胡鈺明

摘 要： 本文針對(duì)機(jī)場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)管理（AMAN），提出了一套研究該問(wèn)題的方法論。本文討論了研究進(jìn)場(chǎng)管理相關(guān)的背景、目標(biāo)、主要問(wèn)題及研究思路。本文的目的并不是就進(jìn)場(chǎng)管理中某一個(gè)具體問(wèn)題進(jìn)行研究，而是希望從宏觀層面提出應(yīng)當(dāng)如何采取相對(duì)合理的方式，開(kāi)展進(jìn)場(chǎng)管理的研究工作，并提出一些值得進(jìn)一步探索的方向。

關(guān)鍵詞：空中交通管理，進(jìn)場(chǎng)管理，AMAN，進(jìn)離場(chǎng)排序

0引言

進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱AMAN）主要研究解決繁忙終端區(qū)落地航班調(diào)配的問(wèn)題。對(duì)于任何一個(gè)繁忙機(jī)場(chǎng)、繁忙終端區(qū)來(lái)說(shuō)，對(duì)于進(jìn)場(chǎng)航班的管理都是一項(xiàng)需要時(shí)刻集中注意力的工作。與出港航班流相比，管制員對(duì)進(jìn)場(chǎng)航班流的控制能力相對(duì)較弱，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

一是可預(yù)測(cè)性差。由于種種原因，各管制單位間、尤其是跨區(qū)域管制單位間尚未共享綜合雷達(dá)航跡信息、場(chǎng)面動(dòng)態(tài)信息等，導(dǎo)致管制員無(wú)法有效、精確地掌握航空器在進(jìn)入本區(qū)域前的狀態(tài)、位置數(shù)據(jù)。因此，進(jìn)場(chǎng)流量對(duì)當(dāng)班管制員來(lái)說(shuō)，基本上可以視為一個(gè)隨機(jī)事件。何時(shí)、在何方向?qū)?huì)出現(xiàn)強(qiáng)度如何、持續(xù)度如何的進(jìn)場(chǎng)流量，在目前是比較難預(yù)測(cè)的，時(shí)刻存在流量超過(guò)容量的潛在風(fēng)險(xiǎn)。所以，現(xiàn)行工作中，多采取協(xié)議間隔、流控等形式進(jìn)行彌補(bǔ)，但又無(wú)法發(fā)揮每個(gè)扇區(qū)的最大效率。

二是可調(diào)配度小。由于我國(guó)空域特點(diǎn)，進(jìn)場(chǎng)流量集中出現(xiàn)的終端區(qū)范圍內(nèi)往往空域狹小、航路密集。當(dāng)不同方向同時(shí)出現(xiàn)進(jìn)港流時(shí)，管制員需要依靠經(jīng)驗(yàn)判斷預(yù)計(jì)達(dá)到最后進(jìn)近點(diǎn)的時(shí)間，進(jìn)而做出決策。當(dāng)實(shí)際情況與預(yù)案出現(xiàn)偏差時(shí)、或是突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，空域中無(wú)規(guī)劃好的可用于臨時(shí)調(diào)配的空域，管制員往往采取指定空間讓機(jī)組自行盤旋等待的策略，既不利于安全，也不利于管理。

三是與出港流量高度相關(guān)。進(jìn)港航班與出港航班最終將在跑道上產(chǎn)生爭(zhēng)用，因此，兩股航班流無(wú)法完全隔離開(kāi)進(jìn)行分析。尤其是一些地區(qū)進(jìn)離港航線尚未分離，導(dǎo)致存在潛在沖突的空域大大增加，不利于安全調(diào)配。進(jìn)港航班流量的管理，必須以技術(shù)手段為依托，綜合考慮進(jìn)、出港航班流量需求，統(tǒng)籌安排，才有可能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行順暢、有序。

本文希望探討進(jìn)場(chǎng)管理中的若干重要問(wèn)題和研究方向，以點(diǎn)帶面，引出進(jìn)場(chǎng)航班流量管理支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些思路。

1研究目標(biāo)

