终端空域规划若干关键问题研究

随着航空运输业的迅猛发展，空中交通流量不断增加，科学合理地使用有限的空域资源以满足日益增长的空中交通需求是空域管理者和研究者面临的紧迫问题。终端空域是整个空中交通的枢纽，面临的交通需求矛盾更加突出。先进的空域规划理论和模型是解决终端空域资源和管制资源有效配置的重要理论。该理论的研究对保障飞行安全、减轻管制员工作负荷、理顺空中交通流量意义重大。在样本局部数据异样条件下清洗数据以获取准确的预测结果，在进离场航路分离管制条件下依据扇区规划的原则建立三维进离场功能性扇区规划模型，在空域飞行流量时变条件下挖掘出合理的每日扇区时间和空间动态分布规则，建立改进的可拓评价模型以评估空域规划方案是终端空域规划研究亟待解决的关键性问题。解决这些问题，对促进空域规划理论研究的发展和完善具有重要的学术意义，并将有助于我国民航管理部门合理分配和使用终端空域资源和空中交通管制资源，因此也具有重要应用前景。

本课题围绕终端空域规划研究亟待解决的四个关键性科学问题进行了研究：在样本局部数据异样条件下清洗数据以获取准确的预测结果，在进离场航路分离管制条件下依据扇区规划的原则建立三维进离场功能性扇区规划模型，在空域飞行流量时变条件下挖掘出合理的每日扇区时间和空间动态分布规则，建立改进的可拓评价模型以评估空域规划方案。首先，本课题针对空中交通流量受到短期复杂随机因素的干扰，雷达样本预测数据会出现局部数据异样的问题，提出了基于神经网络集成的终端空域短期预测，从预测的数据着手，通过建立智能的数据聚类和自适应的神经网络集成预测模型，在清除部分异样数据的基础上，获取准确的交通流预测结果。其次，本课题基于空域扇区规划的基本原则提出了进离场分离管制条件下的功能性扇区规划模型，有效实施终端空域扇区的功能性定量规划。再次，动态扇区规划是为保证管制员安全管制，在飞行流量变化条件下对扇区结构进行的动态调整方法。该规划方法具有提高空域资源和管制资源利用效率的优势。但是，以往规划多采用依赖专家经验的模糊逻辑等方法，使得规划存在不确定性。因此，本研究以相关管制规则为指导，在空域容量约束下，通过对空域运行的历史数据挖掘，获取动态扇区规划的规则，并建立日飞行流量变化条件下的动态扇区规划模型。最后，以往的空域规划方案评估多采用专家定性方法获取规划结果，可拓综合评价模型是一种定性和定量相结合的综合评价模型，它的最大优点在于能够较好地将专家定性的思维过程转化为定量的数学描述，从而提高评估的准确性。但是，该模型某些评价指标数据常常超出节域，使评价模型的使用存在局限。因此，本课题在考虑专家定性评价的基础上，借鉴灰色关联分析的分辨系数设定，建立了改进的可拓安全管制评价模型。本课题部分理论和方法已在上海终端管制中心以及国家空管委相关研究中得以运用，取得了良好的应用效果，相关成果获得了中国航空学会科技进步奖励。该研究对保障飞行安全、减轻管制员工作负荷、理顺空中交通流量意义重大。