滕英元，高申坤

(沈陽航空航天大學(xué)民航與安全工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

航空運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展使空中交通系統(tǒng)面臨越來越嚴(yán)重的交通擁堵，空域資源日趨緊張，空域使用與飛行需求間的矛盾日益突出?？罩薪煌ü苤频闹饕蝿?wù)是實(shí)現(xiàn)空域使用與需求平衡，確保飛行活動(dòng)安全高效進(jìn)行。在當(dāng)前的管制實(shí)踐中，當(dāng)空域受到惡劣天氣影響或空域內(nèi)交通形勢(shì)過于復(fù)雜超出管制員的認(rèn)知能力時(shí)，空中交通管理部門為保證航空安全通常采用改航、空中等待、地面延誤等措施來對(duì)流量進(jìn)行控制，確保管制員負(fù)荷保持在合理范圍內(nèi)［1］。這樣就會(huì)不可避免的造成航班延誤，增加航空公司運(yùn)營成本。為此，空管界提出了動(dòng)態(tài)空域管理的概念—通過對(duì)空域結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)靈活調(diào)整來實(shí)現(xiàn)空域使用需求平衡［1－3］。

空中交通管制是一項(xiàng)對(duì)安全性要求極高的活動(dòng)，動(dòng)態(tài)管理在給傳統(tǒng)靜態(tài)空域結(jié)構(gòu)帶來挑戰(zhàn)的同時(shí)，也給空中交通管理帶來了安全問題。在充分把握動(dòng)態(tài)空域管理概念的基礎(chǔ)上主要從3個(gè)方面研究動(dòng)態(tài)空域管理中相關(guān)安全性問題。

1 動(dòng)態(tài)空域管理概念

動(dòng)態(tài)空域管理是近年來空中交通管理領(lǐng)域提出的一個(gè)新空域管理理念，它旨在打破傳統(tǒng)的靜態(tài)空域結(jié)構(gòu)對(duì)交通流量的限制，通過對(duì)空域的靈活劃分使用來緩解空域使用需求不平衡。

圖1 空域優(yōu)化劃分流程圖

動(dòng)態(tài)空域管理概念提出的基本假設(shè)是調(diào)整空域結(jié)構(gòu)能滿足空域使用需求［4］。早在1997年，Eurocontrol就提出了適應(yīng)性空域管理的概念來應(yīng)對(duì)地面延誤和滿足改航需要，這其中便包含了動(dòng)態(tài)空域管理的思想。進(jìn)入21世紀(jì)，美國在新一代空中交通運(yùn)輸系統(tǒng)計(jì)劃中提出未來空中交通需求管理將交由協(xié)同流量管理系統(tǒng)進(jìn)行處理，而空域容量管理將主要通過對(duì)空域的動(dòng)態(tài)管理來實(shí)現(xiàn)，并指出動(dòng)態(tài)空域管理的一個(gè)主要方面是通過優(yōu)化空域設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)空域容量最大化。Parimal Kopardekar等率先對(duì)動(dòng)態(tài)管理概念進(jìn)行了綜合闡述［1］。相關(guān)研究者也紛紛提出了不同的空域優(yōu)化劃分算法［5－9］，空域優(yōu)化劃分一般遵循圖1的基本流程，其核心是空域優(yōu)化劃分的算法，確保管理過程的安全有效優(yōu)化。

2 動(dòng)態(tài)空域結(jié)構(gòu)與靜態(tài)空域結(jié)構(gòu)的比較分析

較之傳統(tǒng)的靜態(tài)空域結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)空域結(jié)構(gòu)更能適應(yīng)復(fù)雜的交通形勢(shì)和變化的交通流量，表現(xiàn)出較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)特性。表1對(duì)二者進(jìn)行了比較分析。

