CN112419791A - 一种区域级繁忙终端航班排序调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区域级繁忙终端航班排序调度方法，步骤如下：1）创建航班计划；2）对航班的航迹进行建模；3）计算队列排序；4）计算航班模式；5）根据步骤3）中得到的总延误时间、步骤2）中的航迹模型和步骤4）中航班模式，采用对应的区域管制区和进近管制区的延误分配及调配策略将航班总延误时间分配到区域管制区和进近管制区中；6）航班终止。本发明方法可利用区域管制区，给管制员更大的指挥空间，降低进近管制员的工作负荷，提升航班保障架次。

Description

一种区域级繁忙终端航班排序调度方法

技术领域

本发明属于民用航空的空中交通管理(ATM)技术领域，具体指代一种面向区域级和繁忙终端区的航班排序调度方法。

背景技术

随着国民经济快速发展，民用航空运输领域日渐繁忙，区域管制区(简称“区管”)和进近管制区(简称“进近”)内交通流量快速增长，管制员作为空中交通管理的核心主体，为应对流量增长，各部门都采取相应的技术手段增强各自服务保障能力，以提升服务质量和数量，由此辅助管制员的决策支持系统应运而生。

虽然现有技术提出了一些航班进场调度的方法，但现有的航班进场调度管理工具(AMAN)管理的空域范围有限，基本围绕进近管制区，存在航班队列跳变问题，不适用我国区管级长航程的进场指挥，发挥的实际作用有限。现有的航班进场管理工具航班基于跑道容量和相关限制进行航班排序计算，给出的建议延误时间未能利用区域管制区，未能将延误进一步区分为区域吸纳延误和进近吸纳延误。目前的AMAN工作原理如下：

1)进场航空器将要进入进近管制区(APP)，进场航空器被系统工具捕获，系统可定义一个AMAN计算范围；

2)在地面，AMAN工具根据航空器的实时位置和机型运动学性能模型，并综合考虑风速、风向的影响计算航空器的预计落地时间ETA；

3)航空器参与航班进场队列的综合排序计算，AMAN工具根据机场容量和相关限制，给出每个将要落地航班的控制落地时间CTA，如是北上广等繁忙大型机场，还需进一步分配降落跑道；

4)AMAN工具将相关信息和指挥建议显示给管制员，供其指挥参考；

5)航空器的飞行员根据地面管制员给出的指令执行，减速、加速、绕飞、控制过点时间等。

存在以下的缺点：

1.排序管理范围有限，给管制员的指挥提前量不够，自动化排序工具能够发挥作用有限。

2.航班在重新排序时产生跳变问题，给管制员指挥飞机带来压力和安全隐患。

3.给出的建议延误时间是总体，不能利用区管空域范围消耗延误，导致航空器在进近空域有盘旋等待，浪费航空燃油和旅客时间等。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种区域级繁忙终端航班排序调度方法，以解决现有技术中航班排序管理范围小、航班重新跳变、进近管制员负荷大(航班延误未能合理分配)等技术缺陷。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种区域级繁忙终端航班排序调度方法，步骤如下：

1)创建航班计划：根据航班的时刻表计划和当日动态计划电报，创建该航班计划，并进行生命周期管理，动态接收外部事件更新；

2)对航班的航迹进行建模：根据区域管制区阶段特点构建航迹模型、根据进近管制区阶段特点构建航迹模型，综合各种机型的运动学性能计算出航班的预计落跑道时间和预计过走廊口点时间，以及能够延误或飞捷径的时间范围；

3)计算队列排序：周期性或外界触发综合计算考虑空中运行限制后的计算落地时间，计算各航班在排序队列中消化的总延误时间ΔT，根据空域环境，设置定时周期[10s，300s]区间范围中的某一值；

4)计算航班模式：结合航班当前状态判断航班当前所处的航班模式，结合航班动态运行事件，根据航班模式切换条件切换航班模式；

5)根据步骤3)中得到的总延误时间、步骤2)中的航迹模型和步骤4)中航班模式，采用对应的区域管制区和进近管制区的延误分配及调配策略将航班总延误时间分配到区域管制区和进近管制区中；

6)航班终止：根据外部的航班动态信息得到该航班已实际落地或其他情况，则从航班排序队列中移出。

进一步地，所述步骤2)中构建区域管制区航迹模型具体包括：

21)根据航班的航班性能、飞行航路、高度构建标准区域管制区航迹；

22)在交通量小时段，使用直飞航路段；

23)在交通量大时段，使用延误消化时间方法，最大的延误消化时间为ΔCmax。

进一步地，所述步骤2)中构建进近管制区航迹模型具体包括：

24)根据航班的航班性能和飞行航路、高度构建标准进近管制区航迹；

25)通过跑道压力来延长标准航迹以获得在进近管制区的机动；

26)通过雷达引导或减速来获得延误消化；在进近管制区通过线性延误消化获得最大延误时间为ΔPmax。

进一步地，所述步骤3)具体包括：航班预计落跑道时间和计算落地时间的差值为总延误时间ΔT，该总延误时间包括区域管制区和进近管制区延误的总和。

进一步地，所述步骤4)中的航班模式具体包括：非稳定模式、稳定模式、超稳定模式、冻结模式、去排序模式。

非稳定模式：当一个航班处于非稳定模式状态时，每一个航班预计过走廊口点的时间ETA-FF的更新，航班的所有属性参数都会更新，包括分配的跑道和STA；比如，航班在序列中的位置也会重新计算。

