（交通运输规划与管理专业论文）终端区容量评估技术研究.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 随着空域流量的增加，管制员工作负荷不断增大并己成为制约终端区容量的重要因素之一 同时，空域结构也对终端区容量有很大的影响，因此，如何充分考虑主客观因素评估终端区容 量，在实际应用中具有重要意义。 本文从理论和实际应用两个方面比较深入、系统的研究了基于管制员工作负荷的终端区容 量评估仿真模型。论文首先概述了中国民航的发展现状，介绍了国内外管制员工作负荷、容量 评估的研究现状；接着介绍了终端区空域结构和一般管制过程，建立了基于复杂网络的终端区 航线网络模型；然后分析比较了现有的部分容量评估模型特点，进而建立了基于管制员工作负 荷的终端区容量评估仿真模型。另外，模型还考虑了飞越航班对机场终端区容量的影响。 本文开发了基于管制员工作负荷的终端区容量评估仿真系统，详细介绍了基于管制员工作 负荷的终端区容量评估仿真模型的计算机实现方法和技术，并通过所开发的系统对杭州终端区 容量进行了评估，通过实例对模型进行了验证，并进一步分析该模型的可行性和局限性。本文 还分析了影响终端区容量的两个主要因素：航班流配置和航线网络结构。最后对论文的成果进 行了总结并对终端区容量影响因素等相关问题进行了展望。 关键字：管制员，工作负荷，复杂网络，终端区，容量评估，仿真 终端区容量评估技术研究 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gf l o wo fa i r s p a c e ，t h ew o r v a o a do fa i rt r a f f i cc o n t r o l l e ri sa r i s i n g , a n dh a s b e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf a c t o r sw h i c hr e s t r i c tt h et e r m i n a la i r s p a c ec a p a c i t y a tt h es a m e t i m e ，t h ea i r s p a c es 缸u c t u r ea f f e c t st h et e r m i n a lc a p a c i t y a c c o r d i n g l y , e v a l u a t et h et e n n i u a la i r s p a c e c a p a c i t yb yt a k i n ga c c o u n to ft h es u b j e c t i v ea n do b j e c t i v ef a c t o r sh a v ei m p o r t a n ts e n s i n gi np r a c t i c e t h es i m u l a t i o nm o d e lo ft e r m i n a la i r s p a c ec a p a c i t ye v a l u a t i o nb a s e do nc o n t r o l l e r sw o r k l o a d h a db e e nd e e p l ya n a l y z e df r o mt h ea s p e c t so ft h e o r ya n dp r a c t i c e t h ed e v e l o p m e n to fa i r t r a n s p o r t a t i o ni nc h i n aw a sf i r s t l yi n t r o d u c e da n dt h ec u r r e n ts t u d ys i t u a t i o no fw o r k l o a do fa t c sa n d c a p a c i t ye v a l u a t i o nw a sc o n s t r u e d ；t h e nt e m a i n a la i r s p a c es t r u c t u r ea n dc o n t r o lp r o c e d u r ew a s i n t e r p r e t e d , a n dam o d e lo ft e r m i n a la i r s p a c er o u t en e t w o r kb a s e do nc o m p l e x i t yn e t w o r kw a s e s t a b l i s h e d a f t e rt h a t ，s o m ec a p a c i t ye v a l u a t i o nm o d e l sw e r ei