CN114530059B - 一种多扇区监控席位的动态配置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多扇区监控席位的动态配置方法及系统，构建扇区复杂性评价体系，快速计算扇区复杂性；建立扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷的对应关系；建立扇区运行效能指标体系和预设阈值；根据航空器航迹和飞行计划数据推演未来各扇区和扇区组合的航空器流量；得到预测的各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷；综合安全和效率的目标，制定未来时段的岗位模式运行方案；计算扇区运行效能指标体系的单位时间内通话总时长或通话总次数和扇区运行效能指标体系的单位时间内冲突航空器数量；预设安全阈值，为多监控席位的监控管制员显示实时的扇区运行状态。本发明能动态调节岗位模式，科学权衡安全和效率的关系。

Description

一种多扇区监控席位的动态配置方法及系统

技术领域

本发明属于交通运输类，涉及空中交通管制员岗位模式和管制自动化系统领域，具体涉及一种多扇区监控席位的动态配置方法及系统。

背景技术

目前，在空中交通运行中，当对安全裕度要求不高时，使用一名管制员管制一个扇区的岗位模式，即该管制员作为指挥席位，负责指挥某特定扇区内的航空器，并且不配备监控席位。在该种岗位模式下，一个扇区只需要一名管制员，管制效率最高。在安全裕度要求较高时，一个扇区设置两名管制员，一名是指挥管制员作为指挥席位，一名是监控管制员作为监控席位。指挥管制员负责指挥某特定扇区内的航空器，监控管制员负责辅助监视该特定扇区内的航空器。在该种岗位模式下，一个扇区需要两名管制员，管制效率较低。由此既有的空中交通管制员岗位模式，主要存在管制效率高的情况下，安全性较低；安全性较高的情况下，制效率较低；以及现有的所有岗位模式都是固定的，无法根据实时情况调节，更不具备相关的实施方法。

发明内容

发明目的：本发明提供一种多扇区监控席位的动态配置方法及系统，在保障足够安全裕度的前提下，用于提高空中交通管制员的工作效率。

技术方案：本发明提供了一种多扇区监控席位的动态配置方法，包括以下步骤：

(1)构建扇区复杂性评价体系，并确定扇区复杂性评价体系的指标，快速计算扇区复杂性；

(2)建立扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷的对应关系；

(3)建立扇区运行效能指标体系和预设阈值，用于根据实时的管制员状态和航空器态势显示扇区实时运行状态，为多扇区监控席位的监控管制员提供监控辅助；

(4)抓取实时航空器航迹数据和飞行计划数据，根据航空器航迹和飞行计划数据推演未来各扇区和扇区组合的航空器流量；

(5)根据步骤(4)得出的各扇区和扇区组合的预测航空器流量，使用步骤(1)的扇区复杂性评价体系评估各扇区和扇区组合的预测复杂性，再使用步骤(2)的扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷的对应关系，得到预测的各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷；

(6)根据步骤(5)预测的各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷，综合安全和效率的目标，制定未来时段的岗位模式运行方案；

(7)实时获取各扇区指挥管制员的无线电通话语音和航空器航迹数据，所述无线电通话语音，用于计算步骤(3)建立的扇区运行效能指标体系的单位时间内通话总时长或通话总次数；所述航空器航迹数据用于计算步骤(3)建立的扇区运行效能指标体系的单位时间内冲突航空器数量；

(8)基于步骤(7)得出的实时的单位时间内通话总时长、通话总次数和冲突航空器数量，使用步骤(3)的扇区运行效能指标体系的预设安全阈值，为多监控席位的监控管制员显示实时的扇区运行状态，若某指标超出预设安全阈值，则进行告警服务。

进一步地，步骤(1)所述的扇区复杂性评价体系为：

C＝(c₁t₁+c₂t₂+c₃t₃+c₄(t₄+t′₄)+c₅(t₅+t′₅)+c₆(t₆+t′₆))/T

其中，C为扇区复杂性的总值，T为观测的总时长，c₁为进入扇区的航空器架次，c₂为离开扇区的航空器架次，t₁为单架航空器移入扇区的操作耗时，t₂为单架航空器移出扇区的操作耗时，c₃为航空器扇区内飞行时间，t₃为单位时间内单架航空器扇区内所需监视操作耗时，c₄、c₅、c₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突次数，t₄、t₅、t₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突的单次探测耗时，t'₄、t'₅、t'₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突的单次解脱耗时。