稳定模式：当一个航班处于稳定模式状态时，每一个航班预计过走廊口点的时间ETA-FF的自动更新，仅有当前参数被重新计算；比如，该航班保持在序列中的位置除非有一个新的航班在其前面出现或消失。

超稳定模式：当一个航班处于超稳定模式，每次航班预计过走廊口点的时间ETA-FF的更新，仅仅只有当前参数触发重新计算但是如果有其他航班出现在该航班前面，该航班在排序队列中的位置不会向后调整。在这种情况下，新航班将会插入到超稳定航班的后面。该航班可以根据管制员的动作被调整到另一架航班的后面。

冻结模式：当航班是冻结模式时，对于每一次航班预计过走廊口点的时间ETA-FF自动更新，仅有当前参数会重新计算，但该航班在排序队列中的位置不会被系统再更新，管制员对该航班也不能更新。

去排序模式：当一个航班由于气象原因无法降落时，该航班可以暂时从排序队列中移出，放入去排序集合中。在该模式下的航班，每次更新航班预计过走廊口点的时间ETA-FF时，没有参数会更新计算。

进一步地，所述步骤4)具体还包括：

基于时间的转换：在航班激活前，一个航班在系统中一直会是非稳定模式；

41)从非稳定模式过渡到稳定模式触发条件：

航班已经处于非稳定模式自被激活已经历时间T1(T1为离线定义参数，取决于区管和进近的移交点FF，速度分类和离港机场)；

航班预计到达区管和进近的移交点的时间不晚于时间T2(T2为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场)；

42)从稳定模式过渡到超稳定模式，会被以下条件触发：

航班预计不晚于时间T3到达区管和进近的移交点(T3为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场)；

43)从超稳定模式过渡到冻结模式，会被以下条件触发：

航班预计落地时间不晚于时间T4(T4为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场)。

进一步地，所述步骤5)具体还包括：

51)选择区管延误优先策略，根据步骤3)中的计算总延误时间ΔT和步骤2)中的航迹延误时间范围，判断总延误时间ΔT值大小属于的区间范围，从而确定延误分配；

52)选择进近延误优先策略，根据步骤3中的计算总延误时间ΔT和步骤2中的航迹延误时间范围，判断总延误时间ΔT值大小属于的区间范围，从而确定延误分配。

进一步地，所述步骤6)具体包括：

61)利用管制自动化系统或电报处理系统中航班计划的最新实时动态，获知航班是否已实际落地或返航、备降；若是则从航班排序队列中移出该航班；若否则该航班继续参与调度方法内部循环，从步骤2)开始，依次执行步骤3)、步骤4)、步骤5)；

62)人工操作将该航班移出队列，结束。

本发明的有益效果：

(1)本发明方法可利用区域管制区，给管制员更大的指挥空间，降低进近管制员的工作负荷，提升航班保障架次。

(2)本发明引入航班动态模式转换机制，根据航班的所处状态和本地空域运行环境配置的计算参数进行动态转换，如此航班重新排序时考虑航班排序特点，提升航班总体重新排序后的稳定性，降低管制指挥负荷，间接提升安全水平。

(3)本发明支持将航班延误进一步区分为区域吸纳延误和进近吸纳延误。延误可由进近管制员和区管管制员协同指挥来共同消化吸收，减轻给管制员的指挥压力，减少不必要的进近范围盘旋等待，节省航空燃油和旅客时间。

附图说明

图1为本发明方法的原理图。

图2为大空域范围航迹建模原理图。

图3为动态航班模式动态转化原理图。

具体实施方式

术语解释如下表：

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种区域级繁忙终端航班排序调度方法，步骤如下：

1)创建航班计划：根据航班的时刻表计划和当日动态计划电报，创建该航班计划，并进行生命周期管理，动态接收外部事件更新；

2)对航班的航迹进行建模：通过区管和进近的移交点(FF)把航迹划分为两个主要阶段，根据区域管制区阶段特点构建航迹模型、根据进近管制区阶段特点构建航迹模型，综合各种机型的运动学性能计算出航班的预计落跑道时间(ETA)和预计过走廊口点时间(ETA-FF)，以及能够延误或飞捷径的时间范围；如图2所示，

