空中交通流量管理系统实验报告

1、对空中交通流量管理系统的认识 在之前的空中交通管理基础 课程中， 我们学到空中交通管理主要包括空中交通服务、 空中交通流量管理和空域管理三个方面。 空中交通服务包括空中交通管制服务、 飞行情报服 务和告警服务。 空中交通管制服务的任务是防止航空器与航空器相撞及在机动区内航空器与 障碍物相撞， 维护和加快空中交通的有序流动。 飞行情报服务的任务是向飞行中的航空器提 供有助于安全和高效地实施飞行的建议和情报。 告警服务的任务是向有关组织发出需要搜寻 援救航空器的通知， 并根据需要协助该组织或协调该项工作的进行。 空中交通流量管理的任 务是在空中交通流量接近或达到空中交通管制可用能力时， 适时地进行

2、调整， 保证空中交通 量最佳地流入或通过相应区域， 尽可能提高机场、 空域可用容量的利用率。 空域管理的任务 是依据既定空域结构条件，实现对空域的充分利用，尽可能满足经营人对空域的需求。随着我国民航事业迅猛的发展， 航空器的数量不断增加， 经常出现这样的问题， 在一年 的某些时期内、 在一个星期的某些时间内和在一天的某些小时内， 某一空域、 某一航线上飞 机过于集中和拥挤或因气候等其他原因造成某一空域的空域管制中心的管制能力无法应付 的局面，为此， 往往通过流量控制的方式解决问题。随着国内飞行量的增加，因流量控制造 成的航班延误量日益增加， 流量管制原因和流量管理诱发的其他原因已成为造成航班延

3、误的 主要原因之一。 同时，流量控制措施常常导致在起飞前的飞行延迟、飞行中的等待、使用不 经济的飞行高度层、 改变航线或改航、 打乱班机时刻、 给航空器经营人带来经济与燃油损耗、 机场或候机楼的拥挤和旅客不满意等多种负面影响。因此，空中交通流量管理 (ATFM) 成为 民航当前极为迫切的任务。国际民航组织对空中交通流量管理定义为： 为有助于空中交通安全， 有序和快捷的流通， 以确保最大限度的利用空中交通管制服务的容量并符合有关空中交通服务当局公布的标准 和容量而设置的服务。 它的目的主要是为空中交通安全、 有序和流量的加速提供服务， 确保 最大限度地利用 ATC 容量， 为飞机运营者提供及时、

4、 精确的信息以规划和实施一种经济的 空中运输，以尽可能准确地预报飞行情报而减少延误。 ATFM 是 ATM 的主要组成部分。随 着我国民航运输量的不断攀升， 空中交通流量日益增加， 空中拥堵具有很高的必然性。 通过 对过去的工作分析，我国空中交通流量管理需要克服以下几个方面的问题： 1、航班量迅速 增加。在过去的 10 年里，中国大陆民航的实际航班飞行量年均增长都在15%左右，再加上航班活动范围主要集中在北京， 上海，广州，成都以及一些沿海城市，进一步加大了空中交 通管理系统均衡流量和处理冲突的工作负荷。2、空域管理存在的问题。目前，中国大陆只有一小部分的空域开放为民航使用， 空域的开放程度严

5、重不足， 这与空中交通发达国家 90% 左右的空域用于民航形成强烈反差。 3、恶劣天气的影响。尽管现代航空器都安装了先进的 航行设备，但仍然不能完全抵御低云低能见度、雷暴和台风等恶劣天气的影响。4、空军活动的影响。 一旦空军活动开始， 就会带来相关空域不能使用以及相应高度不能飞行等相关问 题，这使得本来就狭小的民航空域变得更小， 机动余度变得更小， 势必会造成进入该区域的 航班空中拥挤，造成航班延误。 5、严重缺乏空中交通流量管理的技术手段。多年来中国民 航以空中交通管制服务兼顾空中交通流量管理的作业方式， 在空中交通活动增加到较高的水 平时， 干扰了正常的交通管制服务， 影响了安全， 与此同