进一步地，所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)针对每个扇区和扇区组合，组织指挥管制员和监控管制员开展模拟机测试，指挥管制员和监控管制员在模拟管制过程中，每15分钟对指挥管制员和监控管制员的工作负荷进行评级；工作负荷使用从1到10的评级方式，评级1表示工作负荷小于等于总体时段的10％，评级2表示工作负荷大于总体时段的10％且小于等于总体时段的20％，其他评级的含义依次类推；

(22)同样以15分钟为单位时间段，使用扇区复杂性评价体系来计算模拟管制过程中的扇区复杂性；

(23)采用线性拟合、对数拟合、指数拟合、二次多项式拟合和乘幂拟合方法对样本点进行趋势拟合，取其中拟合系数值最高的作为最佳拟合，得到扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷对应关系的拟合公式；对应关系的拟合公式有多个，包括每个扇区的指挥管制员、每个扇区的监控管制员、所有多个扇区组合情况下的多扇区监控席位的监控管制员；针对每个扇区或扇区组合的指挥管制员或监控管制员，拟合公式的基本形式为：

W₁、W₂、W₃、W₄和W₅分别为线性拟合、对数拟合、指数拟合、二次多项式拟合和乘幂拟合的扇区复杂性C与工作负荷W的公式；α_j,k为第j种拟合方式的第k个参数，取拟合系数最高的拟合公式为W^*。

进一步地，步骤(4)所述航空器航迹数据包括提航空器的呼号、地理位置、高度、速度、航向、爬升率和下降率信息；所述飞行计划数据包括航空器预计飞越的航路点、起飞机场和计划起飞时间、着陆机场和计划着陆时间信息。

进一步地，步骤(5)所述指挥管制员和监控管制员工作负荷为：

其中，W^*(C)为拟合系数值最高的拟合公式，将扇区复杂性C代入公式，即可计算得出工作负荷

进一步地，步骤(8)所述告警服务的触发条件如下：

其中，y、

和

分别表示总触发告警变量、最近1小时内通话总时长的触发告警变量、最近15分钟内通话总时长的触发告警变量、最近1小时内通话次数的触发告警变量、最近15分钟内通话次数的触发告警变量、短期潜在冲突次数的触发告警变量、中期潜在冲突次数的触发告警变量和长期潜在冲突次数的触发告警变量；

和

分别表示最近1小时内通话总时长、最近15分钟内通话总时长、最近1小时内通话次数、最近15分钟内通话次数、短期潜在冲突次数、中期潜在冲突次数和长期潜在冲突次数；

和

分别表示最近1小时内通话总时长的预设阈值、最近15分钟内通话总时长的预设阈值、最近1小时内通话次数的预设阈值、最近15分钟内通话次数的预设阈值、短期潜在冲突次数的预设阈值、中期潜在冲突次数的预设阈值和长期潜在冲突次数的预设阈值；若y>0，则触发告警服务；若y＝0，则不触发告警服务。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种多扇区监控席位的动态配置系统，包括：战略阶段规则模块、航空器数据采集模块、管制员数据采集模块、流量推演模块、工作负荷预测模块、岗位模型推荐模块和态势显示模块；

所述战略阶段规则模块，确定扇区复杂性评价体系的指标，快速计算扇区复杂性；

所述航空器数据采集模块用于对航空器的航迹数据和飞行计划数据进行采集，航空器航迹数据和飞行计划数据源自于本发明外的其他系统，航空器数据采集模块用于实时读取航空器的航迹数据和飞行计划数据；

所述管制员数据采集模块用于对管制员的无线电通话进行采集，管制员的无线电通话数据源于每个扇区的指挥管制员工作台上配置的麦克风；

所述流量推演模块基于航空器数据采集模块，对航空器在空域结构中的未来运行态势进行推演，得到未来航空器的预测航迹信息；

所述工作负荷预测模块基于流量推演模块的预测航迹信息，融合战略阶段规则模块的多个对应关系，先将预测航迹与扇区复杂性对应，然后将扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷对应，从而得到每个扇区和扇区组合在每个时间段的工作负荷定量预测值；