n t r o d u c e d ，t h ec h a r a c t e r i s t i cw a s a n a l y z e d , a n dt h e nt h es i m u l a t i o nm o d e lo ft e r m i n a la i r s p a c ec a p a c i t ye v a l u a t i o nb a s e do nc o n t r o l l e r s w o r k l o a dw a se s t a b l i s h e d ，t h ei n f l u e n c eo ft h ef l y o v e rf l i g h tt ot h ea e r o d r o m et e r m i n a la i r s p a c e c a p a c i t yw a s r a k e di n t oa c c o u n t i na d d i t i o n ，t h ec o m p u t e ra p p l i c a t i o n sb a s e do nt h ew o r k l o a dt e r m i n a lc a p a c i t ye v a l u a t i o n s y s t e ma r ei n t r o d u c e d ，t h ec a p a c i t yo fh a n g 办o ut e r m i n a la i r s p a c ei se v a l u a t e db yt h i ss y s t e ma n dt h e r e s u l tw e r es h o w e d t h ef e a s i b i l i t ya n dr e s t r i c t so ft h em o d e la r ea n a l y z e db ye x a m p l e s e v e n t u a l l y t h ep r i m a r yi n f l u e n c ef a c t o r so ft h ea i r s p a c ec a p a c i t yt h ef l o wd i s t r i b u t ea n dn e t w o r ks t r u c t u r ei s a n a l y z e d f i n a l l y , t h ef u r t h e rw o r ko nt h er e s e a r c ho fw o r k l o a do f a i rt r a f f i cc o n t r o l l e r sa n dc a p a c i t y e v a l u a t i o ni sp o i n t e do u t k e y w o r d s ：c o n t r o l l e r , w o r k l o a d ，c o m p l e x i t yn e t w o r k ，t e r m i n a la i r s p a c e ，c a p a c i t ye v a l u a t i o n ， s i m u l a t i o nm o d e l i i 终端区容量评估技术研究 图表清单 图2 1 终端区空域结构示意图6 图3 1 容量定义示意图1 2 图3 2 某一航线上节点工作负荷示意图1 8 图4 1 终端区容量评估系统总体结构图2 4 图4 2 扇区示意图。2 5 图4 3 a c c 与a p p 同扇示意图2 5 图4 4 a c c 与a p p 不同扇区示意图2 6 图4 5a c c 进离场分离扇区示意图一2 6 图4 6 进入扇区流量统计模块流程图2 8 图4 7 离开扇区流量统计模块流程图2 9 图4 8 扇区航空器数量统计模块3 1 图4 9 管制扇区内航班的管制员工作负荷分析统计模块3 2 图4 1 0 飞越航空器数量及管制员工作负荷分析统计模块3 3 图5 1 杭州终端区三维立体图3 7 图5 2 分流前杭州终端区航路网络3 7 图5 3 航线拓扑结构图3 8 图5 4 度分布曲线4 0 图5 5 度累计概率分布曲线4 0 图5 6 累计概率双对数分布曲线4 1 图5 7 完成各类任务管制员工作负荷与航空器数量关系散点图4 4 图5 8 航空器数量与管制员工作负荷的拟合图4 4 图5 9 杭州终端区南扇、北扇和塔台管制员工作负荷与流量散点图4 6 图5 1 0 航空器数量与管制员工作负荷的拟合图4 6 图5 1 1 基于航线结构的终端区容量评估结果4 7 图5 。