CN116580601A - 基于空域约束和进场流量的进港排序方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空域约束和进场流量的进港排序方法，包括：结合终端区内的空域约束确定各进场方向的延误吸纳能力；筛选终端区内的进场落地航班计划参与排序；提取航班的进场方向，计算终端区内各进场方向的进场流量；根据各进场方向的延误吸纳能力和进场流量确定进场优先级；计算航班的排序优先级和排序基准，并根据航班排序优先级和排序基准时间建立排序队列；基于排序队列顺序对航班进行排序计算，为航班提供建议落地跑道、建议落地时间和延误吸纳决策。本发明综合空域约束和进场流量，保障大流量进场方向优先排序，同时考虑航线吸纳延误时间的可执行性，计算进场排队序列，贴合管制运行偏好，提高大流量方向进场率，均衡进场压力。

Description

基于空域约束和进场流量的进港排序方法

技术领域

本发明属于空中交通管理和进场管理技术领域，具体涉及一种基于空域约束和进场流量的进港排序方法。

背景技术

空中交通流量迅猛增长，容流不平衡现象下管制压力与日俱增，管制指挥受空域约束、军事活动和进场流量等影响较大。为了缓解矛盾、降低延误、提高效率，国内对进场航班排序方法的研究一直在持续。

当前已有的进港排序技术方法及应用系统主要偏重于以最小延误为目标，基于跑道约束、延误成本等限制条件对进场航班进行排序优化，而对于空域限制下结合流量分布考虑管制指挥的延误吸纳能力约束却鲜少研究，结合不同进场方向流量分布失衡条件下的管制指挥偏好，指挥大流量进场、空域调配空间较小的进场方向航班优先进场降落，均衡管制压力。

中国发明专利申请号为CN 202211285427.1名称为《基于流量数据平衡分析的降落跑道智能分配方法及系统》公开了一种基于流量数据平衡分析的降落跑道智能分配方法，该方法重点提出了应对不同流量下的智能跑道分配策略，基于航班延误阈值、跑道降落容量阈值以及与跑道一一对应的固定点的流量比例值，匹配得到唯一的可用降落跑道，实现跑道的智能分配；该专利中并未提及降落时隙的计算规则。

中国发明专利申请号为CN 201811608206.7名称为《一种基于分布估计算法的航班时隙分配多目标优化方法》公开了基于分布估计算法的航班时隙分配多目标优化方法，在确保机场容量约束前提下，充分利用时隙，实现延误成本和航空公司公平性指标的多目标优化，并满足计算时间复杂度要求。最后，基于时隙分配结果给出地面等待建议，实现容需平衡，达到优化航班延误成本、提高机场、空域利用率和降低飞行安全风险的目的。该方法从预战术阶段出发，重点考虑落地机场的资源约束，遵循航空公司时隙分配公平性和航班延误成本最小化原则，为航班分配建议起飞时间和建议落地时隙。此方法并未考虑终端区空域结构和进场流量分布特性，也没有考虑战术阶段航班基于时间运行场景下的管制指挥过程。

我国的空域情况复杂，用于民用航空的空域范围有限，特殊的空域构型更是增加管制指挥难度。终端/进近区域内的进场航班流量管理以及排序决策，受空域限制影响较大，管制指挥结合空域约束和进场流量分布，为进场落地航班安排进场落地顺序。在不规则空域构型下，空域狭窄和航程较短的进场方向，可调配能力有限，管制通常优先指挥该方向航班进场落地；对于进场流量较大方向的航班，为了平衡管制压力，通常也会优先于其他方向进场降落。

现有的进场排序方法，多从间隔约束出发，以最小航班延误为排序优化目标，考虑滑动时间窗算法增加局部搜索最优，解决多目标的非支配排序遗传算法等实现进场排序计算。然而，从管制指挥压力角度出发，需要考虑进港流量压力以及空域可调配能力，动态衡量航线延误吸纳能力，现有的算法无法满足以上需求。

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基于空域约束和进场流量的进港排序方法，以解决现有技术中未考虑管制压力和管制偏好，结合航线流量和航线机动调配能力灵活安排进场落地顺序的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种基于空域约束和进场流量的进港排序方法，步骤如下：

1)结合终端区内的空域约束确定各进场方向的延误吸纳能力；

2)筛选终端区内的进场落地航班计划参与排序；

3)预处理航班计划信息，提取航班的进场方向，计算终端区内各进场方向的进场流量；

4)根据各进场方向的延误吸纳能力和进场流量确定进场优先级；

5)计算航班的排序优先级和排序基准，并根据航班排序优先级和排序基准时间建立排序队列；

6)基于排序队列顺序对航班进行排序计算，为航班提供建议落地跑道、建议落地时间和延误吸纳决策。

进一步地，所述步骤1)具体包括：

11)结合终端区内的航空器机动可用的空域范围，并离线配置标准进场程序和临时进场航线数据；提取终端区内的标准进场程序与巡航航路交接的航路点作为走廊口点，表示进场方向；