本研究希望通過(guò)研究進(jìn)場(chǎng)航班流量分布與調(diào)配方法，并在終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)扇區(qū)、區(qū)管中低空扇區(qū)等單位建設(shè)配置相應(yīng)的進(jìn)場(chǎng)管理決策支持系統(tǒng)工具，達(dá)到理順進(jìn)場(chǎng)航班流量、減輕管制員、飛行員工作壓力，減少進(jìn)場(chǎng)航班空中盤旋等待，縮短航班進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，減少航空器落地后地面滑行時(shí)間的目標(biāo)，從而使運(yùn)行更為順暢，燃油消耗更為經(jīng)濟(jì)，資源分配更為合理。

通過(guò)研究進(jìn)場(chǎng)航班流的管理，本研究希望覆蓋以下兩個(gè)方面的目標(biāo)：

一是安全性目標(biāo)。安全性目標(biāo)是建立在提高可預(yù)測(cè)性的基礎(chǔ)上，利用空域規(guī)劃、預(yù)戰(zhàn)術(shù)建議、策略選擇等方式協(xié)助進(jìn)場(chǎng)管制員提前做好預(yù)案，應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的進(jìn)場(chǎng)流量。安全性目標(biāo)主要包括：

提升航班流的可預(yù)測(cè)性。進(jìn)場(chǎng)航班流的可預(yù)測(cè)性是所有進(jìn)場(chǎng)流量管理工作的基礎(chǔ)。提升可預(yù)測(cè)性，主要需要從數(shù)據(jù)源入手。

化解潛在飛行沖突。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵資源使用情況的計(jì)劃和監(jiān)控，在航班流跟蹤、預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的飛行沖突，并提供必要的決策支持信息，幫助管制員做出合理的決策。

平衡容量-流量關(guān)系。通過(guò)預(yù)測(cè)和管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間的空域需求與資源可用性，在預(yù)計(jì)出現(xiàn)超容量的情況下，及時(shí)提供合理的流量管理策略供現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)班參考。

二是經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)了安全性目標(biāo)后，在其之上，綜合考慮各利益相關(guān)方的利益訴求，選擇合理的進(jìn)場(chǎng)管理方式，實(shí)現(xiàn)各方利益平衡與最大化的目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)主要包括減少傳統(tǒng)的航空公司燃油消耗、機(jī)場(chǎng)停機(jī)位分配、減少停機(jī)位變更、縮短地面滑行時(shí)間等，同時(shí)，筆者也認(rèn)為，應(yīng)將平均降落時(shí)間及平均管制通話量這兩項(xiàng)因素，作為空管方面的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)納入考慮。

2主要研究問(wèn)題

2.1進(jìn)場(chǎng)航班流量管理策略

研究進(jìn)場(chǎng)航班流量管理的策略問(wèn)題。主要包括：

空中延誤消耗分配策略：研究對(duì)于必要的空中延誤，在何階段、以何種方式進(jìn)行延誤，對(duì)運(yùn)行安全壓力小、且較為經(jīng)濟(jì)的消耗策略?？罩醒诱`可通過(guò)在區(qū)管高空減速、走廊口外盤旋、終端區(qū)內(nèi)盤旋等方式完成。因此，需要研究相應(yīng)的策略，更為科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的選擇延誤分配方式。

進(jìn)離港比例分配策略：研究如何更加合理、有效的分配機(jī)場(chǎng)進(jìn)離港比例，達(dá)到預(yù)期加權(quán)延誤（空中 + 地面）代價(jià)最小，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的策略問(wèn)題。

空中等待區(qū)設(shè)置方法：研究空域結(jié)構(gòu)中空中等待區(qū)設(shè)置的方式方法與策略問(wèn)題，包括高空、中低空、終端區(qū)等待區(qū)設(shè)置的一般性原則。

2.2智能進(jìn)場(chǎng)程序、跑道分配決策支持工具原型

研究在有多條跑道的機(jī)場(chǎng)終端，具有一定適用性的智能進(jìn)場(chǎng)程序、跑道分配決策支持工具原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠按照預(yù)設(shè)的目標(biāo)，在進(jìn)近相關(guān)扇區(qū)，提前給出進(jìn)場(chǎng)程序及跑道分配選擇建議，協(xié)助管制員提前做出跑道選擇決策，實(shí)施航班就進(jìn)跑道落地，并減少空中盤旋等待時(shí)間、減少地面滑行時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.3進(jìn)、離場(chǎng)排序系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行工作機(jī)制

