CN117456778B - 一种相邻管制单位进港航班协同管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相邻管制单位进港航班协同管理方法，包括：进行航班4D轨迹预测及飞行计划信息同步；基于航班4D轨迹信息，考虑运行限制条件，进行进港航班排序及延误计算；根据延误吸纳能力和延误分配策略，进行航班延误分配及下游管制单位的延误吸纳建议计算；进行相邻管制单位对进港航班的协同管理，传输目标移交时间，计算上游管制单位的延误吸纳建议；进行目标移交时间执行监控，并根据最新的运行限制条件，更新计算航班排序及延误分配等信息，按需启动目标移交时间再协调。通过相邻管制单位进港航班协同管理技术，实现上下游管制单位对进港航班延误的协同吸纳，有效降低航班在下游终端/进近管制区的盘旋等待，提升飞机的燃油经济性。
Description
技术领域
本发明属于民航空中交通进港流量管理技术领域，具体涉及一种基于空管自动化系统的相邻管制单位进港航班协同管理方法。
背景技术
在国际民航组织建议的航空系统组块升级（ASBU）文件中，指出需要扩展进场航班排序范围，旨在改进和优化主要机场的进港管理运行，在距离机场几百海里的最后飞行途中，通过相邻管制单位协同减少飞机在繁忙终端/进近管制区的等待时间。
在现有的进港管理工具或系统中，主要是负责辖区内终端/进近管制区内进港航班的排序管理，对于航班延误较大的航班，一般是在本管制区进行盘旋等待，少部分航班由人工通过内话等方式请求上游管制员的协助，未实现上下游管制单位对进港航班的自动化协同管理，管制负荷较大，航班延误居高不下。
在现有的相邻管制单位进港航班协同管理技术研究中，主要存在的缺点如下：
（1）以上游管制单位为主，由上游管制单位进行航班全阶段的4D轨迹预测以及进港航班的延误分配计算，需要与下游自动化系统实现下游管制单位环境数据和排序信息等全数据共享，工程实施难度较大，并且全数据共享的数据交互量较大，会影响空管自动化的运行稳定性；
（2）缺少对航班运行的一致性监视技术，没有根据航班的最新运行数据更新计算上游管制单位的延误吸纳最新信息以及下游的航班排序队列和延误分配等信息，是一次性协调，上下游协调后计算结果的实时性和准确性难以保证；
（3）管制建议计算较为简单，未实现为上下游管制单位提供加速、减速、改航、等待、扇区延误分配等智能全面的航班延误吸纳建议。
近年来，航班量迅猛增长，使得有限的空域资源越发紧张，时空竞争态势愈演愈烈。目前进港航班效率和流量的瓶颈主要集中在终端/进近管制区，因为终端/进近管制区的空域范围较小，航班调节能力有限，在航班延误较大时，多由航空器在终端/进近管制区进行盘旋等待的方式来解决，导致管制运行压力增大、航班延误加剧以及燃油经济性不足等问题。
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相邻管制单位进港航班协同管理方法，本发明通过上下游管制单位的飞行计划信息同步，确保下游管制单位航班4D轨迹计算的准确性，统筹考虑航班优先级、运行限制规则、延误吸纳能力以及延误分配策略等因素，进行进港航班排序管理、航班延误合理分配以及航班延误吸纳建议的智能计算，实现了上下游管制单位对进港航班延误的协同吸纳。
为达到上述目的，本发明采用的技本术方案如下：
本发明的一种相邻管制单位进港航班协同管理方法，应用于进港航班移交前后的上游管制单位和下游管制单位中，步骤如下：
1）上游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹预测，并与下游管制单位的自动化系统进行飞行计划信息同步；
2）下游管制单位的自动化系统接收并解析上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，并判断航班是否进入上游管制区，若航班已进入上游管制区，进入步骤3）；若航班还未进入上游管制区，则继续接收上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，不触发后续处理；
3）下游管制单位的自动化系统利用上游管制单位的自动化系统的飞行计划信息（主要是预计移交时间）进行航班4D轨迹更新计算；
4）下游管制单位的自动化系统基于航班4D轨迹信息，考虑运行限制条件，进行进港航班排序及进港航班延误计算，判断航班延误是否超过下游管制单位的延误吸纳保有量，若航班延误超过下游管制单位的航班延误吸纳保有量，进入步骤5）；若未超过，则不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；
5）下游管制单位的自动化系统根据上、下游管制单位的延误吸纳能力和延误分配策略，进行进港航班延误分配计算以及延误吸纳建议计算，并判断当前时间是否在预计移交时间前[VSP1-VSP2] 之间，VSP1、VSP2均为时间参数，若当前时间处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则进入步骤6）；若当前时间未处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；
6）启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式，下游管制单位的自动化系统将航班的目标移交时间传输至上游管制单位的自动化系统，上游管制单位的自动化系统计算上游管制单位应吸纳的航班延误值以及延误吸纳建议，并进行显示；
7）上、下游管制单位的自动化系统均进行航班目标移交时间执行监控，更新计算航班相关信息，以确保航班计算结果的准确性；
8）判断下游管制单位的自动化系统更新计算得到的目标移交时间与步骤6）中下游管制单位的自动化系统传输给上游管制单位的自动化系统的目标移交时间的差值是否超过用户设置的阈值VSP3，VSP3为时间参数，同时根据当前时间距离预计移交时间的不同位置，执行相应的处理。
进一步地，所述步骤1）具体包括：