12)获取终端区内由于恶劣天气限制造成的空域临时不可用的多边形限制区信息，并根据多边形限制区的边界线段范围判定临时航线的可用性；；

13)分别计算终端区内各进场方向的最大延误吸纳能力：以标准进场程序为基准航线，从可用临时进场航线中获取最长的进场航线，在不考虑盘旋等待的前提下，对比标准进场程序，计算最长的进场航线可实现的最大调配延误时间。

进一步地，所述多边形限制区是由多条首尾相连的线段形成的一个闭合图形；进场航线是由航路点组成的，各个航路点之间的连线形成航线，即一个个首尾相连的线段；通过判断进场航线上的线段与限制区多边形的各条边是否相交或线段的任意一个端点是否在多边形内部的数学方法判断进场航线是否受多边形限制区影响而处于不可用状态。

进一步地，所述步骤13)中的具体计算方法如下：

131)基于历史经验数据，计算不同尾流类型航班在历史航路中的平均飞行时长T1，以此作为参考值；

132)获取各个尾流类型航班在标准进场程序下的飞行时长T0，并与同进场方向其他进场航线上的飞行时长T1做差值计算，获得各个航线的调配可吸纳延误时间ΔT：

ΔT＝T1-T0

其中，最大值为对应进场方向的最大可吸纳延误时间；无历史经验数据的进场航线，采用离线默认飞行时长；无可用的临时进场航线的进场方向，最大可吸纳延误时间为0。

进一步地，所述步骤2)具体包括：

21)根据落地机场筛选当前终端区落地的航班计划；

22)结合历史飞行计划统计数据和雷达航迹更新数据，应用4D轨迹动态预测模型计算航班到达航路中各个航路点的预计过点时间、高度、速度、航向以及扇区信息；

23)根据排序条件判断航班是否参与排序计算，具体为：根据航班的预计落地时间(ETA)、实际起飞时间(ATD)、实际落地时间(ATA)、雷达相关标识以及预计进终端区时间判断航班是否参与排序；若附近机场起飞的航班已实际起飞且预计落地时间在当前时间的可变系统参数(Variable System Parameter,VSP)VSP1时间范围内，则符合排序条件参与排序；若其他机场起飞的航班已实际起飞或已经与雷达相关，且预计落地时间在当前时间的可变系统参数VSP1时间范围内或预计进终端区时间在当前时间的可变系统参数VSP2时间范围内，则符合排序条件参与排序；其中VSP1取2小时，VSP2根据区域空域情况而定，取值为30-60分钟。

进一步地，所述步骤22)中生成航班的四维航迹预测结果具体为：基于航路历史飞行数据和飞机性能建立航路经验数据信息表，包括机型、航班号、起飞机场、降落机场、报告点名称、报告点实际航程、报告点过点高度、巡航高度、所属管制扇区，使用k-means算法，得出同一起降机场、同一机型同一航线条件下经过各报告点的经验航程以及经验高度层高度；提取预测模型中与航班的飞行性能及航路信息匹配的航路经验数据并计算生成航班的静态4D航迹预测结果；结合实时雷达航迹数据和GRIB格式高空风信息对4D轨迹预测结果进行动态修正，预测结果包括航路中各个航路点的预计过点时间、预计过点高度、预计过点速度以及所属管制扇区信息；其中，航路中最后一个航路点为机场或跑道，机场或跑道的预计过点时间即航班的预计落地时间。

进一步地，所述步骤3)具体包括：

31)按照经过先后顺序遍历计划航路中的航路点信息，筛选出计划航路中包含的走廊口点，并选择航路中第一个经过的走廊口为航班的进场方向；

32)以航班预计落地时间为参考，查找当前排序航班中预计落地时间最早的航班时刻；

33)以当前排序航班中的第一个航班为起始点，将排序时间范围划分为N个时间段(离线配置时段划分个数)，以航班的预计落地时间为基准分别计算每个时间段范围内各进场方向的进场流量，即进场航班架次。

进一步地，所述步骤4)具体包括：

41)结合步骤3)中划分的N个时间段、各进场方向的进场流量以及步骤1)中各进场方向的空域限制下的延误吸纳能力，计算各时段的进场压力，即平均架次延误吸纳能力：平均架次延误吸纳能力＝时段内延误吸纳能力/时段内进场流量；