目前各地區(qū)正在建設(shè)的協(xié)同決策系統(tǒng)中，離場(chǎng)排序模塊已經(jīng)在減少關(guān)艙門等待、開(kāi)車后等待方面發(fā)揮了一定作用。但就單機(jī)場(chǎng)而言，由于跑道時(shí)隙屬于爭(zhēng)用資源，割裂的研究離港排序或進(jìn)場(chǎng)管理，都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行層面的一系列問(wèn)題。因此，需要研究進(jìn)場(chǎng)排序與離場(chǎng)排序的協(xié)同運(yùn)行工作機(jī)制，在進(jìn)場(chǎng)流量管理策略、智能進(jìn)程程序及跑道分配工具的基礎(chǔ)上，探索、研究進(jìn)場(chǎng)排序與離場(chǎng)排序的協(xié)同運(yùn)行機(jī)制，使離場(chǎng)排序、進(jìn)場(chǎng)管理工具都能夠最大限度的發(fā)揮作用。

3 AMAN系統(tǒng)工具體系方法論

3.1進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)能力模型

為了衡量開(kāi)展進(jìn)場(chǎng)管理的條件，評(píng)估進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)實(shí)施的效果，本文提出如下進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)能力模型：

進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)能力模型分為四個(gè)級(jí)別：可追蹤、可預(yù)測(cè)、可管理、可優(yōu)化。每個(gè)級(jí)別依次代表了更高的進(jìn)場(chǎng)管理能力。

3.2可追蹤級(jí)

達(dá)到這個(gè)等級(jí)的終端區(qū)，應(yīng)具備對(duì)于進(jìn)場(chǎng)航班流量持續(xù)不斷的追蹤能力，并能夠向進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)（AMAN）輸出所需要的基本信息，包括航空器的位置、速度、高度、總數(shù)量等。這一級(jí)別應(yīng)通過(guò)建設(shè)相應(yīng)的雷達(dá)、空管自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，也是實(shí)施進(jìn)場(chǎng)管理、研發(fā)進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)的最低能力要求。

本等級(jí)需要建設(shè)的工具集是：飛行數(shù)據(jù)集成平臺(tái)。

飛行數(shù)據(jù)集成平臺(tái)完成進(jìn)場(chǎng)管理所需數(shù)據(jù)的集成工作。需要集成的數(shù)據(jù)包括：航班計(jì)劃、航班動(dòng)態(tài)、位置、速度信息。

在這一級(jí)別，AMAN工具框架結(jié)構(gòu)如下圖所示：

3.3可預(yù)測(cè)級(jí)

可預(yù)測(cè)級(jí)是指在保持航班流量可追蹤的條件下，進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)能夠根據(jù)航空器當(dāng)前的狀態(tài)信息及預(yù)戰(zhàn)術(shù)分配，結(jié)合一定的規(guī)則與算法，對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)航空器的狀態(tài)進(jìn)行合理預(yù)測(cè)?？深A(yù)測(cè)級(jí)包括兩個(gè)子級(jí)：一是內(nèi)部可預(yù)測(cè)，主要是對(duì)已進(jìn)入終端區(qū)、還未落地的航班，對(duì)其飛行軌跡、速度、時(shí)間等信息可以進(jìn)行預(yù)測(cè)。具備內(nèi)部可預(yù)測(cè)能力，可以在終端區(qū)內(nèi)部實(shí)施一些管理目標(biāo)，如沖突化解、就近落地等。二是外部可預(yù)測(cè)，主要是指由終端外推一定的時(shí)間范圍或距離范圍，實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)性。達(dá)到這一級(jí)別的終端區(qū)，管制員可以對(duì)流量分布情況有一個(gè)相對(duì)精確的掌握，并在這一能力等級(jí)上加入動(dòng)態(tài)預(yù)警引擎，對(duì)潛在沖突進(jìn)行預(yù)警，從而避免出現(xiàn)不安全事件。達(dá)到本級(jí)后，標(biāo)志著進(jìn)場(chǎng)管理的安全性目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)。