所述岗位模式推荐模块基于工作负荷预测模块的结果，在满足安全裕度的情况下，考虑总时长内使用管制员数量最少的情况，即效率最高的情况；将该效率最高的情况作为岗位模式推荐结果；

所述态势显示模块基于航空器数据采集模块和管制员数据采集模块的输出，为多扇区监控席位管制员提供同时可以监控到多个扇区运行态势的便利条件,同时提供告警服务。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明从战略阶段、预战术阶段和战术阶段提出了一种多扇区监控席位的动态配置方法，将原本“一个扇区配备一名指挥管制员和一名监控管制员”的传统岗位模式，转变为可动态切换的“一个扇区配备一名指挥管制员、多个扇区配备一名监控管制员”的新型岗位模式，保证了对于扇区安全裕度的要求，又提升了管制单位的运行效率，节约了人力成本。

附图说明

图1是本发明多扇区监控席位的动态配置方法流程图；

图2是本发明的扇区复杂性与监控管制员工作负荷对应关系示例；

图3是本发明的指挥管制员和多扇区监控管制员预测工作负荷示例；

图4是本发明多扇区监控席位的动态配置系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明提供一种多扇区监控席位的动态配置方法，如图1所示，包括三个阶段：战略阶段、预战术阶段和战术阶段。

在战略阶段，具体包括：建立扇区复杂性评价体系、复杂性与管制员工作负荷对应关系、扇区运行效能指标体系。在预战术阶段，具体包括：基于航空器航迹和飞行计划数据汇总生成流量推演数据；基于扇区复杂性评价体系、复杂性与管制员工作负荷对应关系、流量推演数据得到预测的管制员工作负荷数据；基于预测的管制员工作负荷数据制定未来时段岗位模式；判断未来时段是否执行新型岗位模式。在战术阶段，如果未来时段执行传统岗位模式，则不需要战术阶段的支持；如果未来时段执行新型岗位模式，则根据管制员通话数据和航空器航迹数据，结合扇区运行效能指标体系，形成实时管制员和航空器数据，并且基于该数据为多扇区监控席位的管制员提供实时的扇区运行状态显示。具体步骤如下：

(1)构建扇区复杂性评价体系，并确定扇区复杂性评价体系的指标，快速计算扇区复杂性。

C＝(c₁t₁+c₂t₂+c₃t₃+c₄(t₄+t′₄)+c₅(t₅+t′₅)+c₆(t₆+t′₆))/T

其中，C为扇区复杂性的总值，T为观测的总时长，T通常取值15分钟或1小时，c₁为进入扇区的航空器架次，c₂为离开扇区的航空器架次，t₁为单架航空器移入扇区的操作耗时，t₂为单架航空器移出扇区的操作耗时，c₃为航空器扇区内飞行时间，t₃为单位时间内单架航空器扇区内所需监视操作耗时，c₄、c₅、c₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突次数，t₄、t₅、t₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突的单次探测耗时，t'₄、t'₅、t'₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突的单次解脱耗时。

(2)建立扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷的对应关系。

(2.1)针对每个扇区和扇区组合，组织指挥管制员和监控管制员开展模拟机测试，指挥管制员和监控管制员在模拟管制过程中，每15分钟对指挥管制员和监控管制员的工作负荷进行评级；工作负荷使用从1到10的评级方式，评级1表示工作负荷小于等于总体时段的10％，评级2表示工作负荷大于总体时段的10％且小于等于总体时段的20％，其他评级的含义依次类推。

(2.2)同样以15分钟为单位时间段，使用扇区复杂性评价体系来计算模拟管制过程中的扇区复杂性。

(2.3)采用线性拟合、对数拟合、指数拟合、二次多项式拟合和乘幂拟合方法对样本点进行趋势拟合，取其中拟合系数值最高的作为最佳拟合，得到扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷对应关系的拟合公式；对应关系的拟合公式有多个，包括每个扇区的指挥管制员、每个扇区的监控管制员、所有多个扇区组合情况下的多扇区监控席位的监控管制员；针对每个扇区或扇区组合的指挥管制员或监控管制员，拟合公式的基本形式为：