42)根据各时段的平均架次延误吸纳能力确定各进场方向的进场优先级，平均架次延误吸纳能力越小，进场优先级越高；

43)对各进场优先级进行优先级系数的分配，如：最高优先级系数为数字1，次高优先级系数为数字2，以此类推。

进一步地，所述步骤5)具体包括：

51)结合步骤31)中筛选出的航班的进场方向，选择航班对应进场方向的进场优先级为航班的进场优先级；

52)判断航班属性优先级；对于进场落地的航班，特殊二次代码航班为最高优先级1；专机的优先级为次高优先级2；要客航班的优先级为优先级3；被人工干预过时隙的航班优先级为优先级4；被人工提升优先级的航班优先级为5；普通航班的优先级为低优先级6；

53)将参与排序的航班根据排序时段分为4个航班模式，分别为非稳定模式、稳定模式、超稳定模式和冻结模式，并定义航班模式优先级；其中，初次参与排序的航班为非稳定模式，排序航班可自由更新排队顺序和计算结果；在进入进近区域前可变系统参数VSP3时间范围，已经与雷达相关的航班开始进入稳定模式，此类航班在排序队列中的相对顺序保持不变，且允许新的排序航班插入稳定模式与稳定模式航班之间；直到进入终端区后可变系统参数VSP5时间范围，航班由稳定模式切换为超稳定模式，仅在前后排序航班的间隔满足2倍跑道间隔和尾流安全间隔情况下允许插入新的排序航班；直到建议落地时间(CLDT)前可变系统参数VSP6时间范围，航班开始进入冻结模式，且不再更新计算；此外，若稳定模式航班的航路修改导致航班预测结果变化超过可变系统参数VSP4时间范围，稳定模式航班的排序顺序允许发生变化；人工干预优先级最高，可任意修改排序队列中的航班落地顺序；

54)计算航班排序基准时间：选择预计落地时间(ETA)作为排序基准时间(为了保证稳定模式排序队列的顺序稳定性，进入稳定模式后的航班排序基准时间保持不变，除非预计落地时间变化超过VSP4时间范围)；

55)判定航班的排序优先级，并根据航班排序优先级和航班排序基准建立排序队列。

进一步地，所述步骤55)具体包括：

551)判定航班属性优先级，航班属性优先级高的航班优先排序；

552)相同属性优先级的航班，判定航班模式，冻结模式的航班优先排序，保持建议落地时间值不变；超稳定模式航班次优先排序，不考虑其他航班的影响，保证超稳定模式航班的建议落地时间值满足间隔要求；稳定模式和非稳定模式航班基于已排序航班队列查找可用时隙计算建议落地时间值；

553)相同属性优先级和航班模式的航班，根据进场优先级和排序基准时间确定航班的排序顺序；计算航班与相邻航班的排序基准时间差距值：

ΔELDT＝|ELDT₁-ELDT₂|

其中，ELDT₁和ELDT₂分别表示两个航班的排序基准时间，ΔELDT表示两个航班的排序基准时间差距值；

两个航班的排序基准时间差距值在可变系统参数VSP7时间范围内时，进场优先级高的航班优先排序；否则，两个航班的排序基准时间差距值在可变系统参数VSP7时间范围外时，按照排序基准时间的先后顺序安排落地时间，即排序基准时间早的航班优先排序；

554)相同进场优先级的航班，按照排序基准时间的先后顺序安排落地时间，即排序基准时间早的航班优先排序；

555)相同进场优先级、相同排序基准时间的航班，比较航班的实际起飞时间或进入终端区的时间；专机类航班按照实际起飞时间确定先后顺序，其他航班按照进入终端区时间确定先后顺序。

进一步地，所述步骤6)具体包括：

61)对降落航班分配跑道和进场程序：根据降落机场的跑道运行模式和跑道分配策略为降落航班分配最优降落跑道，再根据降落跑道和进近移交点分配规则分配默认进场程序；

62)根据航班分配的跑道和进场程序，计算航班的计算基准时间(ELDT)：若航班计划中包含的跑道和进场航线信息与分配的跑道、进场航线信息一致，则采用预计落地时间作为计算基准；否则，采用离线配置的标准进场程序的飞行时长修正航班在跑道端的计算基准时间；

63)根据航班在跑道和排序点上的限制约束，计算航班的建议落地时间和延误吸纳管制决策。

进一步地，所述步骤61)具体包括：

611)根据离线配置的跑道运行模式，筛选航班可用的降落跑道，筛选条件包括降落机场、进场方向、航空公司、机型、停机位；若筛选获得仅一条可用跑道时，则为航班分配该跑道；若筛选获得多条可用跑道时，结合当前跑道分配策略，在空中防交叉策略下选择与进场方向相近的跑道；在最早计算降落至跑道策略下选择有最早空闲时隙的跑道；

