CN103117008B - 一种基于管制员工作负荷的扇区瞬时容量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于管制员工作负荷的扇区瞬时容量评估方法，本发明属于民航技术领域。一种基于管制员工作负荷的扇区瞬时容量评估方法在获取评估扇区基本特征(如空域结构、流量分布等)的基础上，依据现场采集的管制员工作负荷数据，参考航空器在扇区内的航段飞行时间，计算管制员同时管制的航空器将要消耗的工作负荷，依据国际民航组织文件(ICAO9426)的有关规定，即“扇区达到最大容量时，管制员平均工作负荷必须小于其满负荷的80％，且满负荷的90％时的工作时间不超过总时间的2.5％”，判断所评估扇区管制员能够同时管制航空器的最大数量。

Description

一种基于管制员工作负荷的扇区瞬时容量评估方法

技术领域

本发明涉及一种扇区瞬时容量评估方法，具体地涉及管制员工作负荷的统计、管制员工作负荷与扇区航空器架次的关联方法。

背景技术

随着我国民用航空事业飞速发展，有限的空域资源与不断增长的空中交通流量之间的矛盾日益凸显。为了解决空域资源供需矛盾，实现空域系统的安全、经济和高效管理，有必要对空域系统运行服务能力进行科学、客观的评估。加之以扇区为基本运行单位的空域系统复杂化、动态化趋势日益加深，评估扇区容量，尤其是基于管制员工作负荷的扇区容量评估成为精细化衡量空域运行服务能力的先决条件之一，也是保障飞行安全、有效实施空中交通流量管理策略、充分利用空域资源的重要依据。

在实际应用中，《中国民用航空空中交通管理规则》中关于扇区瞬时容量的指导意见与目前的管制现状不完全吻合，管制员尚缺乏客观判断扇区瞬时容量的科学依据，国内外关于扇区瞬时容量的专项研究尚处于空白阶段，因此科学合理的评估扇区瞬时容量是亟需开展的重要研究。

发明内容

本发明在获取评估扇区基本特征(如空域结构、流量分布等)的基础上，依据现场采集的管制员工作负荷数据，参考航空器在扇区内的航段飞行时间，计算管制员同时管制的航空器将要消耗的工作负荷，依据国际民航组织文件(ICAO9426)的有关规定，即“扇区达到最大容量时，管制员平均工作负荷必须小于其满负荷的80％，且满负荷的90％时的工作时间不超过总时间的2.5％”，判断所评估扇区管制员能够同时管制航空器的最大数量。

本发明的技术方案是基于管制员工作负荷的扇区瞬时容量评估方法，包括以下步骤：

(1)根据航班的历史雷达航迹信息，识别最大瞬时流量产生时刻及其交通流特征，选取与指定航线流量比例的最优匹配；

(2)计算瞬时流量对应的管制员工作负荷及工作负荷分布特征，判断此时工作负荷分布是否满足国际民航组织要求；

(3)按照扇区各路径的指定流量比例和航班到达分布，在最大瞬时流量基础上增加或减少航班，直至管制员工作负荷分布满足国际民航组织要求。

本发明与现有技术相比优点在于：本发明原理简单，弥补了国内外扇区瞬时容量评估技术的空白，根据目前我国多数扇区的发展状况和实际运行情况，在管制员工作负荷统计的基础上，建立了管制员工作负荷与扇区瞬时容量的关联。

附图说明

图1为本发明核心原理图；

图2为增加航班流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明的核心原理图。基于管制员工作负荷的扇区瞬时容量评估方法，包括以下步骤：(1)根据航班的历史雷达航迹信息，识别最大瞬时流量产生时刻及其交通流特征，选取与指定航线流量比例的最优匹配；(2)计算瞬时流量对应的管制员工作负荷及工作负荷分布特征；(3)按照扇区各路径的指定流量比例和航班到达分布，在最大瞬时流量基础上增加航班，直至管制员工作负荷分布满足国际民航组织要求。