11）上游管制单位的自动化系统根据计划信息中的起飞机场、落地机场及航路点信息，计算得到水平轨迹；再基于BADA性能参数、飞机巡航高度和速度、转换高度以及航路点高度计算得到高度剖面和速度剖面，并采用历史数据和实施监视数据对航班4D轨迹计算模型的参数进行修正，形成飞行计划的4D轨迹，计算得到航班的预计起飞时间、预计降落时间及各计算点的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、航路点代号、航路点经纬度、航路点类型、所属管制区和所属航路；
12）上游管制单位的自动化系统在创建和更新计划时，通过外部传输网络由上游管制单位向下游管制单位传输飞行计划信息，飞行计划信息包括但不限于飞行计划ID、起飞机场、降落机场、航班号、航空器机型、无线电通信、导航和进近助航设备、预计撤轮档日期、预计撤轮档时间、监视设备、尾流等级、预计总飞行时间、飞行规则、飞行种类、航路数据、第一备降机场代码、补充情报、是否与飞行计划相关、飞行计划当前控制扇区、航路点列表。
进一步地，所述步骤2）具体包括：
21）下游管制单位的自动化系统接收上游管制单位的自动化系统传输的飞行计划信息，并进行解析；
22）下游管制单位的自动化系统根据飞行计划信息中当前管制扇区是否有值，判断航班是否进入到上游管制区，具体步骤如下：
若航班已进入上游管制区，则进入步骤3），下游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹更新计算；
若航班还未进入上游管制区，则继续接收上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，不触发后续处理。
进一步地，所述步骤3）具体包括：
31）下游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹预测计算，计算方法与步骤11）上游管制单位的自动化系统的航班4D轨迹预测计算方法相同；
32）当航班进入到上游管制区后，下游管制单位的自动化系统采用上游管制单位的飞行计划信息对下游管制单位的航班4D轨迹预测信息进行更新计算，将下游管制单位的航班4D轨迹信息中原始的预计移交时间替换为上游管制单位的自动化系统航班4D轨迹计算得到的预计移交时间，基于上游管制单位的自动化系统计算得到的预计移交时间，进行下游管制单位的自动化系统的航班4D轨迹的更新计算，得到航班的预计起飞时间、预计降落时间及各计算点的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、航路点代号、航路点经纬度、航路点类型、所属管制区和所属航路，更新计算完成后，进入步骤4）。
进一步地，所述步骤4）具体包括：
41）下游管制单位的自动化系统以航班总延误最小为目标，考虑航班优先级以及运行限制条件，计算得到进港航班的排序队列、计算过航路点时间及计算降落时间，并在航班预测轨迹变化、人工干预事件或预设事件发生时，自动更新计算航班的排序队列信息；进港排序计算考虑的运行限制条件如下：
跑道间隔：连续降落的两个航班需满足跑道间隔；
跑道相关性间隔：当机场有两条及两条以上跑道时，每两条相关跑道配置一个相关间隔，分别降落在两个相关跑道上的航班需满足跑道相关性间隔；
跑道方向变更间隔：当跑道方向变更时，连续降落的两个航班需满足跑道方向变更间隔；
跑道关闭：当跑道关闭时，不能安排降落航班；
尾流间隔：航班需满足不同机型的航空器尾流间隔；
关注航路点间隔：关注航路点以及关注航路点间隔需由用户设置，进港航班排序计算时，经过航路点的航班需满足用户设置的关注航路点间隔；
航班额外间隔：特殊航班需要满足航班的额外间隔；
跑道容量：在进港航班排序计算时，在一定时间内安排的进港航班数量不能超过对应时段的跑道容量；
42）根据步骤41）计算的航班计算降落时间以及步骤3）中航班4D轨迹计算的预计降落时间，计算航班延误时间，航班延误时间为航班的计算降落时间CLDT与航班的预计降落时间ELDT的差值，计算公式如下：
；
43）设置下游管制单位的航班延误吸纳保有量，使航班延误优先由下游管制单位进行吸纳，当超过设定量时，则进行上游管制单位、下游管制单位对航班延误的协同吸纳；
44）比较航班延误与下游管制单位的航班延误吸纳保有量的大小，具体如下：
当航班延误小于/等于下游管制单位的航班延误吸纳保有量时，由下游管制单位吸纳所有的航班延误，不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；
当航班延误大于下游管制单位的航班延误吸纳保有量时，进入步骤5），启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式。
进一步地，所述步骤5）具体包括：
51）设置上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力、延误分配策略、各航路/进场航线的延误吸纳能力、等待区的延误吸纳能力以及各扇区的延误吸纳能力，具体如下：
延误吸纳能力包括最大延误消耗能力以及最大延误追赶能力，用延误吸纳时间表示；
延误吸纳策略包括上游管制单位优先、下游管制单位优先、按比例分配；
各航路/进场航线的延误吸纳能力指各航路/进场航线在不同机型不同速度下的最大延误消耗能力以及最大延误追赶能力；
等待区的延误吸纳能力包括等待点、等待优先级、等待容量；
各扇区的延误吸纳能力包括各个扇区的延误吸纳优先级、最大延误消耗能力、最大建议追赶能力以及扇区延误处理容量；
52）下游管制单位的自动化系统根据上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力和延误分配策略进行延误分配计算，将航班延误分配至上游管制单位、下游管制单位，并计算航班的目标移交时间；延误分配的航班延误基数为航班延误超出下游管制单位航班延误吸纳保有量的部分，用表示，具体的计算方法如下：
当延误吸纳策略设置为上游管制单位优先时，则优先由上游管制单位进行吸纳，超出上游管制单位延误吸纳能力的部分再分配至下游管制单位进行吸纳；