612)参考离线配置的进场航线分配规则，筛选航班可用的进场航线，筛选条件包括降落机场、跑道、进场方向、进近方式，筛选航班可用的进场航线；离线配置中，保证满足筛选条件的进场航线中存在且唯一存在一条标准进场程序，并选择该标准进场程序作为航班的进场路径；

613)对无法自动分配出降落跑道或进场航线的航班进行告警提示，人工干预处理。

进一步地，所述步骤63)具体包括：

631)计算跑道端的建议落地时间；基于跑道端的计算基准时间，考虑跑道端限制条件，计算航班在跑道上的建议降落时间，保证航班的建议降落时间满足跑道端的约束限制；

632)计算航班需吸纳的延误时间；航班总延误＝建议降落时间-预计降落时间；结合延误吸纳策略，计算获得进近和区调的延误分配结果，具体包括：

对于小的延误，未超过当前航路段的调速吸纳能力，则在该航段给出减速消耗时间(TTL)建议；

对于大的延误，超过当前航路段的调速吸纳能力，则给出改航建议，基于航班进场方向可用的临时航线以及航线的延误吸纳能力，筛选可吸纳总延误的临时航线，选择其中最短的航线作为进近管制建议；

若无可用的航线或其他航线无法吸纳所有总延误，则考虑终端区内是否有可用的等待区，给出等待建议；需考虑的因素包括：等待区可用的容量、等待区开放状态；对于开放可用的等待区，在等待区建议等待的航班和实际处于等待状态的航班数量之和小于等待区的总容量；若不符合进入等待的条件或无可用等待区，则将终端区无法吸纳的延误值分配到区调；

若无等待区可用，则将多余延误分配到上一航路段，由上一航路段配合完成延误吸纳。

本发明的方法得到了降落航班的进场排序结果，分进场方向考虑空域约束下的延误吸纳能力，保障延误消耗的可执行性，结合进场流量进行排序，提高高流量进场方向的进场率，贴合管制偏好，为管制指挥提供稳定可靠的辅助决策建议。

本发明的有益效果：

本发明基于空域约束下的延误吸纳能力和进场流量分布计算各个进场方向进场优先级的进港排序方法，结合空域约束建立临时进场航路，计算临时航路的可用性以及各进场方向的延误吸纳能力，并结合进场流量分布获取进场方向动态延误吸纳能力，然后按照动态延误能力大小计算进场方向优先级；再结合航班属性优先级、航班模式以及排序基准时间建立排序队列，确定航班进场落地的优先顺序；最后，按照航班排队顺序，依次计算各个航班的建议降落时间和建议过计量点时间，以及延误时间和延误吸纳管制策略建议；最终实现进场落地航班在终端/进近区域的均衡排序。

本发明综合空域约束和进场流量，保障大流量进场方向优先排序，同时考虑航线吸纳延误时间的可执行性，计算进场排队序列，贴合管制运行偏好，提高大流量方向进场率，均衡进场压力。

附图说明

图1为本发明方法的原理图。

图2为实施例中的终端区航班可用进场航线图。

图3为各进场方向参与排序航班的预计落地时间序列示意图。

图4为各进场方向参与排序航班建议落地顺序序列示意图。

具体实施方式

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，本发明的一种基于空域约束和进场流量的进港排序方法，步骤如下：

1)结合终端区内的空域约束确定各进场方向的延误吸纳能力；具体包括：

11)结合终端区内的空域限制区、危险区、军事活动区约束，确定航空器机动可用的空域范围，并离线配置标准进场程序和临时进场航线数据，每条临时进场航线对应且唯一对应一条标准进场程序，二者对应关系表示使用某标准进场程序的航班可替换选择其对应的临时进场航线完成终端区内的进场落地；提取终端区内的标准进场程序与巡航航路交接的航路点作为走廊口点，表示进场方向；

12)获取终端区内由于恶劣天气限制造成的空域临时不可用的多边形限制区信息，并根据多边形限制区的边界线段范围判定临时航线的可用性；所述多边形限制区是由多条首尾相连的线段形成的一个闭合图形；进场航线是由航路点组成的，各个航路点之间的连线形成航线，即一个个首尾相连的线段；通过判断进场航线上的线段与限制区多边形的各条边是否相交或线段的任意一个端点是否在多边形内部的数学方法判断进场航线是否受多边形限制区影响而处于不可用状态；由于终端区高度可调配空间有限，在水平范围穿越限制区的航线均认为不可用；

13)分别计算终端区内各进场方向的最大延误吸纳能力；以标准进场程序为基准航线，从可用临时进场航线中获取最长的进场航线，在不考虑盘旋等待的前提下，对比标准进场程序，计算最长的进场航线可实现的最大调配延误时间；具体计算方法如下：

