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应对空中交通管理服务突发事件的航空器动态接管方法

杨越 马博凯 颜晨阳

杨越, 马博凯, 颜晨阳. 应对空中交通管理服务突发事件的航空器动态接管方法[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(3): 41-47. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.03.005
引用本文: 杨越, 马博凯, 颜晨阳. 应对空中交通管理服务突发事件的航空器动态接管方法[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(3): 41-47. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.03.005
YANG Yue, MA Bokai, YAN Chenyang. A Dynamic Takeover Method for Aircrafts in Emergency Response of Air Traffic Management Service[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(3): 41-47. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.03.005
Citation: YANG Yue, MA Bokai, YAN Chenyang. A Dynamic Takeover Method for Aircrafts in Emergency Response of Air Traffic Management Service[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(3): 41-47. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.03.005

应对空中交通管理服务突发事件的航空器动态接管方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.03.005
基金项目: 

国家自然科学基金青年基金项目 52102419

天津市应用基础研究多元投入基金重点项目 21JCZDJC00780

民航华东空管局科技项目 KJ2102

详细信息
    通讯作者:

    杨越(1984—),博士,讲师. 研究方向:空管运行中的人为因素. E-mail: yueyang0124@126.com

  • 中图分类号: V355.1

A Dynamic Takeover Method for Aircrafts in Emergency Response of Air Traffic Management Service

  • 摘要: 应对空中交通服务突发事件的航空器接管方案是我国空管应急体系的重要内容,现行方式由相邻管制扇区独立接管失能扇区中的全部航空器,在一定程度上加剧了接管扇区管制员的工作负荷,容易产生安全风险。考虑接管中航空器的有效通讯范围,以及管制员工作负荷水平与航空器疏散时间的共同影响,制定了以接管失能扇区中航空器的总代价最小为目标、管制员负荷增量上限为约束条件的动态接管方案。将航空器视为飞行状态网络中的节点,在三维空间中建立空域失能瞬间的动态接管模型;基于MATLAB构建终端区失能瞬间的仿真空域场景,通过计算代价函数输出接管各航空器的扇区编号;以终端区内的管制员平均负荷和航空器脱离失能扇区的平均时间作为检验指标,对比分析了动态接管方案与现行方案的应用效果。通过仿真发现:该方案与由各扇区独立接管的现行方案相比,尽管少量航空器由于有效通讯范围无法被最优扇区接管,但管制员的平均负荷分别降低了9.8%、12.2%、18.6%;同时,航空器的平均疏散时间减少了56.8%、56.3%、64.0%。动态接管方案既考虑了航空器在紧急事件突发瞬间的位置因素,又满足了管制员负荷增量水平的安全需求,实现了对失能空域内航空器的灵活接管,为空管单位制定更加合理的应急处置策略提供了参考依据。

     

  • 图  1  动态接管方案流程图

    Figure  1.  The algorithm flow chart of dynamic takeover scheme

    图  2  终端区模拟仿真场景

    Figure  2.  Simulation scenario of the terminal area

    表  1  扇区Z中的航空器仿真数据

    Table  1.   Simulation data of aircrafts in sector Z

    航空器编号 速度/(km/h) 高度/m 航向(/°)
    13 318 1 974 188
    15 314 1 894 177
    18 358 2 022 143
    23 335 2 623 329
    25 340 1 701 036
    28 312 2 100 245
    29 318 2 245 050
    30 324 2 174 260
    33 391 1 942 178
    34 395 1 461 281
    36 349 1 389 326
    38 390 1 341 121
    40 311 1 871 072
    41 378 1 622 011
    47 395 1 878 223
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    表  2  失能瞬间的各扇区管制员的工作负荷

    Table  2.   The ATCOs' workload in different sectors at the moment of ATC-Zero

    扇区 工作负荷
    R1 40.684
    R2 54.099
    R3 59.569
    Z 75.144
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    表  3  由相邻扇区接管扇区Z中航空器的代价函数计算结果

    Table  3.   The cost function calculation result of aircrafts in sector Z taken over by the adjacent sectors

    航空器编号 R1扇区接管 R2扇区接管 R3扇区接管
    疏散时间/min 代价函数 疏散时间/min 代价函数 疏散时间/min 代价函数
    13 2.004 5.031 1.446 5.365 14.512 17.482
    15 1.074 4.740 4.526 10.421 11.631 17.556
    18 0.894 3.032 6.172 8.476 8.320 9.387
    23 4.389 5.742 3.862 6.044 8.099 8.682
    25 6.156 10.189 2.141 6.512 9.119 13.277
    28 2.823 4.746 10.370 12.258 4.822 6.852
    29 7.719 10.560 2.534 6.131 8.143 10.832
    30 2.105 8.172 3.413 11.556
    33 2.068 8.841 1.514 9.574
    34 1.589 5.461 1.204 6.254
    36 6.506 2.920 5.106 2.762 4.133 2.318
    38 5.322 8.747 6.728 11.337 2.268 6.259
    40 11.587 8.643 1.680 3.118 5.240 4.961
    41 7.382 9.963 7.701 11.224 0.936 4.537
    47 9.261 8.109 3.738 4.931 1.583 3.476
    求和 70.879 104.896 56.004 88.579 84.937 133.003
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    表  4  不同接管方案的检验指标计算结果

    Table  4.   The calculation result of test indexes by different takeover schemes

    接管方案 接管扇区 接管航空器编号 终端区内扇区管制员平均负荷L 失能扇区航空器平均疏散时间T/min
    R1扇区接管 Z中全部航空器 86.416 4.725
    现行接管方案 R2扇区接管 Z中全部航空器 88.821 4.667
    R3扇区接管 Z中全部航空器 95.785 5.663
    R1扇区接管 15,18,28,30,34
    动态接管方案 R2扇区接管 13,23,25,29,40 77.946 2.039
    R3扇区接管 33,36,38,41,47
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  • 收稿日期:  2022-10-26
  • 网络出版日期:  2023-09-16

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