1 2 仿真评估视图4 7 图6 1 航线航班流量比例分配示意图5l 图6 2 节点强度方差与容量关系图5 3 图6 3 节点负荷标准差与容量关系图5 4 图6 4 介数标准差与容量的关系5 5 v i 南京航空航天大学硕十学位论文 图6 5 节点介数和与容量关系5 5 图6 6 杭州终端区分流后航线网络5 6 表3 1 部分常用管制术语的工作负荷统计表1 7 表3 2 某扇区不同航班属性工作负荷2 1 表5 1 各节点的特征值列表3 9 表5 2 分流前航线比例。4 2 表5 3 完成各类管制员工作负荷与航空器数量关系4 3 表5 4 各扇区管制员工作负荷与航空器数量关系4 5 表6 1 各进出口航班比例5l 表6 2 节点强度列表5 2 表6 3 网络容量与节点介数关系5 4 表6 4 分流前航线比例。5 7 v n 终端区容量评估技术研究 a n d e e c f 从 i c a o n l a p n a s a n g a t s r a m s r n 划 r v s m s 蹦m o d t a a m v i l l 注释表 t h ea p p r o x i m a t en e t w o r kd e l a y s e u r o c o n t r o le x p e r i m e n t a lc e n t r e f e d e r a la v i a t i o na d m i n i s t r a t i o n i n t e r n a t i o n a lc i v i la v i a t i o no r g a n i z a t i o n m o n i t o ra l e r tp a r a m e t e r n a t i o n a la e r o n a u t i c sa n ds p a c ea d m i n i s t r a t i o n n e x tg e n e r a t i o na i rt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m r e o r g a n i z e da t cm a t h e m a t i c a ls i m u l a t o r a r e an a v i g a t i o n r e d u c e dv e r t i c a ls e p a r a t i o nm i n i m u m a i r p o r ta n da i r s p a c ed e l a ys i m u l a t i o nm o d e l t 0 t a la i r s p a c ea n d a i r p o f tm o d e l e r 模拟网络延迟模型 欧洲控制实验中心 美国联邦航空局 国际民航组织 监视告警参数 美国国家航空航天局 下一代空中交通系统 改进的空中管制数学仿真模型 区域导航 缩小垂直间隔 全空域、机场延迟仿真模型 全空域、机场仿真模型 承诺书 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导 下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注 和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：枷7 彩 日 期：p ，p ；1y 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 前言 近年来我国经济发展稳定而迅速，随着改革开放的深入，我国人均g d p 得到长期稳定的增 长，而中国民航是中国改革开放3 0 年来发展最快的“朝阳产业”，其增长速度大约是国民经济增 长速度的1 8 倍。最近2 0 年来，我国的航空运输量达到全球最高的增长速度，2 0 0 7 年，民航总 周转量同比增长1 7 9 ，旅客运输量同比增长1 6 0 ，货邮运输量同比增长1 3 0 。2 0 0 8 年， 全国各机场共完成旅客吞吐量4 0 5 7 6 2 万人次，比上年增长4 7 0 ：完成货邮吞吐量8 8 3 4 万吨， 比上年增长2 6 1 ；飞机起降架次为4 2 2 6 万架次，比上年增长7 2 。2 0 0 8 年，在所有通航机 场中，北京、上海和广州三大城市机场旅客吞吐量占全部机场旅客吞吐量的3 4 6 2 ，货邮吞吐 量占全部机场货邮吞吐量的5 7 4 2 。2 0 0 9 年我国机场吞吐量各项指标再创历史新高，其中旅 客吞吐量4 8 6 0 6 3 万人次，比上年增长1 9 7 9 ；完成货邮吞吐量9 4 5 6 万吨，比上年增长7 0 4 ； 飞机起降架次4 8 4 1 万架次，比上年增长1 4 5 2 1 1 。据专家预测，中国航空运输仍将快速增长， 民用飞机市场也将不断扩大。到2 0 2 0 年，中国机场货邮吞吐量、旅客吞吐量将分别保持1 5 和1 1 4 的年均增长速度，年旅客吞吐量超过3 0 0 0 万人次的机场将达到1 3 个，旅客吞吐量2 0 0 0 万3 0 0 0 万人次的机场将达到6 个，1 0 0 0 万- 2 0 0 0 万人次的机场将达到l o 个【2 】。 