本等級(jí)需要建設(shè)的工具集是：航跡預(yù)測(cè)模型工具；飛行航跡測(cè)量工具；

航跡預(yù)測(cè)模型工具主要完成雷達(dá)航跡推算預(yù)測(cè)功能。在終端區(qū)內(nèi)，上升、下降頻繁，飛行軌跡較多，航路航線曲折，因此不能簡(jiǎn)單利用靜態(tài)時(shí)間推算的方法進(jìn)行航跡預(yù)測(cè)。測(cè)量工具將根據(jù)飛行器能力、實(shí)時(shí)位置、速度矢量、已分配的策略等信息，對(duì)飛行軌跡進(jìn)行相對(duì)精確的測(cè)量與預(yù)測(cè)。

飛行航跡測(cè)量工具主要完成對(duì)航空器位置、高度、速度的持續(xù)測(cè)量及矯正，并將結(jié)果與航跡預(yù)測(cè)模型工具進(jìn)行交互，從而修正下一步的預(yù)測(cè)結(jié)果。

在這一級(jí)別，AMAN工具框架入下圖所示：

3.4可管理級(jí)

可管理級(jí)是指管制員可以根據(jù)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)而不是主觀判斷，采取一些預(yù)戰(zhàn)術(shù)管理措施。運(yùn)行規(guī)程中已經(jīng)為各種條件下的進(jìn)場(chǎng)航班流制定了相應(yīng)的管理策略，具備應(yīng)對(duì)大多數(shù)突發(fā)事件的能力；能夠監(jiān)控不滿足計(jì)劃要求的情況或潛在不安全情況（如間隔過(guò)小、大小型機(jī)跟隨、交叉飛行等），能夠以技術(shù)手段進(jìn)行告警。達(dá)到這一級(jí)別后，進(jìn)場(chǎng)管理手段由人為經(jīng)驗(yàn)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐约夹g(shù)數(shù)據(jù)為主，主觀決策轉(zhuǎn)變客觀決策，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)不安全事件。

本等級(jí)需要建設(shè)的工具集是：靜態(tài)進(jìn)場(chǎng)策略分配工具；告警引擎；安全預(yù)警引擎；專用進(jìn)場(chǎng)管理HMI終端。

靜態(tài)進(jìn)場(chǎng)策略分配工具主要完成進(jìn)場(chǎng)流量管理預(yù)案的匹配工作。該工具對(duì)每個(gè)進(jìn)港航班，按照預(yù)設(shè)的方式分配進(jìn)場(chǎng)管理策略，如特定走廊口航班采取特定的進(jìn)場(chǎng)航線、等待程序、落地跑道等。

告警引擎主要完成對(duì)于設(shè)定的特定場(chǎng)景、業(yè)務(wù)條件等進(jìn)行告警的功能。告警引擎可以設(shè)計(jì)為分布式輪詢方式，通過(guò)接受數(shù)據(jù)集成平臺(tái)所輸出的信息，定時(shí)檢測(cè)是否出現(xiàn)了符合告警條件的航空器并發(fā)布告警信號(hào)。

安全預(yù)警引擎可以采用時(shí)序系統(tǒng)仿真方法，根據(jù)測(cè)量工具輸出的預(yù)測(cè)信息，結(jié)合預(yù)設(shè)的業(yè)務(wù)預(yù)警條件，對(duì)一段時(shí)間之后的預(yù)計(jì)交通流情況進(jìn)行判斷并產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)。

HMI終端主要完成將策略、告警信息向管制員進(jìn)行展示、并接受管制員交互信息的功能。

在這一級(jí)別，AMAN工具框架入下圖所示：

3.5可優(yōu)化級(jí)