当延误吸纳策略设置为下游管制单位优先时，则优先由下游管制单位进行吸纳，超出下游管制单位延误吸纳能力的部分再分配至上游管制单位进行吸纳；
当延误吸纳策略设置为按比例分配时，则由上游管制单位、下游管制单位按照分配比例进行延误吸纳；其中分配比例根据上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力进行计算，或人工设置，人工设置的优先级高于系统计算的优先级；
53）根据航班延误分配信息，计算航班延误吸纳建议；航班延误吸纳建议包括总加速时间建议、总减速时间建议、改航路径建议、等待区及等待时间建议、途径扇区加速时间建议、途径各扇区减速时间建议；航班延误吸纳建议的计算方法如下：
531）判断当前管制区的分配延误是否大于其自身的延误吸纳能力，具体如下：
若当前管制区的分配延误小于/等于本管制区的延误吸纳能力时，进入步骤532）；
若当前管制区的分配延误大于本管制区的延误吸纳能力时，进入步骤533）；
532）计算航班的加速、减速、改航建议，具体步骤如下：
当航班延误小于/等于航班当前途径航线的延误吸纳能力时，航班建议为加速时间建议或减速时间建议，加速时间/减速时间的建议值为航班延误值，为航班计算降落时间与航班预计降落时间的差；
当航班延误大于航班当前途径航线的延误吸纳能力时，则计算改航建议，当有多条满足的航线时，则选择飞行距离最短的航线作为建议改航路径；
533）计算航班的等待建议，具体步骤如下：
将超出自身最大延误能力的航班延误优先分配到高等待优先级的扇区中，同等优先级下按照距离机场由远及近的方式选择等待区；
计算等待区的最大等待架次，当等待区架次已满时，按照优先级和机场往外的方向选择另外的扇区进行等待；
534）计算航班的扇区延误吸纳建议，步骤如下：
按照航班途径各扇区的延误吸纳能力，将航班延误优先分配给高优先级的扇区，同等优先级下，将航班延误按照各扇区延误吸纳能力的比值分配到同等优先级的各个扇区；
计算扇区已分配的延误吸纳航班架次，当扇区已分配的延误吸纳航班架次超过设置的扇区延误处理容量时，则按照扇区优先级选择另外的扇区进行等待；
54）判断当前时间是否在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，具体如下：
若当前时间处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则进入步骤6）；
若当前时间未处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则不启动相邻管制单位对进港航班的协同管理模式。
进一步地，所述步骤6）具体包括：
61）下游管制单位的自动化系统通过外部传输网络将航班的目标移交时间传输至上游管制单位的自动化系统，传输信息字段包括飞行计划ID、起飞机场、降落机场、航班号、预计撤轮档日期、预计撤轮档时间、上游管制单位的自动化系统同一飞行计划的id、下游管制单位的自动化系统延误分配计算后建议上游管制单位移交航班的目标移交时间；
62）上游管制单位的自动化系统对接收到的目标移交时间进行解析处理；
63）上游管制单位的自动化系统根据目标移交时间，计算上游管制单位应吸纳的航班延误值，并进行显示；上游管制单位应吸纳的航班延误值为目标移交时间与航班4D轨迹的预计移交时间的差值；
64）上游管制单位的自动化系统根据航班延误分配信息，计算航班延误吸纳建议；航班延误吸纳建议包括总加速时间建议、总减速时间建议、改航路径建议、等待区及等待时间建议、途径扇区加速时间建议、途径各扇区减速时间建议。
进一步地，所述步骤7）具体包括：
71）上游管制单位的自动化系统进行航班目标移交时间执行监控，根据航班最新执行目标移交时间后的预计移交时间，更新计算上游管制单位的延误吸纳时间，并进行更新显示；
72）下游管制单位的自动化系统进行航班的目标移交时间执行监控，具体如下：
当航班最新的预计移交时间与目标移交时间的差值不断变小时，下游管制单位的自动化系统需要锁定航班的排序优先级，保证航班在队列中的位置不变，以阻止因航班执行延误导致的航班被其他航班插队的情况发生；
当航班最新的预计移交时间变化超出下游管制单位对目标移交时间的可接受范围时，下游管制单位的自动化系统基于最新的航班4D轨迹信息，同时考虑最新的运行限制条件，对航班重新排序，重新计算目标移交时间、航班延误分配信息以及延误吸纳建议。
进一步地，所述步骤8）具体包括：
当目标移交时间变化量超过阈值VSP3且当前时间在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间时，启动目标移交时间再次协调，进入步骤 6）；
当目标移交时间变化量未超过阈值VSP3且当前时间在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间时，以最新协调的目标移交时间进行相邻管制单位对进港航班的协同管理；
当当前时间在预计移交时间前[0-VSP1]之间或预计移交时间之后时，则结束相邻管制单位对当前航班的协同管理模式，剩余延误由下游管制单位吸纳。
本发明的有益效果：
本发明方法可以有效解决目前终端/进近管制区空域范围有限、航班延误较为严重的问题，通过上下游管制单位对进港航班延误的协同吸纳，有效减少航班在下游终端/进近管制区的盘旋等待，降低航班总体延误，提升飞机的燃油经济性。
附图说明
图1为本发明方法的原理图。
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，本发明的一种相邻管制单位进港航班协同管理方法，应用于进港航班移交前后的上游管制单位和下游管制单位中，步骤如下：
1）上游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹预测，并与下游管制单位的自动化系统进行飞行计划信息同步；具体包括：