航空运输量的快速增长客观上要求我国民用航空的建设和管理与之相适应。而我国目前航 空运输流量分布很不均衡。目前，民航旅客吞吐量的9 5 。4 9 集中在4 7 个主要机场，其中北京、 上海和广州三大城市机场旅客吞吐量占全部旅客吞吐量得3 4 。6 2 。继北京、上海、广州、成都、 西安等地区之后，新的飞行热点地区正在全国范围内悄然形成，2 0 1 0 年，计划新开工2 0 多个 支线机场建设，支线机场的发展必将带动枢纽机场的流量。这必将对空域资源的开发利用、飞 行流量的管理和空管服务保障能力等提出新的更高的需求。 随着旅客吞吐量和飞行运行总架次的日益增长，使我国空中交通系统面临着越来越严重的 航线拥挤；管制员在其管辖空域内的飞机数量越来越多，使得管制员工作负荷在不断增加。在 我国的某些空域，管制工作的工作量之大，时常超出管制员所能承受的极限，此外，恶劣天气、 导航设备故障也必然导致空域容量资源严重不足。空中交通的拥挤引起了大量的航班延误，因 此造成了较大的经济损失和事故隐患，也给飞行安全带来不利影响。 同时，由于国内空域紧张，空域现状复杂，军航活动频繁并占用大部分空域，机场终端区 通常都是航班密度最大、航线最复杂、限制最多、冲突最大的区域，机场终端区承受着巨大的 交通流量，而且在最近的一段时期内将会越来越大。终端区航线结构的复杂性必会增加管制员 的工作负荷，从而影响终端区容量。交通流的合理分配也是影响管制员工作负荷和终端区容量 终端区容量评估技术研究 的重要因素。如何合理分配航班流，充分考虑管制员的工作负荷和航线结构，研究航线结构、 交通流分配对管制员工作负荷的影响，正确地评估管制员工作负荷的大小，通过合理分配交通 流，减少空中交通流分配给管制员带来的空域承受压力；并能依据仿真方法求得基于航线结构 的终端区容量，评价出终端区容量的瓶颈因素，提出增加容量可参考的方法，为流量管理提供 依据，也对提高飞行安全水平，缓解空中交通拥挤，减少航班延误，提高经济效益具有重要的 意义。 1 2 国内外研究情况 1 2 1 容量评估研究概况 早在6 0 年代，航空业发达的地区和国家已对容量评估的问题开展了研究工作，并取得了很 多的研究成果。研究范围从单一跑道容量模型发展到区域容量评估模型。对于机场跑道容量的 研究，1 9 4 8 年b o w e n 和p e a r c e l f 最早提出了单一跑道容量模型，即假定服从泊松分布的到达流 模型1 3 ；其后b l u m s t e i n 、n e w e l l 等人相继完善该模型【4 】；1 9 7 0 年，g e n e 和m a r n e r 首次将跑道 的容量概念扩充到终端区和航路上【5 1 ；1 9 8 1 年，m i l a nj a n i c 和v o j i nt o s i c 进一步地对该问题进 行了研究1 6 。目前西方国家已经在这些理论研究的基础上开发出相对较完善的空域评估及仿真 系统，例如：1 9 9 7 年，e r i cr h u g h e s 等人开发的f a c e l i f tf y 9 7 是针对空域的自由飞行( f i ：e e f l i g h t ) 进行评估巴1 9 9 8 年，欧洲空管实验中心( e u r o c o n t r o le x p e r i m e n t a lc e n t r ef e e c ) ) 根据d e u t s c h ef l u g s i c h e r u n gg - m b h ( d f s ) 的要求对德国基于区域导航( r n a v ) 的空域进行容 量评估【引。2 0 0 6 年，m i t c h e l l 等人利用最大流一最小割理论对于随机天气下的航路容量进行了 分析，并研究了航路容量的算法 9 1 。可以说，西方国家对空域容量问题做了大量研究，其评估 和仿真系统也进一步趋于完善。 国内关于容量评估的研究由南京航空航天大学民航学院率先开展，经过几年的工作，在理 论和应用方面都取得重要成果。1 9 9 9 年，胡明华教授和刘松等人针对跑道容量估计进行了系统 深入的研列1 0 1 ；同年，张志龙等人进行了终端区容量的模型研究，通过建立仿真模型考虑了影 响空管系统容量的诸多因素；建立了航路( 航段) 交叉点容量估计模型，分析了不同的流量分 配方案及机型混杂比对交叉点容量的影响，建立了终端区空域的容量估计模型，并用网络流理 论分析了终端区的容量，研究了走廊口的流量分配、交通流特征、空域结构、间隔规则对终端 区容量的影响，较好地解决了空域主观容量的评估问题f 1 1 】；2 0 0 3 年，杜骏、黄卫芳等人使用仿 真的方法对机场终端区容量估计问题进行了更系统的研究，针对空域、航路结构等限制讨论了 终端区空域容量，其取得的成果已经应用于上海虹桥国际机场和北京首都国际机场的容量评估 1 2 1 。