6、时， 也很难达到完善空中交通流量 管理的目的。随着国际民航、 中国民航的发展， ATFM 越来越体现出其重要性。 流量管理系统在国际 上起源于本世纪 70 年代中期，最初是为了缓解局部航运阻塞而设计和开发的专用系统，状 况与我国现在的状况较为相似。经过 80 年代和 90 年代的发展，已成为 ATM 系统中必不可 少的重要组成部分。 他们的共同特点是： 拥有中央数据库的支持、 专门的流量管理部门和先 进的流量管理系统。在欧洲， 1989 年成立了 CFMU （中央流量管理机构） ，为 ECAC（ 欧洲民用航空委员会 ） 的所有成员国提供 ATFM服务。CFMU建立在ICAO的CTMO （集中A

7、TFM组织）概念基 础上，到 1995 年底，已初步在欧洲提供以下技术设备：有关空中交通需求的战略数据库、 综合初始飞行计划的处理系统、 包含飞行计划的战术数据库、 利用战术数据的工具， 特别是 间隔自动分配功能、连接 CFMU 与 FMP （流量管制席位）和 AO （ IFR 飞行和通用航空的 用户）的数据网络、进行 ATFM 规划和质量控制统计的档案数据库。在日本，于 1988 年设计 ATFM 系统概念， 1991 年开始开发， 1993 年基本完成投入使 用， 主要由流量管理中心和四个区域管制中心和主要机场终端组成。在美国，FAA （美国联邦航空局） 采用ETMS （增强的交通管理系统

8、） 用于ATM服务。 其中重要组成部分为 ASD （航空器状态显示器），安装在ATSCC （空中交通系统指挥中心） 和 20 个 ARYCC （航路交通管制中心）和一些需要的 TRACON （终端雷达进近管制）设施 内，实现其 流量管理功能。整个系统在 ATM 系统集成、监控告警、解决方案、专家系统 及评估和易于扩展方面，均显示了其强大的功能。我们在实验室学到的交通流量管理系统主要是通过综合考虑空中交通容量评估模型多 约束条件 （操作区域，随机波动因素， 噪声， ATC 管制规则，系统延迟） 、天气变化、 通信、 导航和监视设备的性能、空域结构与程序的调整以及系统保障能力的改变对空域容量的影

9、响，并结合管制员工作负荷，将空中交通容量评估模型扩展为单机场、多机场、单终端区、 多终端区、 单区域、 多区域的容量评估模型， 可对现有空域类型或航路结构，或者新设计的 空域类型或航路结构进行有效地评估， 最终对评估对象的容量得出比较客观的数值或语言描 述。空域容量评估系统主要包括空域设计模块、 理论容量评估模块、 实际容量评估模块和基 于管制员工作负荷容量评估模块，各模块之间的关系是：进行理论容量和实际容量评估时， 根据空域设计模块提供的空域结构数据， 分别通过无延误下的容量模型计算得出理论容量和 一定延误水平下的实际飞行计划仿真得出实际容量； 基于管制员工作负荷容量评估， 可在管 制现场或

10、在模拟机上练习时统计对管制员的工作负荷进行统计， 得出在管制员工作负荷达到 饱和时的主观容量。 根据以上一种或多种评估方法得到的数据， 综合分析空域容量评估结果。 机场地面评估参数设置界面可分为 “滑行道前后机距离 ”， “飞机流设置 ”、“仿真速度选择 ”、 “跑道使用策略 ”等几大块。其中 “滑行道前后机距离 ”又可以分别为重型， 中型和轻型三种机 型设置滑行道前后机平均距离的九个参数， 选择跑道使用策略， 选择是否启用专机坪滑行道， 设置停机位总数以及平均滑行速度。 “飞机流设置 ”中可以调整停机位占用数， 国际航班比例 以及设置 “随机飞机流总架数 ”。“跑道使用策略 ”，可以选择 “