构建区域管制区航迹模型具体包括：

21)根据航班的航班性能、飞行航路、高度构建标准区域管制区航迹；

22)在交通量小时段，为了在区域管制区中的减小飞行时间可以使用直飞航路段；

23)在交通量大时段，使用延误消化时间方法(减速或雷达引导)，最大的延误消化时间为ΔCmax。

构建进近管制区航迹模型具体包括：

24)根据航班的航班性能和飞行航路、高度构建标准进近管制区航迹；

25)通过跑道压力(Runway Pressure，P)来延长标准航迹以获得在进近管制区的机动；

26)通过雷达引导或减速来获得延误消化；在进近管制区通过线性延误消化获得最大延误时间为ΔPmax。

3)计算队列排序：周期性或外界触发综合计算考虑空中运行限制后的计算落地时间(STA)，计算各航班在排序队列中消化的总延误时间ΔT，根据空域环境，设置定时周期[10s，300s]区间范围中的某一值；

航班预计落跑道时间(ETA)和计算落地时间(STA)的差值为总延误时间ΔT，该总延误时间包括区域管制区和进近管制区延误的总和。

4)计算航班模式：结合航班当前状态判断航班当前所处的航班模式，结合航班动态运行事件，根据航班模式切换条件切换航班模式；

航班模式具体包括：非稳定模式、稳定模式、超稳定模式、冻结模式、去排序模式。

非稳定模式(UNSTABLE MODE)：当一个航班处于非稳定模式状态时，每一个航班预计过走廊口点的时间ETA-FF的更新，航班的所有属性参数都会更新，包括分配的跑道和STA；比如，航班在序列中的位置也会重新计算。

稳定模式(STABLE MODE)：当一个航班处于稳定模式状态时，每一个航班预计过走廊口点的时间ETA-FF的自动更新，仅有当前参数被重新计算；比如，该航班保持在序列中的位置除非有一个新的航班在其前面出现或消失。

超稳定模式(SUPERSTABLE MODE)：当一个航班处于超稳定模式，每次航班预计过走廊口点的时间ETA-FF的更新，仅仅只有当前参数触发重新计算(如同稳定状态航班)但是如果有其他航班出现在该航班前面，该航班在排序队列中的位置不会向后调整。在这种情况下，新航班将会插入到超稳定航班的后面。该航班可以根据管制员的动作被调整到另一架航班的后面。

冻结模式(FROZEN MODE)：当航班是冻结模式时，对于每一次航班预计过走廊口点的时间ETA-FF自动更新，仅有当前参数会重新计算(如同稳定或超稳定航班)，但该航班在排序队列中的位置不会被系统再更新，管制员对该航班也不能更新。

去排序模式(DESEQUENCED MODE)：当一个航班由于气象原因无法降落时，该航班可以暂时从排序队列中移出，放入去排序集合中。在该模式下的航班，每次更新航班预计过走廊口点的时间ETA-FF时，没有参数会更新计算。

如图3所示，基于时间的转换：在航班激活前，一个航班在系统中一直会是非稳定模式；

41)从非稳定模式过渡到稳定模式触发条件：

航班已经处于非稳定模式自被激活已经历时间T1(T1为离线定义参数，取决于区管和进近的移交点FF，速度分类和离港机场)；

航班预计到达区域管制区和进近管制区的移交点的时间不晚于时间T2(T2为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场)；

42)从稳定模式过渡到超稳定模式，会被以下条件触发：

航班预计不晚于时间T3到达区管和进近的移交点(T3为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场)；

43)从超稳定模式过渡到冻结模式，会被以下条件触发：

航班预计落地时间不晚于时间T4(T4为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场)。

5)根据步骤3)中得到的总延误时间、步骤2)中的航迹模型和步骤4)中航班模式，采用对应的区域管制区和进近管制区的延误分配及调配策略将航班总延误时间分配到区域管制区和进近管制区中；

51)以选择区管延误优先策略为例，如下表1所示；根据步骤3)中的计算总延误ΔT和步骤2)中的航迹延误时间范围，判断其值大小属于的区间范围，从而确定延误分配。

举例，如P+ΔCmax<ΔT<P+ΔCmax+ΔPmax，则：

511)在区域管制区中消化的延误，ΔC＝ΔCmax

512)在进近管制区中消化的延误，ΔP＝ΔT–Δcmax；

表1

52)以选择进近延误优先策略为例，如下表2；根据步骤3中的计算总延误ΔT和步骤2中的航迹延误时间范围，判断其值大小属于的区间范围，从而确定延误分配。

举例，如P+ΔPmax+SC<ΔT<P+ΔCmax+ΔPmax，则：

521)在区域管制区中消化的延误，ΔC＝ΔT-P-ΔPmax

522)在进近管制区中消化的延误，ΔP＝P+ΔPmax。

表2

6)航班终止：根据外部的航班动态信息得到该航班已实际落地或其他情况(返航、备降等)，则从航班排序队列中移出。

航班终止由两方面触发，如下：

61)利用管制自动化系统或电报处理系统中航班计划的最新实时动态，获知航班是否已实际落地或返航、备降；若是则从航班排序队列中移出该航班；若否则该航班继续参与调度方法内部循环，从步骤2)开始，依次执行步骤3)、步骤4)、步骤5)；

