基于复杂度的空域繁忙等级划分研究

发布时间：2020-03-25 12:31

【摘要】：随着民航运输行业保持平稳较快发展,交通运输量持续增长,空中交通系统的繁忙程度也随着运输周转量的增长而日益加剧,这导致空中交通管制服务的需求与供给开始出现不平衡的情况,最终造成严重的拥挤和延误。如何对空域繁忙程度进行量化、准确地评价、以及实现空域繁忙程度等级划分成为最近民航业界关注的焦点。本论文基于复杂度相关理论、概率论与数理统计、灰色系统、数据分析与挖掘等相关技术,围绕复杂度计算模型以及基于复杂度实现空域繁忙程度识别的核心问题,开展了相关理论方法以及实际应用的研究。主要研究内容如下:首先,综合空域中航路航线网络的静态影响和交通流运行产生的动态影响,建立空域单元空域复杂度计算模型,并以此模型为基础计算出能够反映扇区空域单元复杂程度的模型。其次,构建繁忙程度影响指标和复杂度的时间序列,运用核密度估计的理论思想,选用高斯内核估计指标的概率密度,进一步对函数概率密度曲线的积分面积进行划分,得到对应繁忙程度的指标阈值。最后,结合灰色系统的概念,根据选取的指标及其阈值进行灰色聚类分析,通过数学统计分析得到繁忙程度等级划分的复杂度阈值取值范围。本文以精细化空中交通管理为目标,构建空域复杂度综合指标模型对空域单元繁忙程度进行量化,建立基于复杂度的繁忙程度分级方法,并结合实际历史数据将研究成果应用于典型交叉航路点以及扇区运行场景中。研究结果表明该模型方法能够实现以空域复杂度为基础的空域单元繁忙程度等级划分,繁忙程度划分结果和交通流实际运行的情景相吻合,可以作为空管人员实际工作的参考。
【图文】：

民用航空运输,周转量

研究背景及意义2017 年，全球经济呈现逐渐回暖的趋势，我国各行业也随着经济复苏呈现稳定上行发展，业内各大运输指标呈现持续平稳增长。全行业运输总周转量稳步增长，2017 年已经达到3.08 亿吨公里，较上年增长了 12.6%。在民航客运方面，旅客运输周转量达到 9513.04 亿人，对比上年增长 13.5%，其中，完成国内航线旅客周转量 7036.53 亿人公里，比上年增长2%。2017 年，全国各大航空公司执行旅客客运航班总量达到 403.9 万班次，其中航班正常 289.5 万班次，航班正常率为 71.67%[1]。随着我国民航业迅猛发展，空中交通流量稳定增长，现有空域服务资源供给不足和运行需长之间的矛盾变得逐渐尖锐，在经济持续快速发展的大环境下，空域拥堵问题将愈发严重，造成的管制员工作负荷增加、航班延误频繁等并发问题日益加剧，这不仅会导致空中交通系统变得效率低下，而且还会造成严重的航空安全隐患，为了缓解这些矛盾和问题，需要空域单元的繁忙程度进行分级分类管理。为此，科学客观划分空域单元繁忙程度，并建立的分级标准，是空域和飞行流量管理的重要基础。

飞行流量,民用航空,空域,旅客周转量

图 1.2 2013-2017 年民用航空旅客周转量前所使用的扇区繁忙程度等级划分标准一方面基于飞行流量这一指标，忽略了空域单的空域结构对航空器运行所产生的影响；另一方面基于工作负荷，但不同空管人员个体难得到一致可接受的工作负荷衡量标准。不论是基于航空器运行中的交通流量还是基于管制策略所产生的工作负荷，这两个衡量指标都存在部分缺陷，导致应用于实际的交通景时存在不同程度的不适用性，为了避免飞行流量和工作负荷指标的缺陷，需要建立能反映空域结构和飞行流量的通用指标模型。复杂度模型综合空域单元静态结构、飞行流面因素评估空域单元内航班的运行态势，避免了使用飞行流量指标或工作负荷指标对空忙碌水平进行分级的不足，相对更加客观科学。空域结构对空中交通流产生的影响主要方向性影响和规则性影响[2]，，方向性方面表现为航路结构对航班运行方向的限制，规则表现为航空器必须遵守规定按照既定航线飞行，满足航路航线的运行标准。基于空域复空域单元进行繁忙程度等级划分所进行研究，有助于精细化控制管制员工作负荷，增加通流量管理（ATFM）的运行效率，提高空中交通系统运行过程中的安全性。于不同空域单元之间空域结构具有的差异性，以及交通流在空域上分布的不均衡性，通繁忙程度存在一定程度上的不同。例如同一扇区之内因为主干航路和支线航路的区别
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V355.1

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