11）上游管制单位的自动化系统根据计划信息中的起飞机场、落地机场及航路点信息，计算得到水平轨迹；再基于BADA性能参数、飞机巡航高度和速度、转换高度以及航路点高度计算得到高度剖面和速度剖面，并采用历史数据和实施监视数据对航班4D轨迹计算模型的参数进行修正，形成飞行计划的4D轨迹，计算得到航班的预计起飞时间、预计降落时间（Estimated Landing Time，ELDT）及各计算点（移交点、汇聚点等）的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、航路点代号、航路点经纬度、航路点类型、所属管制区和所属航路；
12）上游管制单位的自动化系统在创建和更新计划时，通过外部传输网络（民航数据通信网或专线等）由上游管制单位向下游管制单位传输飞行计划信息，飞行计划信息包括但不限于飞行计划ID、起飞机场、降落机场、航班号、航空器机型、无线电通信、导航和进近助航设备（同AFTN编组10中数据项A）、预计撤轮档日期、预计撤轮档时间、监视设备（同AFTN编组10中数据项B）、尾流等级、预计总飞行时间、飞行规则（同AFTN编组8中数据项A）、飞行种类（同AFTN编组8中数据项B）、航路数据（同AFTN编组15中数据项）、第一备降机场代码、补充情报、是否与飞行计划相关（关键字段）、飞行计划当前控制扇区、航路点列表（包含预计经过航路点的时间、过点高度、实际过点标志）。
2）下游管制单位的自动化系统接收并解析上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，并判断航班是否进入上游管制区，若航班已进入上游管制区，进入步骤3）；若航班还未进入上游管制区，则继续接收上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，不触发后续处理；具体包括：
21）下游管制单位的自动化系统接收上游管制单位的自动化系统传输的飞行计划信息，并进行解析；
22）下游管制单位的自动化系统根据飞行计划信息中当前管制扇区是否有值，判断航班是否进入到上游管制区，具体步骤如下：
若航班已进入上游管制区（当前管制扇区有值），则进入步骤3），下游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹更新计算；
若航班还未进入上游管制区，则继续接收上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，不触发后续处理。
3）下游管制单位的自动化系统利用上游管制单位的自动化系统的飞行计划信息（主要是预计移交时间）进行航班4D轨迹更新计算；具体包括：
31）下游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹预测计算，计算方法与步骤11）上游管制单位的自动化系统的航班4D轨迹预测计算方法相同；
32）当航班进入到上游管制区后，下游管制单位的自动化系统采用上游管制单位的飞行计划信息（主要是预计移交时间）对下游管制单位的航班4D轨迹预测信息进行更新计算，将下游管制单位的航班4D轨迹信息中原始的预计移交时间替换为上游管制单位的自动化系统航班4D轨迹计算得到的预计移交时间，基于上游管制单位的自动化系统计算得到的预计移交时间，进行下游管制单位的自动化系统的航班4D轨迹的更新计算，得到航班的预计起飞时间、预计降落时间（Estimated Landing Time，ELDT）及各计算点（移交点、汇聚点等）的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、航路点代号、航路点经纬度、航路点类型、所属管制区和所属航路，更新计算完成后，进入步骤4）。
4）下游管制单位的自动化系统基于航班4D轨迹信息，考虑运行限制条件，进行进港航班排序及进港航班延误计算，判断航班延误是否超过下游管制单位的延误吸纳保有量，若航班延误超过下游管制单位的航班延误吸纳保有量，进入步骤5）；若未超过，则不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；具体包括：
41）下游管制单位的自动化系统以航班总延误最小为目标，考虑航班优先级以及运行限制条件，计算得到进港航班的排序队列、计算过航路点时间及计算降落时间（Calculated Landing Time，CLDT），并在航班预测轨迹变化、人工干预事件或预设事件发生时，自动更新计算航班的排序队列信息；进港排序计算考虑的运行限制条件如下：
跑道间隔：连续降落的两个航班需满足跑道间隔；
跑道相关性间隔：当机场有两条及两条以上跑道时，每两条相关跑道配置一个相关间隔，分别降落在两个相关跑道上的航班需满足跑道相关性间隔；
跑道方向变更间隔：当跑道方向变更时，连续降落的两个航班需满足跑道方向变更间隔；
跑道关闭：当跑道关闭时，不能安排降落航班；
尾流间隔：航班需满足不同机型的航空器尾流间隔；
关注航路点间隔：关注航路点以及关注航路点间隔需由用户设置，进港航班排序计算时，经过航路点的航班需满足用户设置的关注航路点间隔；
航班额外间隔：特殊航班（如专机、要客等）需要满足航班的额外间隔；
跑道容量：在进港航班排序计算时，在一定时间内安排的进港航班数量不能超过对应时段的跑道容量；
首先根据先到先服务的原则，同时考虑航班优先级，计算得到航班的排序队列；基于航班排序队列，进一步计算每个航班的进港排序时间，进港航班排序时间计算的数学模型如下：
假设有T个单位时间，对各单位时间进行编号1,2,…,T，时间集合用U表示，每个单位时间内分别安排架航班到达某机场，对航班进行编号1,2,…,P, 航班集合用V表示，连续两架航班的跑道间隔用/>表示，连续两架航班的跑道相关性间隔用/>表示（当两条跑道之间不存在相关关系，则模型中的/>为0），连续两架航班的跑道方向变更间隔用/>（若跑道方向未发生变更，则模型中的/>为0），连续两架航班的尾流间隔用/>表示，连续两架航班在关注航路点的间隔用/>表示，连续两架航班的航班额外间隔用/>表示，各单位时间内的跑道容量用/>表示；
目标函数：
约束条件：
式中，指航班4D轨迹预测得到的航班i的预计降落时间，/>、/>指航班i、航班j的计算降落时间，/>、/>指航班i、航班j的计算经过关注航路点的时间，下角标k为单位时间的编号，取值为1,2,…,T；