近几年，该容量评估模型在国内的多个项目中被广泛使用，如大连、杭州、宁波、温州、 南京、青岛等多个机场的容量评估项目。2 0 0 7 年，王艳军建立了区域仿真模型，设计并开发了 2 南京航空航天大学硕士学位论文 区域容量评估系统【1 3 】；2 0 0 8 年，刘欢进行了区域空中交通容量动态评估研究，研究了扇区主观 容量和区域客观容量的评估模型及相关算法【1 4 1 。 1 2 2 管制员工作负荷研究概况 1 9 7 8 年，d i c s e h m i d t 提出了用排队论方法分析管制员工作负荷，讨论了管制员对例行事 件的处理时间以及扇区的交通流量与航班延误之间的关系【1 5 】；1 9 7 9 年，a r o b e r t s o n 等人在美 国联邦航空局( f a a ) 文档中对管制员工作负荷模型有效性给出论证【16 】；1 9 8 9 年，r e a u x ，八 等提出建立模型和评估工具( 预测管制员分析模型p a t c 蝴) 来预测管制员工作负荷。整套模 型包括管制员行为模型、扇区环境模型和工作负荷模型等【1 7 】；1 9 9 3 年，日本电子导航研究所的 n o r i y a s u t o f u k u j i 教授对日本东京机场进行了调查和统计分析，根据在交通繁忙情况下，管制 员工作的完成情况来判断容量是否达到极限，从而推算出终端区管制扇区的实际最大容量【1 叼； 1 9 9 9 年，在国际空管第4 4 届技术和展览年会上，澳大利亚的a m b i d j i 小组推出测量a t c 工作 负荷的工具，该软件工具可以用来设计扇区大小和确定扇区容量，实现空域和扇区的优化【1 9 】； 2 0 0 1 年，m a n n i n g ，c a 等推出了p o w e r 软件，该软件可以运用空域系统和系统分析记录的 数据对管制员工作负荷和绩效进行客观的测量，并将扇区划分和优化与管制员工作负荷和绩效 相结合【2 0 】：2 0 0 2 年，m a j u m d a r ，a 和w yo e h i e n g 对管制员工作负荷进行了复合评估【2 l 】；2 0 0 3 年，d a n i 6 l ec l o a r e e 等人根据实时主观工作负荷建立了管制员工作负荷模型，即r a m s 模型【2 2 1 。 国内在管制员工作负荷及空域规划方面的研究开展相对较晚。韩松臣等针对广州管制区， 对于管制员工作负荷进行定量统计，采用国际上较为成熟的d o r a t a s k 主观容量评估方法， 进行扇区容量评估实验【2 3 】；2 0 0 3 年，邢诒吉采用修改的m b b 方法，评估扇区内管制员管制一 架飞机的工作负荷，用总的滞留时间除以单架航空器的管制负荷来得到扇区容量【2 4 1 。2 0 0 4 年万 莉莉f 2 5 1 ，2 0 0 5 年张刮2 6 】采用对管制员工作内容进行分类的方法，评估每个扇区内管制员的工作 负荷，用最繁忙时段的管制员工作负荷值所对应的航空器数量得到扇区的容量。2 0 0 6 年姚虹翔 运用动态密度模型，并结合扇区的各交通因素对管制员工作负荷变化预测分析【2 7 】。2 0 0 7 年，王 秉淳分析了影响管制员工作负荷的扇区复杂性因素，以此为基础，通过运用k - m e a n s 算法将扇 区依据不同的扇区复杂性特征进行分类，进而提出了基于空域复杂性的管制员工作负荷评估和 容量评估模型。从理论和实际应用两个方面比较深入、系统的研究了基于空中交通复杂性的管 制员工作负荷评估问题1 2 引。 综上所述，已有的容量评估方法及模型一般是单独考虑客观因素( 如空域结构) 或单独从 主观因素( 如管制员工作负荷) 来进行研究，在均衡考虑主客观因素方面有一定的欠缺，所以 在民航局下发的空域容量评估方法指导材料中规定容量评估要采用两种或者两种以上的评 估方法，如何把相关的主客观因素在容量评估模型中体现，是本文研究的重点。同时在以往的 容量评估模型中，对影响容量因素的都是宽泛而谈的，没有具体的分析，本文将对部分影响因 3 终端区容量评估技术研究 素进行分析。 1 3 本文研究的主要内容 本文将针对终端区进离场航线网络复杂性分析、管制员工作负荷评估问题、容量评估问题， 以及这三者之间的关系做进一步的研究。具体内容安排如下： 第一章介绍了课题的研究背景和研究意义，总结归纳了国内外关于终端区容量评估技术研 究的发展现状，并简述本文的主要工作。 第二章详细阐述航空器在终端区的飞行过程，对终端区的进离场航线网络进行分析，根据 交通流配置，建立加权有向终端区航线网络模型。 第三章详细阐述管制员工作负荷的内涵，根据航线网络对管制员工作负荷进行分类并建立 单扇区以及多扇区的终端区容量评估模型。 第四章以杭州终端区容量评估为例，设计并开发杭州终端区容量评估系统，重点研究管制 员工作负荷在仿真模型中的实现和统计。 第五章建立杭州终端区的进离场航线模型，分析进离场航线网络的复杂性，证明其无标度 特性，利用第四章建立的容量评估系统，分析相关影响因素，计算出分流前杭州终端区容量， 并找出容量限制的瓶颈。 