W₁、W₂、W₃、W₄和W₅分别为线性拟合、对数拟合、指数拟合、二次多项式拟合和乘幂拟合的扇区复杂性C与工作负荷W的公式；α_j,k为第j种拟合方式的第k个参数，取拟合系数最高的拟合公式为W^*。

(3)建立扇区运行效能指标体系和预设阈值，用于根据实时的管制员状态和航空器态势显示扇区实时运行状态，为多扇区监控席位的监控管制员提供监控辅助。

扇区运行效能指标体系包括管制员和航空器两大部分。管制员部分基于管制员的无线电通话数据，包括：最近1小时内通话总时长、最近15分钟内通话总时长、最近1小时内通话次数、最近15分钟内通话次数。航空器部分基于航空器的航迹数据，包括：短期潜在冲突次数(5分钟以内)、中期潜在冲突次数(10分钟以内)和长期潜在冲突次数(20分钟以内)。

(4)抓取实时航空器航迹数据和飞行计划数据，根据航空器航迹和飞行计划数据推演未来各扇区和扇区组合的航空器流量。

未来各扇区和扇区组合航空器流量推演基于航空器航迹和飞行计划数据。航空器航迹数据可以提供航空器的呼号、位置、高度、速度等信息，飞行计划数据可以提供航空器预计飞越的航路点、起飞机场和计划起飞时间、着陆机场和计划着陆时间等信息。根据需要推演的未来时间段，统计预计在该时段内飞越扇区内和扇区组合内航路点的航空器，从而得到航空器预计进入和离开每个扇区、以及飞越每个扇区内航路点的预计时间。

(5)根据步骤(4)得出的各扇区和扇区组合的预测航空器流量，使用步骤(1)的扇区复杂性评价体系评估各扇区和扇区组合的预测复杂性，再使用步骤(2)的扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷的对应关系，得到预测的各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷。

各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷预测：由于步骤(1)的计算基于管制事件，所以需要将步骤(4)的各扇区和扇区组合的预测航空器流量细化为精度为1秒的预测航迹。使用精度为1秒的预测航迹，遍历每个扇区和扇区组合的每一秒的航空器预测航迹，可以输出未来时段内的预测管制事件发生数量。得到预测管制事件发生数量，再套用步骤(1)的计算过程，即可计算出相应的扇区复杂性。

各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷预测：由于步骤(2)提供了扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷对应关系的拟合公式，并且该拟合公式的未知数有两个。所以，将结合步骤(1)得出的扇区复杂性代入至拟合公式中，即可计算出相应的指挥管制员和监控管制员工作负荷：

其中，W^*(C)为拟合系数值最高的拟合公式，将扇区复杂性C代入公式，即可计算得出工作负荷

(6)根据步骤(5)预测的各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷，综合安全和效率的目标，制定未来时段的岗位模式运行方案。

未来时段岗位模式运行方案：基于步骤5得出的不同运行方案下的指挥管制员和监控管制员工作负荷，遍历所有可能出现的扇区运行方案，若某运行方案下各扇区和扇区组合的工作负荷在安全裕度范围内，则表明该运行方案可以安全运行。在所有可以安全运行的运行方案内，找出最高效的运行方案，即未来时段所需管制员总数(包括所有指挥管制员和监控管制员)最少的运行方案。

(7)实时获取各扇区指挥管制员的无线电通话语音和航空器航迹数据，所述无线电通话语音，用于计算步骤(3)建立的扇区运行效能指标体系的单位时间内通话总时长或通话总次数；所述航空器航迹数据用于计算步骤(3)建立的扇区运行效能指标体系的单位时间内冲突航空器数量。

在战术阶段实际执行步骤6的岗位模式运行方案过程中，不断实时获取管制员状态源数据和航空器状态源数据的过程。管制员状态源数据通过各扇区指挥管制员的无线电通话语音获取，通过融合分贝阈值监测录音的麦克风，可以准确获取各扇区指挥管制员发布的每条指令。融合分贝阈值监测录音的麦克风的意义是：预先设置分贝阈值和最长间隔时间，若麦克风收集的声音分贝大于等于预先设置的分贝阈值，则麦克风开始录音；若麦克风开始录音后，麦克风收集的声音分贝持续小于分贝阈值，当该持续时间大于预先设置的最长间隔时间，则麦克风停止录音，否则麦克风一直持续录音。航空器状态源数据通过实时更新的航空器航迹数据获取，以航空器航迹数据的呼号为识别，刷新每架航空器的实时状态，包括：地理位置、高度、速度、航向、爬升率和下降率。