所述步骤(1)包括以下分步骤：(1.1)读取历史雷达航迹中航空器进、出扇区时间T_入i与T_出i；(1.2)根据T_入i与T_出i计算航空器i在扇区内航线j上的总飞行时间T_ij ^total＝T_出i-T_入i(1.3)以1秒为步长，分别计算统计时刻i时扇区瞬时流量f_i；(1.4)计算最大瞬时流量F＝Max(f_i)，记录F出现的时刻T；(1.5)计算F出现时的各条航线流量比例{L₁，L₂，...Lj}；(1.6)若F出现在n个时刻{T₁，T₂，...T_n}，则采用方差分析方法，选取与指定航线流量比例最匹配时的F作为最大瞬时流量。

所述步骤(2)包括以下分步骤：(2.1)根据现场采集的管制员工作负荷，计算管制员在扇区航线j指挥航空器的平均工作负荷W_j；(2.2)计算瞬时流量f所含的航空器i∈{1，2，3，...，f}在扇区航线j∈{1，2，...，N}上剩余飞行耗费管制员的工作负荷WL_i＝[(T_出i-T)/(T_出i-T_入i)]×W_j；(2.3)计算瞬时流量f所含的航空器剩余飞行耗费的管制员工作总负荷WL＝∑WL_i，i∈[1，2，3，...，f]；(2.4)统计瞬时流量f所含的航空器i在扇区内航线j上的剩余飞行时间T_ij；(2.5)计算瞬时流量f所含的航空器完全飞出扇区需要的时间TL＝Max(T_ij)；(2.6)计算瞬时流量f对应的剩余飞行耗费的管制员工作总负荷WL超出TL×90％的时间T_c，其中 $\mathrm{\λ}=\left\{\begin{array}{cc}0& \frac{\mathrm{\Σ}\frac{\min \left(T_{\mathrm{ij}}\right)}{T_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{total}}}\·W_j}{\min \left(T_{\mathrm{ij}}\right)}-0.9\≤0\\ 1& \mathrm{else}\end{array}\right.$ (2.7)计算WL占航空器完全飞出扇区需要的时间TL的百分比P＝(WL/TL)×100％；(2.8)若T_C＜TL×2.5％且P＜80％，且执行过步骤(2.9)，则瞬时容量C＝f；如果没有执行过步骤(2.9)，则执行步骤(3)；(2.9)若T_C＞TL×2.5％，则按照航空器飞出扇区的时间顺序减少一架航空器f＝f-1，再依次按步骤(2.2)-(2.8)计算；若P＞80％，则按照航空器飞出扇区的时间顺序减少一架航空器f＝f-1，再依次按步骤(2.2)-(2.8)计算。

图2为增加航班流程图，所述步骤(3)包括以下分步骤：(3.1)根据历史雷达航迹数据，统计建立各航线入口的航班达到分布函数D_n，n∈(1，…，p)，其中p为航线数量；(3.2)根据扇区各路径的指定流量比例(α₁，…，α_p)，其中α₁+…+α_p＝1，建立累积航线比例集合(β₁，…，β_p)，其中，β_n＝100(α₁+…+α_n)；使用线性同余方法产生随机数序列X_m+1＝(a·X_m+b)mod(100)，其中X₀为随机初值；若X_m∈(β_n，β_n+1]，则将航班分配至为航线n+1，否则分配至航线1；(3.3)将瞬时高峰流量出现时刻作为当前增量航班的进入航线时刻；(3.4)设当前为航班分配的航线为n，判断随机增量过程中是否首次为该航线分配航班，若是则转向(3.6)，若否则转向(3.5)；(3.5)根据航班到达分布函数D_n修正航线n上前序增量航班的剩余飞行时间；(3.6)航班增量结束。

Claims (1)

1.一种基于管制员工作负荷的扇区瞬时容量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据航班的历史雷达航迹信息，识别最大瞬时流量产生时刻及其交通流特征，选取与指定航线流量比例的最优匹配；