第六章介绍影响终端区容量的主要因素，并依据仿真数据对航班流配置以及终端区航线结 构这两个关键因素进行具体分析，最终计算出进离场航线分流后的终端区容量，并对航线结构 进行对比分析。 第七章对所做的工作进行总结，并对基于航线结构以及管制员负荷的终端区容量评估作进 一步研究的展望。 4 南京航空航天大学硕士学位论文 第二章终端区交通运行及特性分析 2 1 终端区介绍 中国民用航空空中交通管理规则【2 9 1 中定义的“终端管制区”：设在一个或几个主要机场 附近的空中交通服务航路汇合处的管制区，终端管制区所涉及的空域即终端管制空域。 终端区空域系统是整个空管系统中的一个子系统，从某种意义上讲，是情况最为复杂的一 个子系统。在这个子系统中，所有航路飞行的航班都要脱离航路并融入进场航线飞行，最后通 过不同的进近路线向跑道降落。在较小的终端空域内，航班之间既要保证安全间隔，又要保证 航班有条不紊地降落和起飞。因此，了解终端区的结构是必要的。同时终端区的航线结构是影 响管制员工作负荷和终端区容量的重要因素。终端区空域结构按照对容量的限制约束又可以划 分为航段限制单元、航路交叉点限制单元、与相邻空域交接点限制单元、机场限制单元几个部 分组成p o 】。 图2 1 是终端区的空域结构示意图，由图中可以看出，终端区一般包括等待区、进出走廊 口( 分为入口和出口) 、进场航线、起始进近航段、中间进近航段、最后进近航段、复飞航线、 标准离场航线、塔台管制区以及机场内跑道等部分。 进入终端区空域的飞机按照飞行性质可以分为三种：离场航班、进场航班和穿越航班。其 中离场航班的整个飞行过程包括准备起飞、飞离机场、飞离终端区、加入航线四个阶段；进场 航班的整个飞行过程包括到达终端区、进近飞行和机场降落三个阶段。对所研究的终端区而言， 在本场起降的航班为本场航班，到达终端区的进场航班按照标准仪表进场程序和进近程序飞行； 离场航班按照标准仪表离场程序飞离终端区，加入航路飞行阶段。 5 终端区容量评估技术研究 出航方向 图2 1 终端区空域结构示意图 2 1 1 终端区进场航空器飞行过程 2 0 0 7 年1 1 月2 1 日1 6 时实施米制的缩小垂直间隔( r v s m ) 规定，无论航向如何，从6 0 0 米到 8 4 0 0 米每隔3 0 0 米为一个高度层；8 4 0 0 米至8 9 0 0 米，隔5 0 0 米为一个高度层；8 9 0 0 米至1 2 5 0 0 米， 每隔3 0 0 米为一个高度层；1 2 5 0 0 米以上，每隔6 0 0 米为一个高度层。依据在终端区范围内，雷达 间隔标准为5 海里。但在飞行天线中心的4 0 海里进近管制区范围内，2 0 0 0 0 英尺以下可缩小为3 海里。直线进近最后l o 海里的航段内、同一航迹的前后两机之间可减小至2 5 海里。 对于进近飞行的飞机，在进入终端区以前，必须把高度和速度调整到规定的范围以内，从 指定的交接点进入终端区系统。在终端区范围以内，飞机按照规定的进场航路( 标准仪表进场图) 飞向起始进近点开始进近飞行。飞机从起始进近点开始，按照一定的梯度放慢速度并且下降高 度，直至按照规定的高度到达最后进近点，同时将速度调整到规定的范围内开始最后进近。在 最后进近阶段，飞机按照例行程序降落跑道，在最后进近阶段除非放弃进近着陆，管制员通常 不得命令飞机改变高度、速度或者作机动飞行。如果进近着陆失败，飞机按照规定的复飞程序 进行复飞。具体介绍如下： 6 南京航空航天大学硕士学位论文 终端区的进近飞行大致可以分为五个阶段： 1 、进场飞行阶段，从进入终端区后到达起始进近点) 之前的飞行，这一过程的飞行有 如下特点： ( 1 ) 飞行员根据管制员的命令，可以使用终端区内任意可用的高度层。但是应尽量保证高 度改变的连续性，即非特殊情况下不允许管制员指挥飞行先上升再下降或者先下降再上升等。 ( 2 ) 同一航迹、不同高度层的飞机允许超越。 ( 3 ) 不同高度层上的飞机在到达起始进近点前必须达到规定的起始进近高度，同时减速并 在起始进近定位点之前达到规定的起始进近速度，在起始进近点以后的飞行高度有严格的规定， 不再使用垂直间隔，所以如果飞机在这之前的航段上使用垂直间隔而不是水平间隔，在到达起 始进近点以前必须对飞机排序，拉开水平间隔。 2 、起始进近阶段，从起始进近点到中间定位点之间的飞行，这一过程的飞行有如 下特点： ( 1 ) 飞机按照规定的进近程序下降高度并进行必要的机动飞行，以便在规定的地点和高度 上切入五边进近航段。 ( 2 ) 在这一阶段内的飞行一般不利用高度层来调配，即可以假定所有飞机均只有一个高度 层可利用。 ( 3 ) 调整飞机姿态、降低高度和速度到最后进近点规定的值，是这一阶段飞行的主要目的。 ( 4 ) 如果不同的进近路线之间有交叉，则需要在这一阶段调整飞机水平间隔以避免交叉点 的冲突。 3 、中间进近阶段，从中间定位点( 勺到最后进近定位点( f a f ) 最后进近点( f a y ) 之间的飞行。 