(8)基于步骤(7)得出的实时的单位时间内通话总时长、通话总次数和冲突航空器数量，使用步骤(3)的扇区运行效能指标体系的预设安全阈值，为多监控席位的监控管制员显示实时的扇区运行状态，若某指标超出预设安全阈值，则进行告警服务。

实时的扇区运行状态，具体运行状态的内容包括：管制员部分和航空器部分。管制员的部分基于指挥管制员无线电通话录音，包括：最近1小时内通话总时长、最近15分钟内通话总时长、最近1小时内通话次数、最近15分钟内通话次数。设置1小时和15分钟作为时间段的原因是：中国民航总局颁布的容量评估技术规范等文件中，对于管制员工作负荷的时间段规定了1小时和15分钟两种情况。针对指挥管制员所发布的每条指令的语音记录(包括开始和结束时间)，通过统计最近1小时内和15分钟内的语音记录的总时长，即可获得最近1小时内和15分钟内的通话总时长；通过统计最近1小时内和15分钟内的语音记录条数，即可获得最近1小时内和15分钟内的通话次数。

航空器的部分基于航空器航迹数据，包括：短期潜在冲突次数(5分钟以内)、中期潜在冲突次数(10分钟以内)和长期潜在冲突次数(20分钟以内)。针对航空器的预测航迹数据，根据预测的未来时段不同(5分钟、10分钟和20分钟)，通过求解航空器在三维空间中的预测运动轨迹的相交次数，即可获得短期、中期和长期潜在冲突次数。

告警服务的触发条件如下：

其中，y、

和

分别表示总触发告警变量、最近1小时内通话总时长的触发告警变量、最近15分钟内通话总时长的触发告警变量、最近1小时内通话次数的触发告警变量、最近15分钟内通话次数的触发告警变量、短期潜在冲突次数(5分钟以内)的触发告警变量、中期潜在冲突次数(10分钟以内)的触发告警变量和长期潜在冲突次数(20分钟以内)的触发告警变量；

和

分别表示最近1小时内通话总时长、最近15分钟内通话总时长、最近1小时内通话次数、最近15分钟内通话次数、短期潜在冲突次数(5分钟以内)、中期潜在冲突次数(10分钟以内)和长期潜在冲突次数(20分钟以内)；

和

分别表示最近1小时内通话总时长的预设阈值、最近15分钟内通话总时长的预设阈值、最近1小时内通话次数的预设阈值、最近15分钟内通话次数的预设阈值、短期潜在冲突次数(5分钟以内)的预设阈值、中期潜在冲突次数(10分钟以内)的预设阈值和长期潜在冲突次数(20分钟以内)的预设阈值。若y>0，则触发告警服务；若y＝0，则不触发告警服务。

图2是本发明的扇区复杂性与监控管制员工作负荷对应关系示例。以中国民航局华东地区管理分局下属的某空管分局作为研究对象，将步骤(2)的管制员模拟机工作负荷评价结果与总时长求比值，比值的百分数作为纵轴的管制员工作负荷；将模拟机的航迹数据与步骤(1)的扇区复杂性评价体系结合，输出模拟机的扇区复杂性。以监控管制员为例，指挥管制员的过程类似：在某种多扇区监控席位设置下，图2中的每个散点即代表一个扇区复杂性与多扇区监控席位的监控管制员工作负荷的样本点。可以看出，随着扇区复杂性的增加，管制员工作负荷也普遍随之增加，两者关系为正相关。采用线性拟合、对数拟合、指数拟合、二次多项式拟合和乘幂拟合方法对样本点进行趋势拟合，取其中拟合系数值最高的作为最佳拟合。在图2的示例中，指数拟合方法的拟合系数R²＝0.7913，拟合系数值最高，故采用指数拟合方法对样本点进行趋势拟合，将扇区复杂性视为x，将管制员工作负荷视为y，拟合公式为y＝11.607e^0.0207x。

