空器排序的基本原則是“先來先服務(wù)”。但由于進場航空器之間的尾流影響、機型的差異，為了達到效率的最大化，基于先來先服務(wù)的進場航空器最優(yōu)排序模型，以“插入法”為理論依據(jù)，對進場航空器進行兩次排序，先按照每架航空器的預(yù)計到達時間先后順序給出初始排序，再將航空器之間可能存在的排列順序全部羅列出來，尋求一個最短的路徑，從而達到縮短隊長的目的。本文提出的排序方法，經(jīng)與實際排序進行對比后，取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】進場航空器；排序；雷達管制

0 引言

20世紀(jì)90年代以來，中國的空中交通流量持續(xù)增長，現(xiàn)有的空中交通管理系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足日益增長的空中交通流量的需要。解決這一問題的最簡單的方法是改進硬件設(shè)施，如修建機場、跑道，改進通訊導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施性能等，但改進硬件設(shè)施周期長、投資大。通過各種優(yōu)化算法，使得容量資源和流量需求得到最佳的匹配是當(dāng)今民航業(yè)研究的一個熱點。在實際運行中，管制員需要快速、簡易的算法。針對這一情況，本文討論基于“先來先服務(wù)”的進場航空器最優(yōu)排序模型，使到達飛機快速有序地進入機場著陸，提高空域的利用率。

1 蘭州進近管制區(qū)管制方法和管制間隔

蘭州進近管制區(qū)在2009年9月23日實施了雷達管制[1]。由于設(shè)備、人員、流量等方面的原因，甘肅空管分局所轄區(qū)域一直使用程序管制。隨著近幾年飛行流量的迅猛增長，加上固有的空域內(nèi)航路航線結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軍民航飛行矛盾集中、報告點多等原因，這種相對落后的管制方式與持續(xù)增加的飛行流量之間的矛盾越來越突出，所以蘭州進近管制區(qū)由程序管制轉(zhuǎn)化為了雷達管制。管制方式的改進對于提高管制安全裕度、應(yīng)對不斷增加的飛行流量、增強管制服務(wù)的主動及確保飛行安全都具有更加重要的現(xiàn)實意義。

1.1 蘭州進近管制區(qū)雷達管制下航空器排序方法

1.1.1 雷達管制中兩種最基本的航空器排序方法

1）追隨法

追隨法[2]就是指揮后面航空器去追隨前面的航空器。對于飛行性能大體一致的航空器，如果前后航空器間隔剛好滿足要求，只需要讓兩架航空器保持同速，指揮后面的航空器朝向前面的航空器飛行，但在減速的過程中，應(yīng)先指揮后面航空器減速再讓前面航空器減速，增速則相反；如果兩架航空器間隔不夠，使用對后面航空器減速的方法一般只適于保持間隔的情況，這種方法在很大程度上依賴于飛機性能和機組操作。

2）插入法

插入法[2]就是在航路上兩架航空器中間插入另一架航空器。實施這種方法必須滿足兩個條件：航路上的前、后航空器之間有符合需求的間隔（雷達管制最小間隔[3]的兩倍以上）；準(zhǔn)備插入在航路上前、后航空器之間的航空器能夠緊追上前面的航空器。

1.1.2 蘭州進近管制區(qū)雷達管制下航空器排序方法

由于蘭州進近管制區(qū)在現(xiàn)階段航空器流量密度不大，所以采用追隨法?；谙葋硐确?wù)的原則，根據(jù)每架到場航空器的ETA來排序。但隨著航空器流量的增長，越來越多的需要采用“插入法”來減少隊長、提高空域的利用率。

2 排序模型的介紹

在不考慮航空器之間的飛行沖突與終端管制區(qū)的飛行容量的前提下，以“插入法”為理論依據(jù)，進近排序最優(yōu)模型[4]對進近的航空器進行兩次排序，第一次根據(jù)每架航空器的ETA的先后順序得到初始排序結(jié)果；第二次根據(jù)航空器機型的差異，最后進近速度的不同，以及尾流等因素對航空器之間的進近順序進行再次調(diào)整。