11、方式 1 离场，方式 1 进场 ”或 者“方式 2 离场，方式 2 进场 ”，也可以选择是否启用专机坪滑行道。对于 “仿真速度 ”，可 以选择快速， 中速，慢速三种速度。 设置选择完毕后， 就可以选择 “开始仿真 ”或者点 “取消 ”。 在机场地面容量静态评估中， 可通过滑行路径设置界面来设置每个停机位、 不同机型、 在不 同跑道上进场或离场的路径。设置好评估基本参数和路径后， 可对终端区和地面的运行情况进行仿真， 仿真过程中界 面右下角随着动态变化显示着已离场的飞机数、 已进场的飞机数、 仿真时间。 随时并可随时 更改滑行路径后进行再次评估。同时， 我们还接触到了中南地区空中交通流量管理系统

12、， 中南地区空中交通流量管理系 统包括主控模块、 统计预测模块、 区调监控模块、 进近监控模块和塔台监控模块等主要模块。主控模块的主要功能有： 基于冲突探测和雷达、 电报数据的飞行计划实时优化处理； 优 化前后各重要点和扇区的流量统计与预测；空中交通流量/容量比较显示；空域视图显示及飞行仿真； 空域变更及复现； 对监控点的空中交通状况的时间环仿真； 对监控点空中交通状 况的时间轴显示；基于实际空域状况和气象变化的空域容量实时变更策略；基于跑道变更、 航线变更、 扇区合并、 及容量变更请求的实时空中交通流量管理策略； 数据实时通信和数据 库管理。统计预测模块的主要功能有：基于人机交互、数据与图形

13、交互的空域视图；对选定的航线以及扇区合并状态，空域视图的实时调整；流量和容量的综合显示；对重要航路点、 任意航线段、扇区进行流量统计和预测.；对统计预测结果进行分析，指出了高峰时段和高峰流量值； 多种数据的融合， 在航班时刻表以及飞行动态的基础上结合雷达数据和电报数据 进行修正； 任意统计时间段和时间间隔的选择； 任意统计日期的选择； 根据航班动态统计预 测的结果与经过主控席位优化以后的结果之间的比较； 历史统计结果的查询和管理； 统计预 测结果的多种查询与显示方式； 统计预测结果的打印输出。 区域调控模块的主要功能有： 基 于人机交互、 数据与图形交互的空域视图； 根据数据库中的航线状态和扇

14、区状态对空域视图 进行实时调整； 对现有的扇区根据当时的流量情况由管制员进行动态合并； 新扇区容量的更 改；当天扇区合并记录的查询； 对经过各区调扇区优化后的航班队列的查询； 对查询的航班 队列根据航班号，预计过交接点的时间，起飞机场，到达机场，预计起飞时间，实际起飞时 间等进行排序； 多种数据的融合， 在优化后的航班计划的基础上结合了雷达数据和电报数据； 控制单元的容量，优化前流量和优化后流量的比较；控制单元的容量的变更；容量/流量比较的多种查询与显示方式； 当天容量变更记录查询。 进近监控模块的主要功能有： 根据当时 的空域使用情况调整进离场航线， 并将变更信息实时传送给主控模块； 根据当时的天气情况 改变进近扇区容量，并将变更信息实时传送给主控模块；根据当时空域空中交通流量情况， 进行扇区合并与拆分， 并将变更信息实时传送给主控模块； 实时接收与显示来自主控模块的 流量管理决策； 对当日各个时间段重要点的飞机流量进行统计， 并以多种形式显示； 对当日 的各个时刻扇区内的飞机流量进行统计， 并以多种形式显示； 对当日的进场、 离场和过重要 点的航班序列进行查询；对当日的航班进行不同方式仿真（时间轴、时间环、和距离环） 。 塔台监控模块的功能有： 先期流量统计： 出港走廊口