图3是本发明的某运行方案的指挥管制员和监控管制员预测工作负荷示例。以中国民航局华东地区管理分局下属的某空管分局作为示例，在未来6小时的时段内，求解扇区01、02和03将要采用的运行方案。遍历所有可能的运行方案，如表1所示，共有5种：扇区01、02和03分别配备一名指挥管制员和一名监控管制员，共计六名管制员；扇区01和02共配备两名指挥管制员和一名多扇区监控席位的监控管制员，扇区03配备一名指挥管制员和一名监控管制员，共计五名管制员；扇区01和03共配备两名指挥管制员和一名多扇区监控席位的监控管制员，扇区02配备一名指挥管制员和一名监控管制员，共计五名管制员；扇区02和03共配备两名指挥管制员和一名多扇区监控管制员，扇区01配备一名指挥管制员和一名监控管制员，共计五名管制员；扇区01、02和03共配备三名指挥管制员和一名多扇区监控管制员，共计四名管制员。

表1所有可能的运行方案示例

以上述的第五种运行方案为例，求解扇区01、02和03配备三名指挥管制员和一名多扇区监控席位的监控管制员时的各管制员工作负荷。由图3可知，未来6个小时内，扇区01、扇区02和扇区03的三名指挥管制员与扇区01、02和03组合的多扇区监控席位的监控管制员的预测工作负荷都小于国际民航组织和中国民航局对于管制员工作负荷的限制(即每小时工作负荷不超过总时长的70％)。由于第五种运行方案满足了安全裕度，并且在所有五种运行方案中的效率最高(所需管制员数量最少)，所以在未来6个小时内，扇区01、02和03可以采用新型岗位模式。原本需要六名管制员的传统岗位模式变为只需要四名管制员的新型岗位模式，在人力成本的运行效率上得到了巨大的提升。

如图4所示，基于相同的发明构思，本发明还提供一种多扇区监控席位的动态配置系统，包括：战略阶段规则模块、航空器数据采集模块、管制员数据采集模块、流量推演模块、工作负荷预测模块、岗位模型推荐模块和态势显示模块。

战略阶段规则模块确定扇区复杂性评价体系的指标，快速计算扇区复杂性。

航空器数据采集模块用于对航空器的航迹数据和飞行计划数据进行采集，航空器航迹数据和飞行计划数据源自于本发明外的其他系统，航空器数据采集模块用于实时读取航空器的航迹数据和飞行计划数据。

管制员数据采集模块用于对管制员的无线电通话进行采集，管制员的无线电通话数据源于每个扇区的指挥管制员工作台上配置的麦克风。

流量推演模块基于航空器数据采集模块，对航空器在空域结构中的未来运行态势进行推演，得到未来航空器的预测航迹等信息。

工作负荷预测模块基于流量推演模块的预测航迹等信息，融合战略阶段规则模块的多个对应关系，先将预测航迹与扇区复杂性对应，然后将扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷对应，从而得到每个扇区和扇区组合在每个时间段的工作负荷定量预测值。

岗位模式推荐模块基于工作负荷预测模块的结果，在满足安全裕度(单位时间的管制员工作负荷不能过高)的情况下，考虑总时长内使用管制员数量最少的情况，即效率最高的情况。将该效率最高的情况作为岗位模式推荐结果。

态势显示模块基于航空器数据采集模块和管制员数据采集模块的输出，为多扇区监控席位管制员提供同时可以监控到多个扇区运行态势的便利条件,同时提供告警服务。

战略阶段给出了管制单位推进多扇区监控席位的预先工作，这些内容需要在具体实施多扇区监控席位之前提前完成，用于在预战术和战术阶段实施的整体过程中，作为后续工作的理论基础和技术支持。

预战术阶段面向未来某时段，为制定该时段的岗位模式，遍历所有可能出现的岗位模式，预测所有预设岗位模式下该时段的各扇区指挥管制员和监控管制员工作负荷。如果传统岗位模式下的指挥管制员和监控管制员工作负荷不满足国际民航组织和中国民航相关规定，则需要管制员提前发布流量控制措施；如果传统岗位模式满足规定，但所有其他新型岗位模式都不满足规定，则出于安全裕度的考虑，只能在该时段实行传统岗位模式；如果传统岗位模式和部分新型岗位模式都满足规定，则根据效率目标，选择一种所需管制员人力成本最小的新型岗位模式在该时段实行。