42）根据步骤41）计算的航班计算降落时间以及步骤3）中航班4D轨迹计算的预计降落时间，计算航班延误时间，航班延误时间为航班的计算降落时间CLDT与航班的预计降落时间ELDT的差值，计算公式如下：
；
43）设置下游管制单位的航班延误吸纳保有量（时间参数，单位：分钟），使航班延误优先由下游管制单位进行吸纳，当超过设定量时，则进行上游管制单位、下游管制单位对航班延误的协同吸纳；
44）比较航班延误与下游管制单位的航班延误吸纳保有量的大小，具体如下：
当航班延误小于/等于下游管制单位的航班延误吸纳保有量时，由下游管制单位吸纳所有的航班延误，不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；
当航班延误大于下游管制单位的航班延误吸纳保有量时，进入步骤5），启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式。
5）下游管制单位的自动化系统根据上、下游管制单位的延误吸纳能力和延误分配策略，进行进港航班延误分配计算以及延误吸纳建议计算，并判断当前时间是否在预计移交时间（Estimated Time Over of Feeder Fix，ETO）前[VSP1-VSP2]（VSP1、VSP2均为时间参数，单位：分钟）之间，若当前时间处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则进入步骤6）；若当前时间未处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；具体包括：
51）设置上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力、延误分配策略、各航路/进场航线的延误吸纳能力、等待区的延误吸纳能力以及各扇区的延误吸纳能力，具体如下：
延误吸纳能力包括最大延误消耗能力以及最大延误追赶能力，用延误吸纳时间表示（单位：分钟），其中上游管制单位的最大延误吸纳能力用表示，下游管制单位的最大延误吸纳能力用/>表示；
延误吸纳策略包括上游管制单位优先、下游管制单位优先、按比例分配；
各航路/进场航线的延误吸纳能力指各航路/进场航线在不同机型不同速度下的最大延误消耗能力以及最大延误追赶能力；
等待区的延误吸纳能力包括等待点、等待优先级、等待容量（容量是指航班架次）；
各扇区的延误吸纳能力包括各个扇区的延误吸纳优先级、最大延误消耗能力、最大建议追赶能力以及扇区延误处理容量（容量是指航班架次）；
52）下游管制单位的自动化系统根据上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力和延误分配策略进行延误分配计算，将航班延误分配至上游管制单位、下游管制单位，并计算航班的目标移交时间；延误分配的航班延误基数为航班延误超出下游管制单位航班延误吸纳保有量的部分，用表示，具体的计算方法如下：
当延误吸纳策略设置为上游管制单位优先时，则优先由上游管制单位进行吸纳，超出上游管制单位延误吸纳能力的部分再分配至下游管制单位进行吸纳；，延误分配后，上游管制单位的延误/>和下游管制单位的延误/>如下：
=/>
= />-/>；
当延误吸纳策略设置为下游管制单位优先时，则优先由下游管制单位进行吸纳，超出下游管制单位延误吸纳能力的部分再分配至上游管制单位进行吸纳，延误分配后，上游管制单位的延误/>和下游管制单位的延误/>如下：
=/>
= />-/>；
当延误吸纳策略设置为按比例分配时，则由上游管制单位、下游管制单位按照分配比例进行延误吸纳；其中分配比例根据上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力进行计算，或人工设置，人工设置的优先级高于系统计算的优先级，假设延误分配的比例为/>，则延误分配后，上游管制单位的延误/>和下游管制单位的延误/>如下；
=/>N/(M+N)
= />-/>；
53）根据航班延误分配信息，计算航班延误吸纳建议；航班延误吸纳建议包括总加速时间建议、总减速时间建议、改航路径建议、等待区及等待时间建议、途径扇区加速时间建议、途径各扇区减速时间建议；航班延误吸纳建议的计算方法如下：
531）判断当前管制区的分配延误是否大于其自身的延误吸纳能力（通过加减速、改航措施能够实现的最大延误吸纳能力，不包括等待），具体如下：
若当前管制区的分配延误小于/等于本管制区的延误吸纳能力时，进入步骤532）；
若当前管制区的分配延误大于本管制区的延误吸纳能力时，进入步骤533）；
532）计算航班的加速、减速、改航建议，具体步骤如下：
当航班延误小于/等于航班当前途径航线的延误吸纳能力时，航班建议为加速时间建议（航班延误为负数时，需加速追赶）或减速时间建议（航班延误为正数时，需减速消耗），加速时间/减速时间的建议值为航班延误值，即航班计算降落时间与航班预计降落时间的差；
当航班延误大于航班当前途径航线的延误吸纳能力时，则计算改航建议，当有多条满足的航线时，则选择飞行距离最短的航线作为建议改航路径；
533）计算航班的等待建议，具体步骤如下：
将超出自身最大延误能力的航班延误优先分配到高等待优先级的扇区中，同等优先级下按照距离机场由远及近的方式选择等待区；
计算等待区的最大等待架次，当等待区架次已满时，按照优先级和机场往外的方向选择另外的扇区进行等待；
534）计算航班的扇区延误吸纳建议，步骤如下：
按照航班途径各扇区的延误吸纳能力，将航班延误优先分配给高优先级的扇区，同等优先级下，将航班延误按照各扇区延误吸纳能力的比值分配到同等优先级的各个扇区；
计算扇区已分配的延误吸纳航班架次，当扇区已分配的延误吸纳航班架次超过设置的扇区延误处理容量时，则按照扇区优先级选择另外的扇区进行等待；
54）判断当前时间是否在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，具体如下：
若当前时间处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则进入步骤6）；