131)基于历史经验数据，计算不同尾流类型航班在历史航路中的平均飞行时长T1，以此作为参考值；

如：历史数据中有N个经验数据，分别为T10、T11、T12···T1N，则：

132)获取各个尾流类型航班在标准进场程序下的飞行时长T0，并与同进场方向其他进场航线上的飞行时长T1做差值计算，获得各个航线的调配可吸纳延误时间ΔT：

ΔT＝T1-T0

其中，最大值为对应进场方向的最大可吸纳延误时间；无历史经验数据的进场航线，采用离线默认飞行时长；无可用的临时进场航线的进场方向，最大可吸纳延误时间为0。

FF1进场方向的最大延误吸纳时间为5分钟，FF2进场方向的最大延误吸纳时间为0分钟，FF3进场方向的最大延误吸纳时间为2分钟，FF4进场方向的最大延误吸纳时间为10分钟；参照图2所示。

2)筛选终端区内的进场落地航班计划参与排序；具体包括：

21)根据落地机场筛选当前终端区落地的航班计划；

22)结合历史飞行计划统计数据和雷达航迹更新数据，应用4D轨迹动态预测模型生成航班的四维航迹预测结果具体为：基于航路历史飞行数据和飞机性能建立航路经验数据信息表，包括机型、航班号、起飞机场、降落机场、报告点名称、报告点实际航程、报告点过点高度、巡航高度、所属管制扇区，使用k-means算法，得出同一起降机场、同一机型同一航线条件下经过各报告点的经验航程以及经验高度层高度；提取预测模型中与航班的飞行性能及航路信息匹配的航路经验数据并计算生成航班的静态4D航迹预测结果；结合实时雷达航迹数据和GRIB格式高空风信息对4D轨迹预测结果进行动态修正，预测结果包括航路中各个航路点的预计过点时间、预计过点高度、预计过点速度以及所属管制扇区信息；其中，航路中最后一个航路点为机场或跑道，机场或跑道的预计过点时间即航班的预计落地时间；

23)根据排序条件判断航班是否参与排序计算，具体为：根据航班的预计落地时间(ETA)、实际起飞时间(ATD)、实际落地时间(ATA)、雷达相关标识以及预计进终端区时间判断航班是否参与排序；若附近机场起飞的航班已实际起飞且预计落地时间在当前时间的可变系统参数(Variable System Parameter,VSP)VSP1时间范围内，则符合排序条件参与排序；若其他机场起飞的航班已实际起飞或已经与雷达相关，且预计落地时间在当前时间的可变系统参数VSP1时间范围内或预计进终端区时间在当前时间的可变系统参数VSP2时间范围内，则符合排序条件参与排序；其中VSP1取2小时，VSP2根据区域空域情况而定，取值为30-60分钟。

3)预处理航班计划信息，提取航班的进场方向，计算终端区内各进场方向的进场流量；具体包括：

31)按照经过先后顺序遍历计划航路中的航路点信息，筛选出计划航路中包含的走廊口点，并选择航路中第一个经过的走廊口为航班的进场方向；

32)以航班预计落地时间为参考，查找当前排序航班中预计落地时间最早的航班时刻；

33)以当前排序航班中的第一个航班为起始点，将排序时间范围划分为N个时间段(离线配置时段划分个数)，以航班的预计落地时间为基准分别计算每个时间段范围内各进场方向的进场流量，即进场航班架次。

4)根据各进场方向的延误吸纳能力和进场流量确定进场优先级；具体包括：

41)结合步骤3)中划分的N个时间段、各进场方向的进场流量以及步骤1)中各进场方向的空域限制下的延误吸纳能力，计算各时段的进场压力，即平均架次延误吸纳能力：平均架次延误吸纳能力＝时段内延误吸纳能力/时段内进场流量；

42)根据各时段的平均架次延误吸纳能力确定各进场方向的进场优先级，平均架次延误吸纳能力越小，进场优先级越高；

43)对各进场优先级进行优先级系数的分配，如：最高优先级系数为数字1，次高优先级系数为数字2，以此类推。

5)计算航班的排序优先级和排序基准，并根据航班排序优先级和排序基准时间建立排序队列；具体包括：

51)结合步骤31)中筛选出的航班的进场方向，选择航班对应进场方向的进场优先级为航班的进场优先级；

52)判断航班属性优先级；对于进场落地的航班，特殊二次代码航班为最高优先级1；专机的优先级为次高优先级2；要客航班的优先级为优先级3；被人工干预过时隙的航班优先级为优先级4；被人工提升优先级的航班优先级为5；普通航班的优先级为低优先级6；

