摘要：簡(jiǎn)單介紹了我國(guó)民航發(fā)展的趨勢(shì)，分析了劃分扇區(qū)的實(shí)際意義，從原則與基本方法兩個(gè)方面闡述了扇區(qū)劃分理論。進(jìn)一步介紹了扇區(qū)優(yōu)化的基本方法及其意義。最后，總結(jié)了未來(lái)民航扇區(qū)劃分及優(yōu)化方面研究的方向與趨勢(shì)。適合對(duì)民航相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)較為薄弱的讀者參考使用。

關(guān)鍵詞：管制空域扇區(qū)劃分；扇區(qū)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：V355文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-4428（2019）03-0020-02

一、 引言

近幾十年來(lái)，我國(guó)航空航天事業(yè)得到了飛速的發(fā)展。隨著人民生活水平不斷提高，人們?cè)诔鲂械臅r(shí)候不再單一地考慮經(jīng)濟(jì)成本，而是追求時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本的最大性價(jià)比。人們對(duì)客航與貨航的需求日益增加，有限空域資源與交通需求之間的矛盾日益突出。越來(lái)越多的飛行器在空域中運(yùn)行，導(dǎo)致在某些流量高峰期空域中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)管制員超負(fù)荷工作的情況。為了保證民航運(yùn)輸安全、高效、經(jīng)濟(jì)的原則，空管部門常常將管制空域劃分為若干個(gè)管制扇區(qū)，并為每個(gè)扇區(qū)設(shè)置相應(yīng)的管制席位，各個(gè)扇區(qū)之間相互協(xié)作又保持相對(duì)獨(dú)立，共同提供對(duì)空域的管制服務(wù)。通過(guò)劃分扇區(qū)的方法不僅可以提高空域的整體容量，使之滿足與飛行流量的匹配，同時(shí)可以減輕管制員工作負(fù)荷、緩解空中交通壓力、保證空中交通安全暢通。進(jìn)一步考慮扇區(qū)劃分的優(yōu)化方法，以保證扇區(qū)劃分方案的科學(xué)性、合理性。所以，針對(duì)民航管制空域扇區(qū)劃分及其優(yōu)化方法的研究具有重要的意義。

二、 扇區(qū)劃分的原則與基本方法

扇區(qū)是相關(guān)空管部門將其負(fù)責(zé)管制的空域經(jīng)有限劃分后的一個(gè)個(gè)小的管制空域單元。相應(yīng)扇區(qū)管制席位上的管制員，負(fù)責(zé)集中精力提供本扇區(qū)的管制服務(wù)。扇區(qū)劃分方案關(guān)系著管制工作的具體實(shí)施，也是空域結(jié)構(gòu)科學(xué)合理與否的體現(xiàn)之一。扇區(qū)的劃分需要遵循一些基本原則、滿足特定的約束。接下來(lái)從扇區(qū)劃分的原則與基本方法兩個(gè)方面做出闡述。

（一）扇區(qū)劃分的原則

1. 劃設(shè)管制區(qū)扇區(qū)時(shí)，要考慮通訊、導(dǎo)航、監(jiān)視設(shè)備。具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①管制服務(wù)依賴于管制員與飛行員的陸空通話，所以劃分扇區(qū)時(shí)需考慮到雷達(dá)信號(hào)覆蓋的水平與高度范圍，保證所設(shè)區(qū)域內(nèi)通話信號(hào)良好；②由于管制空域內(nèi)航空器較多，通信頻道數(shù)目有限，所以需考慮區(qū)域內(nèi)通信頻道的占用度，盡可能做到通信頻道的均勻分配；③相關(guān)導(dǎo)航設(shè)備（如VOR、NDB）的數(shù)量、種類及其安裝位置將直接決定航空器導(dǎo)航的精度，精度越高的區(qū)域需要管制員的人為操作就越少，其工作負(fù)荷就相對(duì)較輕。

2. 劃設(shè)扇區(qū)應(yīng)考慮扇內(nèi)航空器的機(jī)型與飛行性能（航速）。對(duì)于中重型或速度較大的航空器，處理其已有或者潛在的飛行沖突較為緊急，所以應(yīng)為其配備較大的扇區(qū)范圍，保證管制員擁有充裕的處理時(shí)間；反之，對(duì)于輕型或速度較小的航空器，管制扇區(qū)的范圍可合適地緊湊規(guī)劃。

3. 劃分扇區(qū)時(shí)要注意管制員注意力的分配與工作負(fù)荷情況。管制扇區(qū)的劃設(shè)應(yīng)有利于管制員將注意力集中于本扇區(qū)的所有飛行活動(dòng)上，使之保持良好的情景意識(shí)。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)所劃扇區(qū)的結(jié)構(gòu)特征、轄區(qū)內(nèi)航空器類型、管制員的管制水平等因素，規(guī)定管制扇區(qū)內(nèi)的航空器閾值。某些高峰流量時(shí)刻航空器數(shù)目超過(guò)所設(shè)閾值，則應(yīng)考慮對(duì)現(xiàn)有扇區(qū)劃分方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證管制員負(fù)荷合理。

