帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)空域利用率模型

摘 要：危險(xiǎn)天氣是影響航空安全和造成航班延誤的重要因素，對(duì)終端區(qū)運(yùn)行有顯著影響。為了衡量危險(xiǎn)天氣下終端區(qū)空域的使用情況，計(jì)算危險(xiǎn)天氣下的終端區(qū)空域利用率，本文針對(duì)帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域，分析帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域?qū)τ诤娇掌鬟\(yùn)行的影響，根據(jù)帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域的特點(diǎn)，基于航空器對(duì)于終端區(qū)空域資源時(shí)空占用的特性，從航空器的運(yùn)行軌跡角度出發(fā)，建立帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)空域利用率模型。選取國(guó)內(nèi)某終端區(qū)，在其受帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域影響時(shí)，評(píng)估其小時(shí)利用率。研究表明：模型計(jì)算所得利用率符合實(shí)際情況，可以體現(xiàn)帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域?qū)τ诮K端區(qū)空域利用率的影響。

關(guān)鍵詞：航空安全;航班延誤;危險(xiǎn)天氣;終端區(qū);空域利用率

中圖分類號(hào)：V355.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

航空危險(xiǎn)天氣一直以來都是影響飛行安全和造成航班延誤的主要原因，對(duì)于終端區(qū)的影響更為明顯。在航空業(yè)迅猛發(fā)展的今天，要解決以上的問題，首先要做的就是合理的評(píng)價(jià)危險(xiǎn)天氣下的空域利用率。目前對(duì)于的空域利用率研究基本都以正常天氣狀況作為前提條件。在國(guó)外，Craig. R. W 等通過時(shí)段流量與瞬時(shí)最大流量之比評(píng)估短時(shí)扇區(qū)利用率[1];MinXue采用“時(shí)空?qǐng)D”理論來分析空中走廊的利用率[2];S.S.KAPIL等從瞬時(shí)占用率和空間占用率角度評(píng)估了空中高速路利用率[3];Z.N.ZAHNG等從時(shí)間、空間、容量量化空域利用率，建立模型[4]。在國(guó)內(nèi)，施和平用實(shí)際被利用的空域與容許利用的空間之比表示空域利用率[5];張波從時(shí)間、空間、容量三個(gè)方面建立指標(biāo)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算中長(zhǎng)期空域利用率[6];王萍等在灰色關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)上，采用主成分分析法計(jì)算各年的空域利用率[7];李印鳳等通過層次權(quán)重決策分析評(píng)價(jià)終端區(qū)利用率等級(jí)[8];王鵬鵬等將改進(jìn)的灰色關(guān)絕對(duì)聯(lián)度與主成分分析法結(jié)合，建立了終端區(qū)利用率模型[9];曹悅琪、樸春子等分別針對(duì)航路、終端區(qū)建立了短時(shí)利用率模型[10-11];陳蔚波等基于熵值法評(píng)估了終端區(qū)空域利用率[12]。

考慮到以往空域利用率的研究缺少危險(xiǎn)天氣因素的影響，本文針對(duì)帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域，當(dāng)終端區(qū)空域受其影響時(shí)，根據(jù)帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域的特點(diǎn)，基于航空器對(duì)于終端區(qū)空域資源時(shí)空占用的特性，從航空器的運(yùn)行軌跡角度出發(fā)，建立帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)空域利用率。

1 模型的建立

1.1 帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域

終端區(qū)內(nèi)的帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域指沿航線兩側(cè)呈狹長(zhǎng)帶狀分布的單個(gè)危險(xiǎn)天氣區(qū)域或多個(gè)小尺度危險(xiǎn)天氣區(qū)域，幾乎覆蓋整段航線，影響的航線定位點(diǎn)為4～5個(gè)。