53)将参与排序的航班根据排序时段分为4个航班模式，分别为非稳定模式、稳定模式、超稳定模式和冻结模式，并定义航班模式优先级；其中，初次参与排序的航班为非稳定模式，排序航班可自由更新排队顺序和计算结果；在进入进近区域前可变系统参数VSP3时间范围，已经与雷达相关的航班开始进入稳定模式，此类航班在排序队列中的相对顺序保持不变，且允许新的排序航班插入稳定模式与稳定模式航班之间；直到进入终端区后可变系统参数VSP5时间范围，航班由稳定模式切换为超稳定模式，仅在前后排序航班的间隔满足2倍跑道间隔和尾流安全间隔情况下允许插入新的排序航班；直到建议落地时间(CLDT)前可变系统参数VSP6时间范围，航班开始进入冻结模式，且不再更新计算；此外，若稳定模式航班的航路修改导致航班预测结果变化超过可变系统参数VSP4时间范围，稳定模式航班的排序顺序允许发生变化；人工干预优先级最高，可任意修改排序队列中的航班落地顺序；

54)计算航班排序基准时间：选择预计落地时间(ETA)作为排序基准时间(为了保证稳定模式排序队列的顺序稳定性，进入稳定模式后的航班排序基准时间保持不变，除非预计落地时间变化超过VSP4时间范围)；

55)判定航班的排序优先级，并根据航班排序优先级和航班排序基准建立排序队列。

其中，所述步骤55)具体包括：

551)判定航班属性优先级，航班属性优先级高的航班优先排序；

552)相同属性优先级的航班，判定航班模式，冻结模式的航班优先排序，保持建议落地时间值不变；超稳定模式航班次优先排序，不考虑其他航班的影响，保证超稳定模式航班的建议落地时间值满足间隔要求；稳定模式和非稳定模式航班基于已排序航班队列查找可用时隙计算建议落地时间值；

553)相同属性优先级和航班模式的航班，根据进场优先级和排序基准时间确定航班的排序顺序；计算航班与相邻航班的排序基准时间差距值：

ΔELDT＝|ELDT₁-ELDT₂|

其中，ELDT₁和ELDT₂分别表示两个航班的排序基准时间，ΔELDT表示两个航班的排序基准时间差距值；

两个航班的排序基准时间差距值在可变系统参数VSP7时间范围内时，进场优先级高的航班优先排序；否则，两个航班的排序基准时间差距值在可变系统参数VSP7时间范围外时，按照排序基准时间的先后顺序安排落地时间，即排序基准时间早的航班优先排序；

554)相同进场优先级的航班，按照排序基准时间的先后顺序安排落地时间，即排序基准时间早的航班优先排序；

555)相同进场优先级、相同排序基准时间的航班，比较航班的实际起飞时间或进入终端区的时间；专机类航班按照实际起飞时间确定先后顺序，其他航班按照进入终端区时间确定先后顺序。

以第一时段排序航班为例，各个进场方向的普通落地航班预计进场顺序如图3所示，设置可控时段为2分钟，各个进场方向之间相邻航班的预计落地时间差距值均在2分钟内，获得的最终进场落地顺序如图4所示，即按照M-A-B-C-P-Q-N-D-R-E-S-T。由于航班M的进场方向FF2优先级最高，并且航班M、A预计落地时间差距值在2分钟内，优先安排M航班落地；航班A、B、C进场方向优先级次高，并且与航班P、Q预计落地时间差距值在2分钟内，紧随其后；航班P、Q的进场方向优先级虽然低于航班D、E和航班N，但是其预计落地时间比这些航班早2分钟以外，优先安排航班P和Q落地；接着又是最高进场优先级方向的航班N落地；然后是航班D的进场优先级高并且与航班R的预计落地时间差距值在2分钟内，优先安排航班D，再安排航班R落地；最后落地航班分别是航班E、航班S和航班T。

6)基于排序队列顺序对航班进行排序计算，为航班提供建议落地跑道、建议落地时间和延误吸纳决策，具体包括：

61)对降落航班分配跑道和进场程序：根据降落机场的跑道运行模式和跑道分配策略为降落航班分配最优降落跑道，再根据降落跑道和进近移交点分配规则分配默认进场程序；

62)根据航班分配的跑道和进场程序，计算航班的计算基准时间(ELDT)：若航班计划中包含的跑道和进场航线信息与分配的跑道、进场航线信息一致，则采用预计落地时间作为计算基准；否则，采用离线配置的标准进场程序的飞行时长修正航班在跑道端的计算基准时间；

63)根据航班在跑道和排序点上的限制约束，计算航班的建议落地时间和延误吸纳管制决策。

其中，所述步骤61)具体包括：

611)根据离线配置的跑道运行模式，筛选航班可用的降落跑道，筛选条件包括降落机场、进场方向、航空公司、机型、停机位；若筛选获得仅一条可用跑道时，则为航班分配该跑道；若筛选获得多条可用跑道时，结合当前跑道分配策略，在空中防交叉策略下选择与进场方向相近的跑道；在最早计算降落至跑道策略下选择有最早空闲时隙的跑道；