(2)计算瞬时流量对应的管制员工作负荷及工作负荷分布特征；

(3)按照扇区各路径的指定流量比例和航班到达分布，在最大瞬时流量基础上增加航班；

所述步骤(1)包括以下分步骤：

(1.1)读取历史雷达航迹中航空器进、出扇区时间T_入i与T_出i；

(1.2)根据T_入i与T_出i计算航空器i在扇区内航线j上的总飞行时间T_ij ^total＝T_出i-T_入i；

(1.3)以1秒为步长，分别计算统计时刻i时扇区瞬时流量f_i；

(1.4)计算最大瞬时流量F＝Max(f_i)，记录F出现的时刻T；

(1.5)计算F出现时的各条航线流量比例{L₁，L₂，...L_j}；

(1.6)若F出现在n个时刻{T₁，T₂，...T_n}，则采用方差分析方法，选取与指定航线流量比例最匹配时的F作为最大瞬时流量；

所述步骤(2)包括以下分步骤：

(2.1)根据现场采集的管制员工作负荷，计算管制员在扇区航线j指挥航空器的平均工作负荷W_j；

(2.2)计算瞬时流量f所含的航空器i∈{1，2，3，...，f}在扇区航线j∈{1，2，...，N}上剩余飞行耗费管制员的工作负荷WL_i＝[(T_出i-T)/(T_出i-T_入i)]×W_j；

(2.3)计算瞬时流量f所含的航空器剩余飞行耗费的管制员工作总负荷WL＝∑WL_i，i∈[1，2，3，...，f]；

(2.4)统计瞬时流量f所含的航空器i在扇区内航线j上的剩余飞行时间T_ij；

(2.5)计算瞬时流量f所含的航空器完全飞出扇区需要的时间TL＝Max(T_ij)；

(2.6)计算瞬时流量f对应的WL超出TL×90％的时间T_c

$T_c=\mathrm{\λ}\·\frac{\min \left(T_{\mathrm{ij}}\right)}{\mathrm{TL}},\mathrm{\λ}=\left\{\begin{array}{cc}0& \frac{\mathrm{\Σ}\frac{\min \left(T_{\mathrm{ij}}\right)}{T_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{total}}}\·W_j}{\min \left(T_{\mathrm{ij}}\right)}-0.9\≤0\\ 1& \mathrm{else}\end{array}\right.;$

(2.7)计算剩余飞行耗费的管制员工作总负荷WL占航空器完全飞出扇区需要的时间TL的百分比P＝(WL/TL)×100％；

(2.8)若T_C＜TL×2.5％且P＜80％，且执行过步骤(2.9)，则瞬时容量C＝f；如果没有执行过步骤(2.9)，则执行步骤(3)；

(2.9)若T_C＞TL×2.5％，则按照航空器飞出扇区的时间顺序减少一架航空器f＝f-1，再依次按步骤(2.2)-(2.8)计算；若P＞80％，则按照航空器飞出扇区的时间顺序减少一架航空器f＝f-1，再依次按步骤(2.2)-(2.8)计算；

所述步骤(3)包括以下分步骤：

(3.1)根据历史雷达航迹数据，统计建立各航线入口的航班达到分布函数D_n，n∈(1，…，p)，其中p为航线数量；

(3.2)根据扇区各路径的指定流量比例(α₁，…，α_p)，其中α₁+…+α_p＝1，建立累积航线比例集合(β₁，…，β_p)，其中，β_n＝100(α₁+…+α_n)；使用线性同余方法产生随机数序列X_m+1＝(a·X_m+b)mod(100)，其中X₀为随机初值；若X_m∈(β_n，β_n+1]，则将航班分配至为航线n+1，否则分配至航线1；

(3.3)将最大瞬时流量出现时刻作为当前增量航班的进入航线时刻；

(3.4)设当前为航班分配的航线为n，判断随机增量过程中是否首次为该航线分配航班，若是则转向(3.6)，若否则转向(3.5)；

(3.5)根据航班到达分布函数D_n修正航线n上前序增量航班的剩余飞行时间；

(3.6)航班增量结束。