数据通信支持的空域资源配置模型与机制

Facing the problems between the air traffic demand and airspace utilization, it’s a challenging research topic to optimize airspace configuration in the field between geography and airspace. The project is to create a set of collaborative model and time alternative mechanisms supported by data communication. The project will enrich the connotation of principle of space and time alternative in order to promote the study of the interaction between time and space under the social network. It will support the national flexible airspace management (FAM), releasing airspace capacity and improving the utilization of airspace to reduce flight delays and airspace changes. The project creates airspace-predicting, planning and collaborative decision-making model and reveals three mechanisms: dynamic mechanism – from dynamic airspace configuration (DAC) to dynamic airspace sectorization (DAS) and then shift to 3D-DAS and 4D-DAS;division and evaluation mechanism – in condition of risky weather (RW) by using real-time data input and routes output to get the ranks of the routs in the buffer areas; interaction mechanism – cross-border management and real-time information- interaction between countries and authorities. The results not only open up a completely new airspace research field of geography, also lead the world in making full use of airspace research and replace the existing national airspace configuration and management which rely on human and non-dynamic basic form.

针对空中交通需求与空域资源利用的矛盾，优化空域资源配置成为空域科学与地理科学交叉领域里的一个挑战性课题。本项目研究目的是：创建一组数据通信支持的空域资源配置协同作用模型和时间替代机制，丰富时空替代原理的内涵、推进网络社会时空相互作用研究，为实现国家灵活空域管理（FAM）、释放空域容量和提高空域利用率、减少航班延误和航线更改提供理论依据。本项目拟创新性地构建优化的空域资源预测、规划和协同作用模型，揭示如下作用机制：动态机制——从动态空域配置（DAC）到动态空域分区（DAS）再向3D-DAS转变和4D-DAS创新；划分评价机制——危险天气（RW）条件下以实时数据输入和航线输出划分缓冲区内航线等级；交互机制——空中交通事故信息跨区域/跨部门实时集聚与互动。研究结果将开辟新的地理学空域研究，推动我国空域资源充分利用走向世界先进水平，加速改进现有国家空域配置与管理的人工依靠和非动态基本形式。

2017年3月全国人大十二届五次会议《政府工作报告》中特别提到优化空域资源配置，在这一背景下本项目构建了一组由数据通信驱动的充分空域资源配置协同作用模型和时间替代空间机制。本项目已发表论文17篇，其中SCI检索论文2篇、核心期刊论文15篇。主要研究内容包括认识论体系、理论体系、方法论体系和应用体系四个研究领域。认识论体系有：地理网络空间组成关系的新变化研究、时空连续数据支持下的空域资源配置研究；理论体系有：灵活空域使用的设计方法与应用研究、多机场系统终端空域航空流动态分析研究；方法论体系有：中国空中廊道划设与时空拥堵识别研究、机场终端空域航空流量热区云图模型研究、个体移动轨迹—滑动窗口方法与航空流异常变化识别研究、多机场系统航空流运行结构研究、城市区域（超）低空空域无人机活动通道划设规则与方法研究；应用体系有：空中廊道系统延误弹性测算研究、枢纽机场时间延误成本估算研究、空难暴露人群心理应激机制分析研究、航线网络碳排放模型及外部性要素分析研究、航线网络模式空间效益比较研究、航线碳排放环境损害评估研究。取得的重要结果有：拥堵时段呈现为全天多峰“波浪型”分散分布及高峰后端集聚的结构特征，拥堵区段整体呈现为不平衡覆盖和交汇节点集中分布的结构特征；空中廊道整体呈现出中心航迹延误累积-外围航迹延误恢复的动态过程，大密度流量汇聚成为延误叠加累积的主要原因；多机场系统中心航迹偏少且流向域面较窄、航迹簇流量模式和航迹管交叉空域持续集中时间较长且可变性较小、航迹拥堵相出现频率更高；枢纽机场间（航线）以及枢纽机场与非枢纽机场之间（航线）时间延误总成本的差异深受航线属性所影响，其根本又在于航空地理市场（机型配置）需求以及空中廊道参与机场位置。在思想方法上，体现了充分空域资源配置影响要素的结构性革命：时间对空间的替代；在技术上，开发新的4D时空图方法是创新性的；在学科上，开拓了地理科学与空域科学的交叉研究。