表1 動(dòng)態(tài)空域結(jié)構(gòu)與靜態(tài)空域結(jié)構(gòu)對(duì)比

3 動(dòng)態(tài)空域管理中的安全性問題

3.1 管制員工作負(fù)荷增加

傳統(tǒng)的管制條件下，管制員的工作負(fù)荷主要來源于3個(gè)方面:監(jiān)視所負(fù)責(zé)空域內(nèi)的飛行活動(dòng)、飛行沖突解脫、與鄰近扇區(qū)管制員協(xié)調(diào)接收/移交飛機(jī)。在動(dòng)態(tài)空域管理新舊空域的過渡轉(zhuǎn)換過程中，管制員不僅要完成以上3種管制任務(wù)，還要在較短時(shí)間內(nèi)熟悉新生成分配空域的情況，如本扇區(qū)和鄰近扇區(qū)的通信頻率、扇區(qū)結(jié)構(gòu)、空域地理位置信息等，并接收/移交新增加和丟失空域內(nèi)的飛機(jī)。這種情況下，管制員工作負(fù)荷就有一個(gè)暫時(shí)性的增加過程。管制員承受較大的工作負(fù)荷，其管制效率和管制靈活性難免會(huì)受到影響，給飛行安全帶來隱患。文獻(xiàn)［11］進(jìn)行的一項(xiàng)模擬試驗(yàn)表明，在扇區(qū)調(diào)整過程中，管制員整體工作負(fù)荷相對(duì)調(diào)整前增加了16.9%;扇區(qū)調(diào)整完成后，平均工作負(fù)荷相對(duì)調(diào)整前增加了12.7%。

現(xiàn)代空中交通管理依然以人作為決策主體，管制員提供空中交通管制服務(wù)來保證飛行安全和效率。管制員工作負(fù)荷也是空管人的因素研究的主要方面，合理適度的工作負(fù)荷對(duì)保證空管系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。動(dòng)態(tài)空域管理中，對(duì)空域結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整也是一種管制員工作負(fù)荷的管理方法，但二者之間的作用機(jī)制尚不明確。如何尋找影響管制員工作負(fù)荷的相關(guān)因素以及確定主要的影響因素目前仍是一個(gè)研究難點(diǎn)。［12 －13］

3.2 空域結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的管制操作困難問題

空域劃分的一個(gè)原則是空域結(jié)構(gòu)要適合于管制員進(jìn)行管制操作并能較好的適應(yīng)空中交通流量。良好穩(wěn)定的空域結(jié)構(gòu)有助于管制員建立和維持良好的情景意識(shí)以安全高效地完成管制任務(wù)。動(dòng)態(tài)空域管理能較好地解決空域使用與流量需求之間的關(guān)系，但是受到空域優(yōu)化劃分算法不完善性的制約，生成的空域結(jié)構(gòu)尚不能全面顧及實(shí)際的管制情況。非理想的空域結(jié)構(gòu)能給實(shí)際的管制活動(dòng)帶來諸多操作困難。

圖2 交通流匯聚問題示意圖

匯流操作是空中交通管制中的一項(xiàng)重要工作，空域設(shè)計(jì)要充分考慮扇區(qū)邊界與匯流點(diǎn)之間的位置關(guān)系［14］。圖2給出了空域結(jié)構(gòu)調(diào)整可能對(duì)匯流操作帶來的困難。空域調(diào)整前，扇區(qū)之間的協(xié)調(diào)工作只在扇區(qū)1和扇區(qū)2之間進(jìn)行;調(diào)整后，兩股交通流分別通過扇區(qū)3'和扇區(qū)4'，匯流操作要通過扇區(qū)2'與扇區(qū)3'、4'相互協(xié)調(diào)才能完成，這樣不僅增加了管制難度，還增加了管制員協(xié)調(diào)工作量。

圖3給出了一種狹長(zhǎng)型空域結(jié)構(gòu)(扇區(qū)1)。當(dāng)交通流沿扇區(qū)短軸方向通過時(shí)，飛機(jī)在該扇區(qū)內(nèi)停留時(shí)間過短，管制員無法及時(shí)向下一扇區(qū)完成交接操作造成操作失誤。扇區(qū)形狀的凸多邊形性質(zhì)通常被認(rèn)為是扇區(qū)結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)良性質(zhì)。圖4中所示的非凸多邊形扇區(qū)結(jié)構(gòu)(扇區(qū)3)可能會(huì)造成一架飛機(jī)多次進(jìn)入同一扇區(qū)的情況。