62)人工操作将该航班移出队列，结束。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种区域级繁忙终端航班排序调度方法，其特征在于，步骤如下：

1)创建航班计划：根据航班的时刻表计划和当日动态计划电报，创建该航班计划，并进行生命周期管理，动态接收外部事件更新；

2)对航班的航迹进行建模：根据区域管制区阶段特点构建航迹模型、根据进近管制区阶段特点构建航迹模型，综合各种机型的运动学性能计算出航班的预计落跑道时间和预计过走廊口点时间，及能够延误或飞捷径的时间范围；

3)计算队列排序：计算考虑空中运行限制后的计算落地时间，计算各航班在排序队列中消化的总延误时间ΔT；

4)计算航班模式：结合航班当前状态判断航班当前所处的航班模式，结合航班动态运行事件，根据航班模式切换条件切换航班模式；

5)根据步骤3)中得到的总延误时间、步骤2)中的航迹模型和步骤4)中航班模式，采用对应的区域管制区和进近管制区的延误分配及调配策略将航班总延误时间分配到区域管制区和进近管制区中；

6)航班终止：根据外部的航班动态信息得到该航班已实际落地或其他情况，从航班排序队列中移出。

2.根据权利要求1所述的区域级繁忙终端航班排序调度方法，其特征在于，所述步骤2)中构建区域管制区航迹模型具体包括：

21)根据航班的航班性能、飞行航路、高度构建标准区域管制区航迹；

22)在交通量小时段，使用直飞航路段；

23)在交通量大时段，使用延误消化时间方法，最大的延误消化时间为ΔCmax。

3.根据权利要求1所述的区域级繁忙终端航班排序调度方法，其特征在于，所述步骤2)中构建进近管制区航迹模型具体包括：

24)根据航班的航班性能和飞行航路、高度构建标准进近管制区航迹；

25)通过跑道压力来延长标准航迹以获得在进近管制区的机动；

26)通过雷达引导或减速来获得延误消化；在进近管制区通过线性延误消化获得最大延误时间为ΔPmax。

4.根据权利要求1所述的区域级繁忙终端航班排序调度方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：航班预计落跑道时间和计算落地时间的差值为总延误时间ΔT，该总延误时间包括区域管制区和进近管制区延误的总和。

5.根据权利要求1所述的区域级繁忙终端航班排序调度方法，其特征在于，所述步骤4)中的航班模式具体包括：非稳定模式、稳定模式、超稳定模式、冻结模式、去排序模式。

6.根据权利要求5所述的区域级繁忙终端航班排序调度方法，其特征在于，所述步骤4)具体还包括：

基于时间的转换：在航班激活前，一个航班在系统中一直是非稳定模式；

41)从非稳定模式过渡到稳定模式触发条件：

航班已经处于非稳定模式自被激活已经历时间T1，T1为离线定义参数，取决于区管和进近的移交点FF，速度分类和离港机场；

航班预计到达区管和进近的移交点的时间不晚于时间T2，T2为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场；

42)从稳定模式过渡到超稳定模式，会被以下条件触发：

航班预计不晚于时间T3到达区管和进近的移交点，T3为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场；

43)从超稳定模式过渡到冻结模式，会被以下条件触发：

航班预计落地时间不晚于时间T4，T4为离线定义参数，取决于FF，速度分类和离港机场。

7.根据权利要求1所述的区域级繁忙终端航班排序调度方法，其特征在于，所述步骤5)具体还包括：

51)选择区管延误优先策略，根据步骤3)中的计算总延误时间ΔT和步骤2)中的航迹延误时间范围，判断总延误时间ΔT值大小属于的区间范围，从而确定延误分配；

52)选择进近延误优先策略，根据步骤3中的计算总延误时间ΔT和步骤2中的航迹延误时间范围，判断总延误时间ΔT值大小属于的区间范围，从而确定延误分配。

8.根据权利要求1所述的区域级繁忙终端航班排序调度方法，其特征在于，所述步骤6)具体包括：

61)利用管制自动化系统或电报处理系统中航班计划的最新实时动态，获知航班是否已实际落地或返航、备降；若是则从航班排序队列中移出该航班；若否则该航班继续参与调度方法内部循环，从步骤2)开始，依次执行步骤3)、步骤4)、步骤5)；

62)人工操作将该航班移出队列，结束。

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