战术阶段用于当前正在实行新型岗位模式的扇区，为多扇区监控席位管制员提供信息监控，便于多扇区监控席位管制员能实时把握指挥管制员状态和扇区内航空器运行态势，进一步提高了新型岗位模式下的安全裕度。

以上示例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多扇区监控席位的动态配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构建扇区复杂性评价体系，并确定扇区复杂性评价体系的指标，快速计算扇区复杂性；

(2)建立扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷的对应关系；

(3)建立扇区运行效能指标体系和预设阈值，用于根据实时的管制员状态和航空器态势显示扇区实时运行状态，为多扇区监控席位的监控管制员提供监控辅助；

(4)抓取实时航空器航迹数据和飞行计划数据，根据航空器航迹和飞行计划数据推演未来各扇区和扇区组合的航空器流量；

(5)根据步骤(4)得出的各扇区和扇区组合的预测航空器流量，使用步骤(1)的扇区复杂性评价体系评估各扇区和扇区组合的预测复杂性，再使用步骤(2)的扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷的对应关系，得到预测的各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷；

(6)根据步骤(5)预测的各扇区和扇区组合的指挥管制员和监控管制员工作负荷，以每小时工作负荷不超过总时长的70％和所需指挥管制员和监控管制员总数最少为目标，制定未来时段的岗位模式运行方案：遍历所有可能出现的岗位模式，预测所有预设岗位模式下该时段的各扇区指挥管制员和监控管制员工作负荷；如果传统岗位模式下的指挥管制员和监控管制员工作负荷不满足安全目标，则需要管制员提前发布流量控制措施；如果传统岗位模式满足安全目标，但所有其他新型岗位模式都不满足安全目标，则出于安全目标的考虑，只能在该时段实行传统岗位模式；如果传统岗位模式和部分新型岗位模式都满足安全目标，则根据效率目标，选择一种所需指挥管制员和监控管制员总数最少的新型岗位模式在该时段实行；其中，传统岗位模式是一个扇区配备一名指挥管制员和一名监控管制员；新型岗位模式为一个扇区配备一名指挥管制员、多个扇区配备一名监控管制员；

(7)实时获取各扇区指挥管制员的无线电通话语音和航空器航迹数据，所述无线电通话语音，用于计算步骤(3)建立的扇区运行效能指标体系的单位时间内通话总时长或通话总次数；所述航空器航迹数据用于计算步骤(3)建立的扇区运行效能指标体系的单位时间内冲突航空器数量；

(8)基于步骤(7)得出的实时的单位时间内通话总时长、通话总次数和冲突航空器数量，使用步骤(3)的扇区运行效能指标体系的预设安全阈值，为多监控席位的监控管制员显示实时的扇区运行状态，若某指标超出预设安全阈值，则进行告警服务。

2.根据权利要求1所述的一种多扇区监控席位的动态配置方法，其特征在于，步骤(1)所述的扇区复杂性评价体系为：

C＝(c₁t₁+c₂t₂+c₃t₃+c₄(t₄+t′₄)+c₅(t₅+t₅′)+c₆(t₆+t′₆))/T

其中，C为扇区复杂性的总值，T为观测的总时长，c₁为进入扇区的航空器架次，c₂为离开扇区的航空器架次，t₁为单架航空器移入扇区的操作耗时，t₂为单架航空器移出扇区的操作耗时，c₃为航空器扇区内飞行时间，t₃为单位时间内单架航空器扇区内所需监视操作耗时，c₄、c₅、c₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突次数，t₄、t₅、t₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突的单次探测耗时，t'₄、t'₅、t'₆为航空器同向、交叉和对头潜在冲突的单次解脱耗时。

3.根据权利要求1所述的一种多扇区监控席位的动态配置方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)针对每个扇区和扇区组合，组织指挥管制员和监控管制员开展模拟机测试，指挥管制员和监控管制员在模拟管制过程中，每15分钟对指挥管制员和监控管制员的工作负荷进行评级；工作负荷使用从1到10的评级方式，评级1表示工作负荷小于等于总体时段的10％，评级2表示工作负荷大于总体时段的10％且小于等于总体时段的20％，其他评级的含义依次类推；