4. 管制扇區(qū)的劃分原則上應(yīng)保證其連續(xù)性，不可出現(xiàn)界限重疊或者跳躍的情況。在實(shí)際管制和飛行過(guò)程中，飛行員在任意位置都應(yīng)保證受不大于一個(gè)的管制員提供的管制服務(wù)，以確保飛行的安全性。

（二）扇區(qū)劃分的基本方法

1. 二維空域劃分。對(duì)目標(biāo)空域做幾何二維的平面拓?fù)?，以樞紐機(jī)場(chǎng)、航路航線交叉點(diǎn)或重要導(dǎo)航設(shè)備為中心點(diǎn)，綜合考慮其周圍的飛行流量分布特點(diǎn)，劃設(shè)相應(yīng)數(shù)量的管制扇區(qū)，使得每個(gè)扇區(qū)的操作難度與管制工作量大致平衡；

2. 三維空域劃分。以高度作為劃設(shè)扇區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，主要考慮航空器不同飛行狀態(tài)下運(yùn)行的高度范圍，并以此為依據(jù)選取高度分界值，在此值附近設(shè)定扇區(qū)的高度范圍以及上下限；

3. 功能性扇區(qū)劃分。以航路航線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度均衡為原則。該方法選定固定通航流量較大的幾條航線，將這些航線均勻地分配到相鄰的不同扇區(qū)，避免同一扇區(qū)內(nèi)出現(xiàn)管制工作過(guò)度復(fù)雜的情況，使管制員能夠集中處理本扇區(qū)內(nèi)重要航線上的飛行沖突。

在繁忙管制空域中，較大的飛行流量將會(huì)帶來(lái)大量的管制負(fù)荷。通過(guò)對(duì)管制空域進(jìn)行扇區(qū)的劃分，可以有效地分配管制員負(fù)荷，保證管制員處于良好的壓力環(huán)境，提供優(yōu)質(zhì)的管制服務(wù)。

三、 扇區(qū)優(yōu)化的方法及意義

扇區(qū)優(yōu)化方法總體分為兩大類：空域扇區(qū)的靜態(tài)優(yōu)化、空域扇區(qū)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。扇區(qū)的靜態(tài)優(yōu)化大多針對(duì)固定航路航線網(wǎng)絡(luò)或某一特定時(shí)間段內(nèi)管制空域的扇區(qū)劃分問(wèn)題，從優(yōu)化目標(biāo)不同的角度而言，大致分為基于管制員負(fù)荷的扇區(qū)優(yōu)化與基于空中交通復(fù)雜度的扇區(qū)優(yōu)化；扇區(qū)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化則需進(jìn)一步考慮基于空域結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)態(tài)調(diào)整與基于時(shí)間的飛行流量動(dòng)態(tài)變化。接下來(lái)重點(diǎn)介紹空域扇區(qū)靜態(tài)優(yōu)化的方法。

（一）基于管制員工作負(fù)荷的扇區(qū)優(yōu)化

管制空域中有很多因素會(huì)直接或間接地影響到管制員的管制工作，對(duì)管制員造成客觀與主觀上的工作難度。統(tǒng)計(jì)并量化管制空域內(nèi)管制員的工作負(fù)荷，以均衡量化后的管制員工作負(fù)荷為目標(biāo)，提出相應(yīng)優(yōu)化的扇區(qū)劃分方案。該方法主要分以下幾個(gè)大的步驟：

1. 評(píng)估管制員工作負(fù)荷。普遍統(tǒng)計(jì)管制員工作負(fù)荷的定義是：管制員為滿足客觀任務(wù)需求需要承受身體以及精神上的壓力，而這些壓力可以轉(zhuǎn)化為在時(shí)間上的消耗，而管制員工作負(fù)荷的大小就表征為管制員完成相應(yīng)工作所消耗的時(shí)間。通過(guò)統(tǒng)計(jì)所給定時(shí)間段內(nèi)的各種管制指令負(fù)荷以及操作進(jìn)程單的時(shí)間消耗，求和就可以得到在相應(yīng)空域內(nèi)的總工作負(fù)荷（單位：秒）。

2. 計(jì)算扇區(qū)數(shù)量。根據(jù)DORATASK方法可知，管制員的工作負(fù)荷應(yīng)當(dāng)小于統(tǒng)計(jì)時(shí)間的80%，且90%的工作負(fù)荷不得超過(guò)總時(shí)間的2.5%。