可優(yōu)化級(jí)是指，在滿足管理計(jì)劃要求的前提下，針對(duì)一些特定的場(chǎng)景或突發(fā)事件，能夠以自動(dòng)或半自動(dòng)的方式提供優(yōu)化策略建議；對(duì)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的與計(jì)劃的偏差，可以及時(shí)提供有效的補(bǔ)救措施建議；在滿足安全性目標(biāo)的前提下，提供考慮各種經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的運(yùn)行建議。管制方式改為航空器進(jìn)入終端區(qū)前，系統(tǒng)即給出運(yùn)行方案，管制員選擇合適的方案執(zhí)行，并監(jiān)控執(zhí)行狀態(tài)。

達(dá)到這一級(jí)別的終端區(qū)，主要決策選項(xiàng)由支持系統(tǒng)做出，管制員工作量大大減輕，主要精力可以集中在策略的執(zhí)行上，而無(wú)需參與到復(fù)雜的決策運(yùn)算過(guò)程。同時(shí)，具備實(shí)施更高級(jí)的進(jìn)場(chǎng)流量管理戰(zhàn)術(shù)策略的能力，如盤旋下降高度、精確落地時(shí)間控制等，同時(shí)兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

本等級(jí)需要建設(shè)的工具集是：預(yù)演工具；優(yōu)化器；動(dòng)態(tài)策略分配工具；

預(yù)演工具主要完成對(duì)已分配或?qū)⒁峙涞倪\(yùn)行策略建議在未來(lái)一段時(shí)間范圍內(nèi)、特定條件下的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行模擬仿真和預(yù)演，并能夠計(jì)算一些關(guān)鍵性能指標(biāo)。

優(yōu)化器主要完成在既定環(huán)境、約束條件、運(yùn)行偏好等要求下，最優(yōu)策略或次優(yōu)策略的搜索、比對(duì)及建議功能。優(yōu)化器主要依靠多變量多元約束求解、人工智能算法、數(shù)據(jù)挖掘等方式，以整體或局部目標(biāo)函數(shù)最小或最大為目標(biāo)，搜索可行的解，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成為調(diào)配策略建議。

動(dòng)態(tài)策略分配工具根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，結(jié)合特定的運(yùn)行規(guī)則，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)或事件出現(xiàn)時(shí)，調(diào)用優(yōu)化器根據(jù)預(yù)設(shè)的算法模型，搜索滿足特定目標(biāo)的最優(yōu)解或次優(yōu)解，并將其結(jié)果展示為進(jìn)場(chǎng)流量管理策略供管制員進(jìn)行選擇。

在這一級(jí)別，AMAN工具框架入下圖所示：

4結(jié)束語(yǔ)

本文就進(jìn)場(chǎng)管理的策略及進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)的建設(shè)、能力評(píng)估提出了初步的思路，可用于分步驟建設(shè)進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)?？梢钥吹剑S著級(jí)別不斷提升，技術(shù)難度、數(shù)據(jù)源要求等也隨之提升。尤其到了優(yōu)化器環(huán)節(jié)，核心技術(shù)仍然掌握在少數(shù)國(guó)外巨頭如IBM手中。但筆者認(rèn)為，依靠自主創(chuàng)新與良好的建設(shè)模式，循序漸進(jìn)的不斷進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證，我們完全有能力建設(shè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、符合我國(guó)特色的進(jìn)場(chǎng)管理系統(tǒng)，為更好的理順進(jìn)場(chǎng)航班流、協(xié)調(diào)好進(jìn)場(chǎng)與離場(chǎng)流量的關(guān)系盡一份力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 靳學(xué)梅等.進(jìn)港管理系統(tǒng)研究與分析[J]. 航空計(jì)算技術(shù)，2017（2）：5 - 8

[2] 張明偉，靳學(xué)梅，白紅利.下一代管制自動(dòng)化系統(tǒng)研究與設(shè)想[J]. 航空計(jì)算技術(shù)，2015（4）：123 - 126

[3] 胡明華，馬園園，田文，尹嘉男.復(fù)雜終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)交通流優(yōu)化排序方法研究[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，47（4）：459 - 466

[4] 張妍，胡明華，張穎.多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序模型研究[J]. 航空計(jì)算技術(shù)，2013，43（3）：20–24