(22)同样以15分钟为单位时间段，使用扇区复杂性评价体系来计算模拟管制过程中的扇区复杂性；

(23)采用线性拟合、对数拟合、指数拟合、二次多项式拟合和乘幂拟合方法对样本点进行趋势拟合，取其中拟合系数值最高的作为最佳拟合，得到扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷对应关系的拟合公式；对应关系的拟合公式有多个，包括每个扇区的指挥管制员、每个扇区的监控管制员、所有多个扇区组合情况下的多扇区监控席位的监控管制员；针对每个扇区或扇区组合的指挥管制员或监控管制员，拟合公式的基本形式为：

W₁、W₂、W₃、W₄和W₅分别为线性拟合、对数拟合、指数拟合、二次多项式拟合和乘幂拟合的扇区复杂性C与工作负荷W的公式；α_j,k为第j种拟合方式的第k个参数，取拟合系数最高的拟合公式为W^*。

4.根据权利要求1所述的一种多扇区监控席位的动态配置方法，其特征在于，步骤(4)所述航空器航迹数据包括提航空器的呼号、地理位置、高度、速度、航向、爬升率和下降率信息；所述飞行计划数据包括航空器预计飞越的航路点、起飞机场和计划起飞时间、着陆机场和计划着陆时间信息。

5.根据权利要求1所述的一种多扇区监控席位的动态配置方法，其特征在于，步骤(5)所述指挥管制员和监控管制员工作负荷为：

其中，W^*(C)为拟合系数值最高的拟合公式，将扇区复杂性C代入公式，即可计算得出工作负荷

6.根据权利要求1所述的一种多扇区监控席位的动态配置方法，其特征在于，步骤(8)所述告警服务的触发条件如下：

其中，y、

和

分别表示总触发告警变量、最近1小时内通话总时长的触发告警变量、最近15分钟内通话总时长的触发告警变量、最近1小时内通话次数的触发告警变量、最近15分钟内通话次数的触发告警变量、短期潜在冲突次数的触发告警变量、中期潜在冲突次数的触发告警变量和长期潜在冲突次数的触发告警变量；

和

分别表示最近1小时内通话总时长、最近15分钟内通话总时长、最近1小时内通话次数、最近15分钟内通话次数、短期潜在冲突次数、中期潜在冲突次数和长期潜在冲突次数；

和

分别表示最近1小时内通话总时长的预设阈值、最近15分钟内通话总时长的预设阈值、最近1小时内通话次数的预设阈值、最近15分钟内通话次数的预设阈值、短期潜在冲突次数的预设阈值、中期潜在冲突次数的预设阈值和长期潜在冲突次数的预设阈值；若y>0，则触发告警服务；若y＝0，则不触发告警服务。

7.一种采用如权利要求1-6任一所述方法的多扇区监控席位的动态系统，其特征在于，包括：战略阶段规则模块、航空器数据采集模块、管制员数据采集模块、流量推演模块、工作负荷预测模块、岗位模型推荐模块和态势显示模块；

所述战略阶段规则模块，确定扇区复杂性评价体系的指标，快速计算扇区复杂性；

所述航空器数据采集模块用于对航空器的航迹数据和飞行计划数据进行采集，航空器航迹数据和飞行计划数据源自于本发明外的其他系统，航空器数据采集模块用于实时读取航空器的航迹数据和飞行计划数据；

所述管制员数据采集模块用于对管制员的无线电通话进行采集，管制员的无线电通话数据源于每个扇区的指挥管制员工作台上配置的麦克风；

所述流量推演模块基于航空器数据采集模块，对航空器在空域结构中的未来运行态势进行推演，得到未来航空器的预测航迹信息；

所述工作负荷预测模块基于流量推演模块的预测航迹信息，融合战略阶段规则模块的多个对应关系，先将预测航迹与扇区复杂性对应，然后将扇区复杂性与指挥管制员和监控管制员工作负荷对应，从而得到每个扇区和扇区组合在每个时间段的工作负荷定量预测值；

所述岗位模式推荐模块基于工作负荷预测模块的结果，在满足安全裕度的情况下，考虑总时长内使用管制员数量最少的情况，即效率最高的情况；将该效率最高的情况作为岗位模式推荐结果；

所述态势显示模块基于航空器数据采集模块和管制员数据采集模块的输出，为多扇区监控席位管制员提供同时可以监控到多个扇区运行态势的便利条件,同时提供告警服务。

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