612)参考离线配置的进场航线分配规则，筛选航班可用的进场航线，筛选条件包括降落机场、跑道、进场方向、进近方式，筛选航班可用的进场航线；离线配置中，保证满足筛选条件的进场航线中存在且唯一存在一条标准进场程序，并选择该标准进场程序作为航班的进场路径；

613)对无法自动分配出降落跑道或进场航线的航班进行告警提示，人工干预处理。

其中，所述步骤63)具体包括：

631)计算跑道端的建议落地时间；基于跑道端的计算基准时间，考虑跑道端限制条件，计算航班在跑道上的建议降落时间，保证航班的建议降落时间满足跑道端的约束限制；

632)计算航班需吸纳的延误时间；航班总延误＝建议降落时间-预计降落时间；结合延误吸纳策略，计算获得进近和区调的延误分配结果，具体包括：

对于小的延误，未超过当前航路段的调速吸纳能力，则在该航段给出减速消耗时间(TTL)建议；

对于大的延误，超过当前航路段的调速吸纳能力，则给出改航建议，基于航班进场方向可用的临时航线以及航线的延误吸纳能力，筛选可吸纳总延误的临时航线，选择其中最短的航线作为进近管制建议；

若无可用的航线或其他航线无法吸纳所有总延误，则考虑终端区内是否有可用的等待区，给出等待建议；需考虑的因素包括：等待区可用的容量、等待区开放状态；对于开放可用的等待区，在等待区建议等待的航班和实际处于等待状态的航班数量之和小于等待区的总容量；若不符合进入等待的条件或无可用等待区，则将终端区无法吸纳的延误值分配到区调；

若无等待区可用，则将多余延误分配到上一航路段，由上一航路段配合完成延误吸纳。

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 (10)

1.一种基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，步骤如下：

1)结合终端区内的空域约束确定各进场方向的延误吸纳能力；

2)筛选终端区内的进场落地航班计划参与排序；

3)预处理航班计划信息，提取航班的进场方向，计算终端区内各进场方向的进场流量；

4)根据各进场方向的延误吸纳能力和进场流量确定进场优先级；

5)计算航班的排序优先级和排序基准，并根据航班排序优先级和排序基准时间建立排序队列；

6)基于排序队列顺序对航班进行排序计算，为航班提供建议落地跑道、建议落地时间和延误吸纳决策。

2.根据权利要求1所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：

11)结合终端区内航空器机动可用的空域范围，离线配置标准进场程序和临时进场航线数据；提取终端区内的标准进场程序与巡航航路交接的航路点作为走廊口点，表示进场方向；

12)获取终端区内由于恶劣天气限制造成的空域临时不可用的多边形限制区信息，并根据多边形限制区的边界线段范围判定临时航线的可用性；

13)分别计算终端区内各进场方向的最大延误吸纳能力：以标准进场程序为基准航线，从可用临时进场航线中获取最长的进场航线，在不考虑盘旋等待的前提下，对比标准进场程序，计算最长的进场航线可实现的最大调配延误时间。

3.根据权利要求2所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述多边形限制区是由多条首尾相连的线段形成的一个闭合图形；进场航线是由航路点组成的，各个航路点之间的连线形成航线；通过判断进场航线上的线段与限制区多边形的各条边是否相交或线段的任意一个端点是否在多边形内部的数学方法判断进场航线是否受多边形限制区影响而处于不可用状态。

4.根据权利要求2所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述步骤13)中的具体计算方法如下：

131)基于历史经验数据，计算不同尾流类型航班在历史航路中的平均飞行时长T1，以此作为参考值；

132)获取各个尾流类型航班在标准进场程序下的飞行时长T0，并与同进场方向其他进场航线上的飞行时长T1做差值计算，获得各个航线的调配可吸纳延误时间ΔT：

ΔT＝T1-T0

其中，最大值为对应进场方向的最大可吸纳延误时间；无历史经验数据的进场航线，采用离线默认飞行时长；无可用的临时进场航线的进场方向，最大可吸纳延误时间为0。

5.根据权利要求1所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：

21)根据落地机场筛选当前终端区落地的航班计划；

22)结合历史飞行计划统计数据和雷达航迹更新数据，应用4D轨迹动态预测模型计算航班到达航路中各个航路点的预计过点时间、高度、速度、航向以及扇区信息；

23)根据排序条件判断航班是否参与排序计算，具体为：根据航班的预计落地时间、实际起飞时间、实际落地时间、雷达相关标识以及预计进终端区时间判断航班是否参与排序；若附近机场起飞的航班已实际起飞且预计落地时间在当前时间的可变系统参数VSP1时间范围内，则符合排序条件参与排序；若其他机场起飞的航班已实际起飞或已经与雷达相关，且预计落地时间在当前时间的可变系统参数VSP1时间范围内或预计进终端区时间在当前时间的可变系统参数VSP2时间范围内，则符合排序条件参与排序。