1.2 問題描述

當(dāng)終端區(qū)內(nèi)出現(xiàn)帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域時(shí)，如果對(duì)計(jì)劃航線產(chǎn)生了影響，考慮到其覆蓋整段航線、影響航線定位點(diǎn)多的特點(diǎn)，飛機(jī)將不會(huì)選擇受影響航線周圍進(jìn)行繞飛，一般會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選擇新的航線或者返航備降。每一架航空器在飛行時(shí)都占據(jù)著一定的空間，而其他的航空器無法在同一時(shí)刻使用這一空間，終端區(qū)內(nèi)航空器占用的空間會(huì)根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)的變化而改變，因此終端區(qū)空域的利用情況可以通過航空器對(duì)空域資源的占用來表示，本文基于終端區(qū)空域在時(shí)間上的可重復(fù)利用性，從航空器在空間、時(shí)間上對(duì)終端區(qū)空域資源的占用角度，分析帶狀危險(xiǎn)天氣下的航空器的實(shí)際使用空間、可用空間，建立帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)空域利用率模型。

1.3 帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)空域利用率計(jì)算模型

1.3.1 帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的利用空間

要分析帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下終端區(qū)內(nèi)航空器對(duì)空域的占用情況，需要得到終端區(qū)內(nèi)航空器的航跡，本文通過ADS-B數(shù)據(jù)來獲取航空器的運(yùn)行軌跡。ADS-B數(shù)據(jù)主要包括航班號(hào)、SSRCODE、日期（年月日）、時(shí)間（時(shí)分秒）、經(jīng)度（度）、緯度（度）、高度（英尺）、地速（節(jié)）和航向（度）等信息，想要得到飛行軌跡，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理：確定空間范圍、確定時(shí)間范圍、劃分航班、獲取航跡。

2 算例分析

選取國(guó)內(nèi)某國(guó)際機(jī)場(chǎng)終端區(qū)作為研究對(duì)象，通過ADS-B設(shè)備采集了處于帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)一個(gè)小時(shí)的航空器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行算例分析。根據(jù)上文步驟對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由在一定時(shí)間內(nèi)終端區(qū)的進(jìn)離場(chǎng)以及飛越航空器的運(yùn)行幾乎會(huì)覆蓋所有高度，所以可以將三維飛行軌跡轉(zhuǎn)化到二維平面上，將平面網(wǎng)格化處理，這樣既可以直觀看出航空器的占用空間，又可以通過航空器軌跡對(duì)網(wǎng)格的占用情況確定航空器實(shí)際利用的空間，劃分好相同航班數(shù)據(jù)后，利用matlab中的程序繪制1小時(shí)內(nèi)終端區(qū)所有航空器運(yùn)行的二維軌跡圖，如下圖所示：

終端區(qū)空域內(nèi)所有航空器的二維航跡圖

由圖可知，航空器軌跡占據(jù)的網(wǎng)格數(shù)為133，在未受影響時(shí)，終端區(qū)空域的可用空間占據(jù)網(wǎng)格數(shù)為300。利用上述方法，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，可得一小時(shí)內(nèi)帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域的平均占用空間為35，可得帶狀危險(xiǎn)天氣下的終端區(qū)空域的可用空間占據(jù)網(wǎng)格數(shù)為265。綜上，利用率即為占用網(wǎng)格數(shù)與可用網(wǎng)格數(shù)之比，計(jì)算結(jié)果為50.19%，得出帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)空域1小時(shí)的綜合利用率為50.19%。

3 結(jié)語

本文提出了在帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域影響下計(jì)算終端區(qū)空域利用率的方法，填補(bǔ)了以往空域利用率研究缺少對(duì)于危險(xiǎn)天氣考慮的空缺?；诤娇掌鲗?duì)于終端區(qū)空域資源時(shí)空占用的特性，從航空器的運(yùn)行軌跡角度出發(fā)，建立帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)空域利用率。最后通過算例分析，計(jì)算了帶狀危險(xiǎn)天氣區(qū)域下的終端區(qū)空域1小時(shí)的綜合利用率。以后會(huì)考慮考慮更多影響因素建立模型。

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作者簡(jiǎn)介：徐子航（1994-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向?yàn)榭罩薪煌ㄟ\(yùn)輸規(guī)劃與管理。