若当前时间未处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则不启动相邻管制单位对进港航班的协同管理模式。
6）启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式，下游管制单位的自动化系统将航班的目标移交时间（Target Time Over of Feeder Fix，TTO）传输至上游管制单位的自动化系统，上游管制单位的自动化系统计算上游管制单位应吸纳的航班延误值以及延误吸纳建议，并进行显示；具体包括：
61）下游管制单位的自动化系统通过外部传输网络（民航数据通信网络或专线网络）将航班的目标移交时间传输至上游管制单位的自动化系统，传输信息字段包括飞行计划ID、起飞机场、降落机场、航班号、预计撤轮档日期、预计撤轮档时间、上游管制单位的自动化系统同一飞行计划的id、下游管制单位的自动化系统延误分配计算后建议上游管制单位移交航班的目标移交时间；
62）上游管制单位的自动化系统对接收到的目标移交时间进行解析处理；
63）上游管制单位的自动化系统根据目标移交时间，计算上游管制单位应吸纳的航班延误值，并进行显示；上游管制单位应吸纳的航班延误值为目标移交时间与航班4D轨迹的预计移交时间的差值，即；
64）上游管制单位的自动化系统根据航班延误分配信息，计算航班延误吸纳建议；航班延误吸纳建议包括总加速时间建议、总减速时间建议、改航路径建议、等待区及等待时间建议、途径扇区加速时间建议、途径各扇区减速时间建议。
7）上、下游管制单位的自动化系统均进行航班目标移交时间执行监控，更新计算航班相关信息，以确保航班计算结果的准确性；具体包括：
71）上游管制单位的自动化系统进行航班目标移交时间执行监控，根据航班最新执行目标移交时间后的预计移交时间，更新计算上游管制单位的延误吸纳时间，并进行更新显示；
72）下游管制单位的自动化系统进行航班的目标移交时间执行监控，具体如下：
当航班最新的预计移交时间与目标移交时间的差值不断变小时，下游管制单位的自动化系统需要锁定航班的排序优先级，保证航班在队列中的位置不变，以阻止因航班执行延误导致的航班被其他航班插队的情况发生；
当航班最新的预计移交时间变化超出下游管制单位对目标移交时间的可接受范围时，下游管制单位的自动化系统基于最新的航班4D轨迹信息，同时考虑最新的运行限制条件，对航班重新排序，重新计算目标移交时间、航班延误分配信息以及延误吸纳建议。
8）判断下游管制单位的自动化系统更新计算得到的目标移交时间与步骤6）中下游管制单位的自动化系统传输给上游管制单位的自动化系统的目标移交时间的差值（目标移交时间变化量）是否超过用户设置的阈值VSP3（VSP3为时间参数，单位：分钟），同时根据当前时间距离预计移交时间的不同位置，执行相应的处理；具体包括：
当目标移交时间变化量超过阈值VSP3且当前时间在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间时，启动目标移交时间再次协调，进入步骤 6）；
当目标移交时间变化量未超过阈值VSP3且当前时间在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间时，以最新协调的目标移交时间进行相邻管制单位对进港航班的协同管理；
当当前时间在预计移交时间前[0-VSP1]之间或预计移交时间之后时，则结束相邻管制单位对当前航班的协同管理模式，剩余延误由下游管制单位吸纳。
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 (7)
1.一种相邻管制单位进港航班协同管理方法，应用于进港航班移交前后的上游管制单位和下游管制单位中，其特征在于，步骤如下：
1)上游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹预测，并与下游管制单位的自动化系统进行飞行计划信息同步；
2)下游管制单位的自动化系统接收并解析上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，并判断航班是否进入上游管制区，若航班已进入上游管制区，进入步骤3)；若航班还未进入上游管制区，则继续接收上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，不触发后续处理；
3)下游管制单位的自动化系统利用上游管制单位的自动化系统的飞行计划信息进行航班4D轨迹更新计算；
4)下游管制单位的自动化系统基于航班4D轨迹信息，考虑运行限制条件，进行进港航班排序及进港航班延误计算，判断航班延误是否超过下游管制单位的延误吸纳保有量，若航班延误超过下游管制单位的航班延误吸纳保有量，进入步骤5)；若未超过，则不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；
5)下游管制单位的自动化系统根据上、下游管制单位的延误吸纳能力和延误分配策略，进行进港航班延误分配计算以及延误吸纳建议计算，并判断当前时间是否在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，VSP1、VSP2均为时间参数，若当前时间处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则进入步骤6)；若当前时间未处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；
6)启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式，下游管制单位的自动化系统将航班的目标移交时间传输至上游管制单位的自动化系统，上游管制单位的自动化系统计算上游管制单位应吸纳的航班延误值以及延误吸纳建议，并进行显示；
7)上、下游管制单位的自动化系统均进行航班目标移交时间执行监控，更新计算航班相关信息；