6.根据权利要求5所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述步骤22)中生成航班的四维航迹预测结果具体为：基于航路历史飞行数据和飞机性能建立航路经验数据信息表，包括机型、航班号、起飞机场、降落机场、报告点名称、报告点实际航程、报告点过点高度、巡航高度、所属管制扇区，使用k-means算法，得出同一起降机场、同一机型同一航线条件下经过各报告点的经验航程以及经验高度层高度；提取预测模型中与航班的飞行性能及航路信息匹配的航路经验数据并计算生成航班的静态4D航迹预测结果；结合实时雷达航迹数据和GRIB格式高空风信息对4D轨迹预测结果进行动态修正，预测结果包括航路中各个航路点的预计过点时间、预计过点高度、预计过点速度以及所属管制扇区信息；其中，航路中最后一个航路点为机场或跑道，机场或跑道的预计过点时间即航班的预计落地时间。

7.根据权利要求1所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：

31)按照经过先后顺序遍历计划航路中的航路点信息，筛选出计划航路中包含的走廊口点，并选择航路中第一个经过的走廊口为航班的进场方向；

32)以航班预计落地时间为参考，查找当前排序航班中预计落地时间最早的航班时刻；

33)以当前排序航班中的第一个航班为起始点，将排序时间范围划分为N个时间段，以航班的预计落地时间为基准分别计算每个时间段范围内各进场方向的进场流量，即进场航班架次。

8.根据权利要求7所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：

41)结合步骤3)中划分的N个时间段、各进场方向的进场流量以及步骤1)中各进场方向的空域限制下的延误吸纳能力，计算各时段的进场压力，即平均架次延误吸纳能力，平均架次延误吸纳能力＝时段内延误吸纳能力/时段内进场流量；

42)根据各时段的平均架次延误吸纳能力确定各进场方向的进场优先级，平均架次延误吸纳能力越小，进场优先级越高；

43)对各进场优先级进行优先级系数的分配。

9.根据权利要求8所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述步骤5)具体包括：

51)结合步骤31)中筛选出的航班的进场方向，选择航班对应进场方向的进场优先级为航班的进场优先级；

52)判断航班属性优先级；对于进场落地的航班，特殊二次代码航班为最高优先级1；专机的优先级为次高优先级2；要客航班的优先级为优先级3；被人工干预过时隙的航班优先级为优先级4；被人工提升优先级的航班优先级为5；普通航班的优先级为低优先级6；

53)将参与排序的航班根据排序时段分为4个航班模式，分别为非稳定模式、稳定模式、超稳定模式和冻结模式，并定义航班模式优先级；其中，初次参与排序的航班为非稳定模式，排序航班可自由更新排队顺序和计算结果；在进入进近区域前可变系统参数VSP3时间范围，已经与雷达相关的航班开始进入稳定模式，此类航班在排序队列中的相对顺序保持不变，且允许新的排序航班插入稳定模式与稳定模式航班之间；直到进入终端区后可变系统参数VSP5时间范围，航班由稳定模式切换为超稳定模式，仅在前后排序航班的间隔满足2倍跑道间隔和尾流安全间隔情况下允许插入新的排序航班；直到建议落地时间前可变系统参数VSP6时间范围，航班开始进入冻结模式，且不再更新计算；若稳定模式航班的航路修改导致航班预测结果变化超过可变系统参数VSP4时间范围，稳定模式航班的排序顺序允许发生变化；人工干预优先级最高，可任意修改排序队列中的航班落地顺序；

54)计算航班排序基准时间：选择预计落地时间作为排序基准时间；

55)判定航班的排序优先级，并根据航班排序优先级和航班排序基准建立排序队列。

10.根据权利要求9所述的基于空域约束和进场流量的进港排序方法，其特征在于，所述步骤6)具体包括：

61)对降落航班分配跑道和进场程序：根据降落机场的跑道运行模式和跑道分配策略为降落航班分配最优降落跑道，再根据降落跑道和进近移交点分配规则分配默认进场程序；

62)根据航班分配的跑道和进场程序，计算航班的计算基准时间：若航班计划中包含的跑道和进场航线信息与分配的跑道、进场航线信息一致，则采用预计落地时间作为计算基准；否则，采用离线配置的标准进场程序的飞行时长修正航班在跑道端的计算基准时间；

63)根据航班在跑道和排序点上的限制约束，计算航班的建议落地时间和延误吸纳管制决策。