这一阶段的飞行的主要特征是： ( 1 ) 飞机在这个阶段调整速度和形态，并稳定在航道上，以便进入最后进近航段。 ( 2 ) 在这一阶段高度一般不下降，速度也只是做小的调整。 4 、最后进近阶段，从最后进近定位点开始一直到飞机着陆。在这一阶段飞行的特点主要是： ( 1 ) 所有飞机均要按照规定的最后进近高度和速度迸场着陆。 ( 2 ) 着陆飞行的飞机之间不论高度，必须保持规定的尾流间隔和雷达间隔。 5 、如果着陆失败马上爬升高度进入复飞程序。这种情况只是在特殊情况下才会出现，本文 对这种情况不作讨论。 2 1 2 终端区离场航空器飞行过程 终端区的离场飞机的飞行相对简单一些，飞机从机场起飞后一直上升高度，当上升到一定 高度并被雷达识别后等待管制员的进一步指令，以后便在管制员的指挥下沿离场航路飞行，管 制员指挥飞机在到达管制移交点之前达到规定的移交高度，然后飞机按照移交高度通过交接点 7 终端区容量评估技术研究 进入相邻管制区。 2 2 终端区航线复杂网络 2 2 1 复杂网络的介绍 网络( n e t w o r k ) 在数学上用图( g r a p h ) 来表示，复杂网络可以用图论的语言和符号精确简洁地 加以描述。图的研究最早起源于1 8 世纪瑞士著名数学家e u l e r 的“k o n i g s b e r g 七桥问题”。从统 计物理学的角度来看，网络是一个包含了大量个体以及个体之间相互作用的系统，是把某种现 象或者某种关系抽象为个体( 顶点) 以及个体之间的相互作用( 边) 而形成的用来描述这一现象或 者关系的图。一个具体网络可能抽象为一个由点集y 和边集e 组成的图g = ，e ) 。节点数记 为n = i v i ，边数记为m = l e l 。e 中每条边都有y 中一对点与之对应。y 中元素个数和e 中 元素的个数分别称为网络的阶数和边数，阶数和边数都有限的图为有限图。至于用什么样的网 络拓扑结构才能比较准确地描述出真实的系统，这个问题的研究大致经历了3 个阶段：规则网 络、随机网络( e r 模型) 和复杂网络( 小世界网络和无标度网络) 。 如果任意点对( f ，j ) 与u ，i ) 对应同一条边，则该网络称为无向网络( u n d i r e c t e d n e t w o r k ) ，否 则称为有向网络( d i r e c t e dn e t w o r k ) 。例如个人之间电话或者电子邮件信息传递网络就是有向 的。如果给每条边都赋予相应的权值，那么该网络就称为加权网络( w e i g h t e dn e t w o r k ) ，否则称 为无权网络( u n w e i g h t e dn e t w o r k ) ，例如刻画两人相互认识程度的权重。阶和边数都有限的图为 有限图( f i n i t eg r a p h ) ，边所连接的节点称为端点( e n d - v e r t i c e s ) ，两端点相同的边称为环( l o o p ) 。 有公共起点并且有公共终点的两条边称为平行边( p a r a l l e le d g e s ) 或重边( m u l t i e d g e ) 。无环并且无 平行边的图称为简单图( s i m p l eg r a p h ) 。任何不同的两节点之间都有边相连的简单无向图称为完 全图( c o m p l e t eg r a p h ) 。如果网络中包含两种不同类型的顶点，边权存在于不同类型的顶点之间， 则称该网络为隶属网络，或称二部图【3 。 近年很多学者通过研究，相继提出了一些介于规则网络和随机网络之间的网络模型：1 9 9 8 年6 月，美国康奈尔大学物理和应用系的博士生w a t t s 和其导师s t r o g a t z 在自然杂志上发 表了题为“小世界”网络的群体动力行为的论文 3 2 , 3 3 1 ，提出了网络科学中著名的小世界 ( s m a l l w b d d ) 网络概念，刻画了现实世界中的网络兼具大的聚簇与短的平均路径距离的小世界 特性，并建立了一个小世界网络模型。1 9 9 9 年，美国圣母大学物理系教授b a r a b 矗s i 和他的博士 生a l b e r t 提出了一个无标度网络模型( s c a l e f r e e ) 1 3 4 , 3 5 1 ，具有无标度幂律( p o w e r - l a w ) 分布性质，即 无标度网络的一个特征是网络的大部分节点只有少数连接，而少数节点拥有大量的连接，即网 络由少数高连通的节点主控着。把这些少数却高连通的节点叫做“中心节点”。复杂网络理论中 的两个标志性成果，即w a t t s 和s t r o g a t z 的小世界网络和b a r a b a s i 和a l b e r t 构建的无标度网络 模型。 