8)判断下游管制单位的自动化系统更新计算得到的目标移交时间与步骤6)中下游管制单位的自动化系统传输给上游管制单位的自动化系统的目标移交时间的差值是否超过用户设置的阈值VSP3，VSP3为时间参数，同时根据当前时间距离预计移交时间的不同位置，执行相应的处理；
所述步骤5)具体包括：
51)设置上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力、延误分配策略、各航路/进场航线的延误吸纳能力、等待区的延误吸纳能力以及各扇区的延误吸纳能力，具体如下：
延误吸纳能力包括最大延误消耗能力以及最大延误追赶能力，用延误吸纳时间表示；
延误吸纳策略包括上游管制单位优先、下游管制单位优先、按比例分配；
各航路/进场航线的延误吸纳能力指各航路/进场航线在不同机型不同速度下的最大延误消耗能力以及最大延误追赶能力；
等待区的延误吸纳能力包括等待点、等待优先级、等待容量；
各扇区的延误吸纳能力包括各个扇区的延误吸纳优先级、最大延误消耗能力、最大建议追赶能力以及扇区延误处理容量；
52)下游管制单位的自动化系统根据上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力和延误分配策略进行延误分配计算，将航班延误分配至上游管制单位、下游管制单位，并计算航班的目标移交时间；延误分配的航班延误基数为航班延误超出下游管制单位航班延误吸纳保有量的部分，用DELAYsum-Δp表示，具体的计算方法如下：
当延误吸纳策略设置为上游管制单位优先时，则DELAYsum-Δp优先由上游管制单位进行吸纳，超出上游管制单位延误吸纳能力的部分再分配至下游管制单位进行吸纳；
当延误吸纳策略设置为下游管制单位优先时，则DELAYsum-Δp优先由下游管制单位进行吸纳，超出下游管制单位延误吸纳能力的部分再分配至上游管制单位进行吸纳；
当延误吸纳策略设置为按比例分配时，则DELAYsum-Δp由上游管制单位、下游管制单位按照分配比例进行延误吸纳；其中分配比例根据上游管制单位、下游管制单位的延误吸纳能力进行计算，或人工设置，人工设置的优先级高于系统计算的优先级；
53)根据航班延误分配信息，计算航班延误吸纳建议；航班延误吸纳建议包括总加速时间建议、总减速时间建议、改航路径建议、等待区及等待时间建议、途径扇区加速时间建议、途径各扇区减速时间建议；航班延误吸纳建议的计算方法如下：
531)判断当前管制区的分配延误是否大于其自身的延误吸纳能力，具体如下：
若当前管制区的分配延误小于/等于本管制区的延误吸纳能力时，进入步骤532)；
若当前管制区的分配延误大于本管制区的延误吸纳能力时，进入步骤533)；
532)计算航班的加速、减速、改航建议，具体步骤如下：
当航班延误小于/等于航班当前途径航线的延误吸纳能力时，航班建议为加速时间建议或减速时间建议，加速时间/减速时间的建议值为航班延误值，为航班计算降落时间与航班预计降落时间的差；
当航班延误大于航班当前途径航线的延误吸纳能力时，则计算改航建议，当有多条满足的航线时，则选择飞行距离最短的航线作为建议改航路径；
533)计算航班的等待建议，具体步骤如下：
将超出自身最大延误能力的航班延误优先分配到高等待优先级的扇区中，同等优先级下按照距离机场由远及近的方式选择等待区；
计算等待区的最大等待架次，当等待区架次已满时，按照优先级和机场往外的方向选择另外的扇区进行等待；
534)计算航班的扇区延误吸纳建议，步骤如下：
按照航班途径各扇区的延误吸纳能力，将航班延误优先分配给高优先级的扇区，同等优先级下，将航班延误按照各扇区延误吸纳能力的比值分配到同等优先级的各个扇区；
计算扇区已分配的延误吸纳航班架次，当扇区已分配的延误吸纳航班架次超过设置的扇区延误处理容量时，则按照扇区优先级选择另外的扇区进行等待；
54)判断当前时间是否在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，具体如下：
若当前时间处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则进入步骤6)；
若当前时间未处于预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间，则不启动相邻管制单位对进港航班的协同管理模式；
所述步骤6)具体包括：
61)下游管制单位的自动化系统通过外部传输网络将航班的目标移交时间传输至上游管制单位的自动化系统，传输信息字段包括飞行计划ID、起飞机场、降落机场、航班号、预计撤轮档日期、预计撤轮档时间、上游管制单位的自动化系统同一飞行计划的id、下游管制单位的自动化系统延误分配计算后建议上游管制单位移交航班的目标移交时间；
62)上游管制单位的自动化系统对接收到的目标移交时间进行解析处理；
63)上游管制单位的自动化系统根据目标移交时间，计算上游管制单位应吸纳的航班延误值，并进行显示；上游管制单位应吸纳的航班延误值为目标移交时间与航班4D轨迹的预计移交时间的差值；
64)上游管制单位的自动化系统根据航班延误分配信息，计算航班延误吸纳建议；航班延误吸纳建议包括总加速时间建议、总减速时间建议、改航路径建议、等待区及等待时间建议、途径扇区加速时间建议、途径各扇区减速时间建议。
2.根据权利要求1所述的相邻管制单位进港航班协同管理方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：
11)上游管制单位的自动化系统根据计划信息中的起飞机场、落地机场及航路点信息，计算得到水平轨迹；再基于BADA性能参数、飞机巡航高度和速度、转换高度以及航路点高度计算得到高度剖面和速度剖面，并采用历史数据和实施监视数据对航班4D轨迹计算模型的参数进行修正，形成飞行计划的4D轨迹，计算得到航班的预计起飞时间、预计降落时间及各计算点的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、航路点代号、航路点经纬度、航路点类型、所属管制区和所属航路；