3. 建立扇區(qū)優(yōu)化模型以及約束條件。較為常用的方法是通過(guò)空域內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)（導(dǎo)航臺(tái)、航路交叉點(diǎn)）為生成元，對(duì)管制空域進(jìn)行平面二維的拓?fù)洌纬捎邢拊指?，生成一定?shù)量的扇區(qū)單元，通過(guò)一定的優(yōu)化算法有序地排列這些單元，最終組成預(yù)期數(shù)量的扇區(qū)，輸出扇區(qū)劃分的邊界。生成的扇區(qū)劃分方案需要滿足諸多的約束條件，如：①凸約束：避免扇區(qū)邊界呈鋸齒狀，保證航空器沿航線行進(jìn)過(guò)程進(jìn)入或離開(kāi)某一扇區(qū)的次數(shù)小于等于1。②最小距離約束：扇區(qū)邊界和航路航線交叉點(diǎn)要保持一定的距離，以保證管制員有足夠的時(shí)間來(lái)處理交叉點(diǎn)處可能出現(xiàn)的飛行沖突，保證管制移交工作的順利。③連續(xù)性約束：一般情況下扇區(qū)在空間上必須連續(xù)，不允許出現(xiàn)空間上的間斷與跳躍。

此方法的缺點(diǎn)在于管制員的工作負(fù)荷具有較強(qiáng)的主觀性，以管制指令耗時(shí)的統(tǒng)計(jì)量無(wú)法全面客觀地反映出空中交通的復(fù)雜性。

（二）基于空中交通復(fù)雜度的扇區(qū)優(yōu)化

空中交通復(fù)雜性，是對(duì)管制員所要處理的管制空域的復(fù)雜程度的客觀描述。許多因素會(huì)客觀地影響空域的復(fù)雜程度，如：航空器數(shù)量、交通密度、間隔標(biāo)準(zhǔn)、航空器航速、飛行流量、高度變化、航向變化和天氣因素等等。大致可以把這些影響因素分為兩類：空域結(jié)構(gòu)因素和飛行態(tài)勢(shì)因素?？罩薪煌◤?fù)雜度，即是空中交通復(fù)雜性具體量化的結(jié)果。由于影響空中交通復(fù)雜性的因素眾多，根據(jù)具體規(guī)劃空域的實(shí)際情況，提取關(guān)鍵影響因素十分重要，通常采取專家調(diào)研問(wèn)卷的方式獲得。而對(duì)于影響因素的具體量化方法各不相同，目前也沒(méi)有統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn)?？罩薪煌◤?fù)雜度也可以量化一個(gè)扇區(qū)的繁忙程度，而且相對(duì)于管制員的工作負(fù)荷，由于考慮問(wèn)題的角度不同，擯棄了管制員工作負(fù)荷的主觀性，因此以空中交通復(fù)雜度為依據(jù)的扇區(qū)繁忙程度的量化更加客觀，也更具有針對(duì)性。

需要指出的是，基于空中交通復(fù)雜度的扇區(qū)優(yōu)化與基于管制員負(fù)荷的扇區(qū)優(yōu)化主要區(qū)別在于優(yōu)化扇區(qū)的目標(biāo)不同，對(duì)扇區(qū)繁忙程度量化的出發(fā)點(diǎn)不一樣，而在進(jìn)行管制空域扇區(qū)單元的分割以及通過(guò)多種算法尋求最優(yōu)扇區(qū)劃分方案，輸出相應(yīng)扇區(qū)邊界的步驟上具有同一性。

扇區(qū)優(yōu)化方法對(duì)于保證扇區(qū)劃分方案的科學(xué)性、合理性有著重大的意義。科學(xué)合理的管制扇區(qū)劃設(shè)有利于管制工作的實(shí)施，保證管制員形成良好的情景意識(shí)，提供優(yōu)質(zhì)的管制服務(wù)，對(duì)保證民用航空運(yùn)輸安全、有效、經(jīng)濟(jì)有著重要的意義。

四、 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單介紹了民航管制空域扇區(qū)劃分的原則與基本方法，從理論的角度重點(diǎn)介紹了靜態(tài)扇區(qū)優(yōu)化方法及其意義。在未來(lái)扇區(qū)優(yōu)化相關(guān)研究當(dāng)中，基于空域信息的動(dòng)態(tài)扇區(qū)劃分代表著新的趨勢(shì)。隨著航班量的增加，空域內(nèi)飛行流量將會(huì)進(jìn)一步提升，在未來(lái)新技術(shù)的突破下，基于增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度將會(huì)進(jìn)一步提升，屆時(shí)，在考慮管制空域扇區(qū)優(yōu)化的時(shí)候，可不再拘泥于扇區(qū)邊界的動(dòng)態(tài)調(diào)整，而應(yīng)結(jié)合航路航線結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使得空域結(jié)構(gòu)優(yōu)化從固定航路航線結(jié)構(gòu)的剛性優(yōu)化方式向柔性轉(zhuǎn)變，達(dá)到空域靈活使用、提升空域容量、保證飛行安全的目的。

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作者簡(jiǎn)介：

陳耘路，男，中國(guó)民用航空飛行學(xué)院，空中交通管理學(xué)院。