3 結(jié)合實例分析

從12：00開始在蘭州終端區(qū)有兩架航空器：①機型B737，ETA1221，實際進近時間1221；②機型B737，ETA1236，實際進近時間1236。

在第一架航空器與第二架航空器進近時間之間，有15分鐘的間隔，假設(shè)在此間隔中，插入最大流量的航空器架次，再基于最優(yōu)排序模型進行排序，從而起到空域利用率最大的效果。可以假設(shè)插入5架航空器：A機型A320，ETA1223；B機型YUN-7，ETA1224；C機型B737，ETA1226；D機型TB-20，ETA1228；E機型A320，ETA1231。

在某時刻，只有這五架航空器全部在終端區(qū)域。根據(jù)上述的分析，一是，初始排序，根據(jù)航空器到場時間的先后順序，得到初始的序列：A、B、C、D、E。二是，微調(diào)，它需要對各航空器進行實時的監(jiān)控和計算。圖1中相關(guān)時間值只是為了說明問題假設(shè)的。

4 使用模型后的排序

使用此優(yōu)化模型排序后，1221至1236之間由原來的兩架航空器增至七架。為了確保上述七架航空器之間的間隔符合雷達管制的最小間隔，還需把此七架航空器之間的時間間隔轉(zhuǎn)化為距離間隔。（假設(shè)A類航空器進近速度為4km/分鐘；B類航空器進近速度為6km/分鐘；C、D類航空器進近速度為10km/分鐘。假設(shè)A、B類航空器脫離跑道至少需要1分鐘；C類航空器脫離跑道需要40-50s。）

使用此模型插入的最后一架航空器與后航空器之間滿足符合需求的間隔，則插入完成，并且插入的這5架航空器就是可插入的最大流量的航空器架次

使用模型后的排序①ACBED②，調(diào)整后的ETA 為1223，1226， 1227，1231，1232。①與A之間的距離為20km，A與C之間的距離為30km，C與B之間的距離為10km，B與E之間的距離為24km，E與D之間的距離為10km，D與②之間的距離為16km。上述七架航空器之間的距離間隔中C與B之間的距離間隔10km、E與D之間的距離間隔10km滿足終端區(qū)雷達管制下的最小間隔，但都小于了現(xiàn)階段蘭州進近管制區(qū)的落地間隔15km。

由于蘭州進近管制區(qū)在10NM處建立盲降，所以在C經(jīng)過跑道頭時，C與B之間的距離間隔約為12km，C脫離跑道后B距離跑道頭還有7-8km，符合至少在距離跑道頭4km向航空器發(fā)布落地許可的規(guī)定。E與D同理。

綜上所述，經(jīng)過此模型排序后的進港航空器之間的雷達間隔可以由蘭州進近管制區(qū)現(xiàn)行的15km縮短至10km。此最優(yōu)排序模型與實際結(jié)合后，縮短了雷達管制下的進近間隔，取得了良好的效果。

5 結(jié)論

本文應(yīng)用“插入法”基本理論和國內(nèi)外的研究成果，初步地研究了在雷達管制下進港航空器的排序問題。

建立基于“先來先服務(wù)”的最優(yōu)排序模型是本文的重點。在不考慮航空器之間的飛行沖突與終端區(qū)的飛行容量下，采用數(shù)學(xué)算法，根據(jù)各種機型的尾流間隔、雷達間隔和安全裕度的經(jīng)驗值，建立基于“先來先服務(wù)”的最優(yōu)排序模型模，對插入的航空器進行排序，模擬結(jié)果令人滿意。

【參考文獻】

[1]王小元，李元，劉玉琴.蘭州進近管制區(qū)正式實施雷達管制[J].空中交通管理，2009（11）.

[2]李知波.雷達管制中兩種最基本的航空器排序方法[J].Aviation Safety，2005，（01）.

[3]飛行間隔規(guī)定 FLIGHT SEPARATION REGULATIONS[Z].

[4]羅軍，唐衛(wèi)貞.進場航空器最優(yōu)排序模型[J].科學(xué)技術(shù)與工程，Science Technology and Engineering， 2006（04）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]