圖3 狹長(zhǎng)型扇區(qū)結(jié)構(gòu)

圖4 非凸多邊形扇區(qū)結(jié)構(gòu)

3.3 空域優(yōu)化劃分的觸發(fā)機(jī)制問題

空中交通管制是一項(xiàng)對(duì)專業(yè)化程度要求很高的工作，管制員在進(jìn)入實(shí)際管制工作之前要經(jīng)過充分的專業(yè)化培訓(xùn)。當(dāng)前的動(dòng)態(tài)空域管理實(shí)踐主要是根據(jù)空中交通在不同時(shí)段的繁忙程度對(duì)管制員所熟悉的空域進(jìn)行拆分合并以保證管制員工作負(fù)荷維持在合理范圍內(nèi)，同時(shí)達(dá)到優(yōu)化管制員資源配置的目的?？沼蚬芾淼膭?dòng)態(tài)特性主要體現(xiàn)在不同時(shí)段扇區(qū)數(shù)目的差異上。這個(gè)過程中，人仍然起著主體決策作用。

空域優(yōu)化劃分的觸發(fā)機(jī)制主要包括3個(gè)方面的問題:空域重新劃分的條件依據(jù)、如何選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)對(duì)空域進(jìn)行重新劃分以及空域邊界調(diào)整的頻率。文獻(xiàn)［15］嘗試性地從空域重新劃分的成本方面探討動(dòng)態(tài)空域管理的觸發(fā)條件。文獻(xiàn)［10］則指出，過早地對(duì)空域進(jìn)行重新劃分會(huì)造成資源浪費(fèi);在空中交通繁忙時(shí)段對(duì)空域進(jìn)行重新劃分會(huì)對(duì)管制員安全高效處理空中交通的能力產(chǎn)生負(fù)面影響。空域優(yōu)化劃分的觸發(fā)機(jī)制應(yīng)更多地考量空域的劃分成本、新舊空域過渡轉(zhuǎn)換過程中的管制員工作負(fù)荷增加問題以及管制員對(duì)變化的空域結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力問題。

4 問題的進(jìn)一步總結(jié)

空中交通管制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的人－機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)行的空中交通管理模式依然以管制員作為管制主體通過地面管制來保證飛行活動(dòng)的安全有序進(jìn)行。在現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件下，管制員作為空中交通管制主體的地位在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將繼續(xù)保持。動(dòng)態(tài)空域?yàn)閼?yīng)對(duì)未來的交通流量增長(zhǎng)提供了一個(gè)可行的解決方案，但也凸顯出了一些安全問題，主要體現(xiàn)在如何發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性適應(yīng)變化的空域結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的交通形勢(shì)上，在一定程度上表現(xiàn)為如何有效地管理空域調(diào)整整個(gè)過程中的管制員工作負(fù)荷問題。相關(guān)安全性問題的解決有賴于自動(dòng)化設(shè)備(自動(dòng)化沖突探測(cè)設(shè)備、自動(dòng)化沖突解脫決策支持設(shè)備及自動(dòng)化的管制移交設(shè)備等)在空中交通管理中的使用以及制定合理完善有效的空域結(jié)構(gòu)調(diào)整過度程序。

5 結(jié)語

動(dòng)態(tài)空域管理作為一種新的流量和空域管理理念，一方面為空中交通流量與空域使用的適應(yīng)問題提供了一種解決方案;另一方面提高了空域管理的動(dòng)態(tài)特性，給當(dāng)前高度程序化的管制操作帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。對(duì)其中相關(guān)安全性問題的研究有助于更好的保障動(dòng)態(tài)空域管理理念的運(yùn)用實(shí)施。本文首先介紹了動(dòng)態(tài)空域管理的基本概念，然后對(duì)靜態(tài)空域結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)空域結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較，著重從管制員工作負(fù)荷、管制操作困難及空域劃分觸發(fā)機(jī)制3個(gè)方面探討研究了動(dòng)態(tài)空域管理的相關(guān)安全性問題。

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