12)上游管制单位的自动化系统在创建和更新计划时，通过外部传输网络由上游管制单位向下游管制单位传输飞行计划信息，飞行计划信息包括但不限于飞行计划ID、起飞机场、降落机场、航班号、航空器机型、无线电通信、导航和进近助航设备、预计撤轮档日期、预计撤轮档时间、监视设备、尾流等级、预计总飞行时间、飞行规则、飞行种类、航路数据、第一备降机场代码、补充情报、是否与飞行计划相关、飞行计划当前控制扇区、航路点列表。
3.根据权利要求2所述的相邻管制单位进港航班协同管理方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：
21)下游管制单位的自动化系统接收上游管制单位的自动化系统传输的飞行计划信息，并进行解析；
22)下游管制单位的自动化系统根据飞行计划信息中当前管制扇区是否有值，判断航班是否进入到上游管制区，具体步骤如下：
若航班已进入上游管制区，则进入步骤3)，下游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹更新计算；
若航班还未进入上游管制区，则继续接收上游管制单位的自动化系统输出的飞行计划信息，不触发后续处理。
4.根据权利要求3所述的相邻管制单位进港航班协同管理方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：
31)下游管制单位的自动化系统进行航班4D轨迹预测计算，计算方法与步骤11)上游管制单位的自动化系统的航班4D轨迹预测计算方法相同；
32)当航班进入到上游管制区后，下游管制单位的自动化系统采用上游管制单位的飞行计划信息对下游管制单位的航班4D轨迹预测信息进行更新计算，将下游管制单位的航班4D轨迹信息中原始的预计移交时间替换为上游管制单位的自动化系统航班4D轨迹计算得到的预计移交时间，基于上游管制单位的自动化系统计算得到的预计移交时间，进行下游管制单位的自动化系统的航班4D轨迹的更新计算，得到航班的预计起飞时间、预计降落时间及各计算点的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、航路点代号、航路点经纬度、航路点类型、所属管制区和所属航路，更新计算完成后，进入步骤4)。
5.根据权利要求4所述的相邻管制单位进港航班协同管理方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：
41)下游管制单位的自动化系统以航班总延误最小为目标，考虑航班优先级以及运行限制条件，计算得到进港航班的排序队列、计算过航路点时间及计算降落时间，并在航班预测轨迹变化、人工干预事件或预设事件发生时，自动更新计算航班的排序队列信息；进港排序计算考虑的运行限制条件如下：
跑道间隔：连续降落的两个航班需满足跑道间隔；
跑道相关性间隔：当机场有两条及两条以上跑道时，每两条相关跑道配置一个相关间隔，分别降落在两个相关跑道上的航班需满足跑道相关性间隔；
跑道方向变更间隔：当跑道方向变更时，连续降落的两个航班需满足跑道方向变更间隔；
跑道关闭：当跑道关闭时，不能安排降落航班；
尾流间隔：航班需满足不同机型的航空器尾流间隔；
关注航路点间隔：关注航路点以及关注航路点间隔需由用户设置，进港航班排序计算时，经过航路点的航班需满足用户设置的关注航路点间隔；
航班额外间隔：特殊航班需要满足航班的额外间隔；
跑道容量：在进港航班排序计算时，在一定时间内安排的进港航班数量不能超过对应时段的跑道容量；
42)根据步骤41)中计算的航班计算降落时间以及步骤3)中航班4D轨迹计算的预计降落时间，计算航班延误时间，航班延误时间DELAY为航班的计算降落时间CLDT与航班的预计降落时间ELDT的差值，计算公式如下：
DELAY＝CLDT-ELDT；
43)设置下游管制单位的航班延误吸纳保有量Δp，使航班延误优先由下游管制单位进行吸纳，当超过设定量时，则进行上游管制单位、下游管制单位对航班延误的协同吸纳；
44)比较航班延误与下游管制单位的航班延误吸纳保有量的大小，具体如下：
当航班延误小于/等于下游管制单位的航班延误吸纳保有量时，由下游管制单位吸纳所有的航班延误，不启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式；
当航班延误大于下游管制单位的航班延误吸纳保有量时，进入步骤5)，启动相邻管制单位的进港航班协同管理模式。
6.根据权利要求1所述的相邻管制单位进港航班协同管理方法，其特征在于，所述步骤7)具体包括：
71)上游管制单位的自动化系统进行航班目标移交时间执行监控，根据航班最新执行目标移交时间后的预计移交时间，更新计算上游管制单位的延误吸纳时间，并进行更新显示；
72)下游管制单位的自动化系统进行航班的目标移交时间执行监控，具体如下：
当航班最新的预计移交时间与目标移交时间的差值不断变小时，下游管制单位的自动化系统需要锁定航班的排序优先级，保证航班在队列中的位置不变，以阻止因航班执行延误导致的航班被其他航班插队的情况发生；
当航班最新的预计移交时间变化超出下游管制单位对目标移交时间的可接受范围时，下游管制单位的自动化系统基于最新的航班4D轨迹信息，同时考虑最新的运行限制条件，对航班重新排序，重新计算目标移交时间、航班延误分配信息以及延误吸纳建议。
7.根据权利要求1所述的相邻管制单位进港航班协同管理方法，其特征在于，所述步骤8)具体包括：
当目标移交时间变化量超过阈值VSP3且当前时间在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间时，启动目标移交时间再次协调，进入步骤6)；
当目标移交时间变化量未超过阈值VSP3且当前时间在预计移交时间前[VSP1-VSP2]之间时，以最新协调的目标移交时间进行相邻管制单位对进港航班的协同管理；
当当前时间在预计移交时间前[0-VSP1]之间或预计移交时间之后时，则结束相邻管制单位对当前航班的协同管理模式，剩余延误由下游管制单位吸纳。
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