8 南京航空航天大学硕士学位论文 现今，复杂网络在地面交通网络及航空网方面已经有了广泛的应用，国际上对航空网络最 系统的研究开始于2 0 0 3 年1 2 月进行的由美国航空与航天管理局( n a s a ) 下属的兰利研究中心和 美国宇航研究所( n i a ) 合作组织的有关未来航空网络拓朴结构的专题研讨会。r g u i m e r a 和l a n a m a m l 作了针对2 0 0 2 年世界机场网络的研究。在航空网方面主要是针对宏观航线网络进行 的研究，对局部或地区航路网络研究还比较少。 2 2 2 复杂网络的属性 2 2 。2 。1 度分布 度分布【3 q 是网络的一个重要统计特性。这里的度( d e g r e e ) 也称为连通度( c o n n e c t i v i t y ) ，节点 的度指的是与该节点连接的边数。度在不同的网络中所代表的含义也不同，在社会网络中，度 可以表示个体的影响力和重要程度，度越大的个体，影响力就越大，在整个组织中的作用也就 越大，反之亦然。度分布则表示节点度的概率分布函数p ( 忌) ，它指的是节点有七条边连接的概 率。比较常见的两种度分布是：一种指数分布，即p ( k ) 随着k 的增大以指数形式衰减；另一种 分布是幂率分布，即p ) 一七一，其中丫称为度指数，不同丫的网络，其动力学性质也不同。另 外，度分布还有其他形式，如星型网络的度分布是两点分布，规则网络的度分布为单点分布。 2 2 2 2 平均路径长度 平均路径长度是网络中另一个重要的特征度量，它是网络中所有节点对之间的平均最短距 离。这里节点间的距离指的是从一个节点要经历的边的最小数目，其中所有节点之间的最大距 离称为网络的直径。平均路径长度和直径衡量的是网络的传输性能与效率。平均路径长度的公 式为： 胧2 而1 n 丽，善而 ( 一1 ) ，：暑，9 其中，略为节点i 和j f 之间的最短距离。 2 2 2 3 介数 介数( b e t w e e n e s ) - 介数分为顶点介数和边介数两种，它是一个全局变量，反映了节点或边 的作用和影响力。如果一对节点间共有b 条不同的最短路径，其中有b 条经过节点f ，那么节 点f 对这对节点的介数的贡献为b b 。把节点f 对所有节点对的贡献累加起来再除以节点对总 数，就可得到节点i 的介数，即为网络中所有的最短路径之中经过该节点的数量。研究表明， 介数与度之间有很强的相关。介数反映了相应的节点或者边在整个网络中的作用和影响力，具 有很强的现实意义。 2 2 3 终端区航线网络的无标度特性证明方法 9 终端区容量评估技术研究 随机网络的特征和规则网络正好相反，具有较小聚集性，较大的平均最短路径。近年很多 学者通过研究，继而提出了介于规则网络和随机网络之间的网络模型：小世界模型( s m a l l w o r l d n e t w o r k s ) 、无标度网络( s c a l e f r e en e t w o r k s ) ，研究这些模型所采用的属性通常是度分布、平 均路径长度、聚集系数和网络弹性。 度( d e g r e e ) 是单独节点的属性中简单而重要的概念。节点i 的度定义为与该节点连接的其 他节点的数目。有向网络中将一个节点的度分为出度( o u t - d e g r e e ) 和入度( i n - d e g r e e ) 。节点 的出度指从该节点指向其他节点的边的数目，节点的入度指从其他节点指向该节点的边的数目。 网络中所有节点i 的度的平均值称为网络的( 节点) 平均度，记为 。网络中节点的度的分 布情况可以用分布函数p 辑) 来描述。p ) 表示的是一个随机选定的节点的度恰好为七的概率。 近几年的大量研究表明，许多实际网络的度分布明显不同于p o i s s o n 分布。特别地，许多 网络的度分布可以用幂律形式p ( 忌) 尼。来更好的描述。幂律分布比p o i s s o n 指数分布曲线下降 要缓慢得多。幂律分布也称为无标度( s c a l e - f r e e ) 分布，具有幂律度分布的网络也称为无标度 网络。在一个度分布为具有适当幂指数( 通常为2 y 3 ) 的幂律形式的网络，绝大部分节点 的度很低，但存在少量的度相对很高的点，这类网络为无标度网络。 另一种表示度数据的方法是绘制累计度分布函数( c u m u l a t i v ed e g r e ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n ) ： 足= yp ( k ) ，它表示的是度小于后的节点的概率分布。 磊 从中国空管导航的现状进行分析，陆基无线电导航是航空导航的主要手段，包括罗兰， v o r d m e ，t a c a n 、无线电罗盘与信标( n d b ) 等，其中v o r d m e 导航是航空导航的主要方 式。以华东地区为例，目前已有9 0 以上的通航机场和航路( 航线) 导航台配置或更新了 v o r d m e ，这使航路无线电导航形成了较为完善的体系，高空航路基本实现了v o r d m e 信 号覆盖。在导