CN112396871B - 基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法，步骤如下：1）上游管制单位的进场管理***完成航班飞行计划与雷达监测目标相关后，对航班的4D轨迹进行预测，计算得到航班预计过移交点时间或预计过测量点时间；2)下游管制单位的进场管理***对进场航班进行排序，依据降落时间和预计降落时间的差异，计算得到航班延误；3）上游管制单位依据空域单元各方向容量和流量的匹配情况评估下游管制单位和自身吸纳能力。本发明建立上下游管制单位进场管理***间的数据通信与延误吸纳协同规则，在考虑计量误差、管制压力等因素的情况下，使航班延误在上下游管制单位间进行合理的分配，缓解终端区的交通拥堵情况，提升整体运行效率。

Description

基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法
技术领域
本发明属于进场管理技术领域，具体指代一种基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法。
背景技术
航班进场排序策略是空中交通管理的重要组成部分，进场管理***(ArrivalManager,AMAN)用来管理进港航班，通过为管制员提供最优进港航班排序队列，达到减轻繁忙区管、终端/进近以及塔台管制负担、提高安全、降低航空器燃油消耗的目的。***在给出进场排序的同时，也会提供针对受影响航班的管制策略，如加速、减速、机动、等待等建议，使得进港航班符合优化排队的结果。然而，在繁忙管制区域，由于气象等各种不确定因素导致通行能力下降，使得本就相对紧张的跑道、空域资源变得更加稀缺，管制负荷骤增，此时亟需通过多个管制单位间的协调与配合，更优地调节进场交通流，以降低管制负荷急剧增加对单一管制单位的负面影响。国际民航组织(ICAO)在航空***组块升级(ASBU)的B1-15模块：通过离场、场面和进场管理改进机场运行中提出了扩大进场计量范围的方法，将基于时间的进场计量的范围扩充至用于对邻近的航路空域进行计量，从而使相邻ATC当局开展彼此间的协作，更高效地对交通流进行管理和协调，基于此理念，英国Heathrow机场、荷兰Schiphol机场等先后开展了XMAN项目进行验证运行，将计量范围扩展到航路，提前进行延误的吸纳与消耗，减少了航空器在终端区的盘旋与等待，终端区的交通拥堵情况大为缓解，但是各管制单位间的协调与通信大大增加。从欧洲的实验经验来看，多管制单位间协同互联需要解决信息一致性、管制权限、4D预测精度三个主要的问题，因此运行规则和实施效果与***建设情况和空域资源情况等有较强的关联性。
欧洲对于空域资源的使用和调度相对灵活，相比之下，我国复杂的空域现状为管制调配的实施带来了难度。比较典型的如珠海终端区南北向空域狭窄，东西向空域狭长，承载着珠海、深圳两个机场的航班流量，同时与香港、广州终端区相邻，航班流量大、管制调配手段有限。华东地区呈现多机场群特点，机场群终端区时空资源之间耦合关联，对多管制单位间协同优化调度航班的需求强烈。在设计进场管理***的延误吸纳策略时，需要充分考虑到各管制单位的管制权限和移交规则。与此同时，为实现管制单位间顺畅的协调，需要在各ATC当局间建立共同的情景意识，在各单位的***之间一致地交换轨迹、气象、监视信息，并保证对受控进场时间、位置和对流性天气等信息的解读一致。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法，以解决现有技术中多管制单位进场管制移交过程中的延误分配的问题。本发明基于轨迹预测和基础数据的一致性，建立上下游管制单位进场管理***间的数据通信与延误吸纳协同规则，在考虑计量误差、管制压力等因素的情况下，使航班延误在上下游管制单位间进行合理的分配，缓解终端区的交通拥堵情况，提升整体运行效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法，步骤如下：
1)上游管制单位的进场管理***完成航班飞行计划与雷达监测目标相关后，对航班的4D轨迹进行预测，计算得到航班预计过移交点时间(Estimated Time Over_FeederFix,ETO_FF)或预计过测量点时间(Estimated Time Over_Metering Fix,ETO_MF)；下游管制单位的进场管理***依据上游管制单位的进场管理***给定的预计过点时间，推算各航班到跑道头落地的预计降落时间(Estimated Landing Time,ELDT)；
2)下游管制单位的进场管理***以航班预计降落时间的先后顺序为基准，对进场航班进行排序，并得到各进场航班的计算降落时间(Calculated Landing Time,CLDT)；依据得到的降落时间和预计降落时间的差异，计算得到航班延误；
3)上游管制单位依据空域单元(机场、扇区)各方向容量和流量的匹配情况评估下游管制单位和自身吸纳能力，当空域单元流量超过容量值的120％时，将进场问题交由空中交通流量管理进行处理，控制空域单元航班进入量；空域单元流量低于容量值的120％时，依据下游管制单位提交的移交时间偏差容忍阈值和最大可吸纳延误值，在上下游多级进场管理***间分配步骤2)中计算得到的航班延误。
进一步地，所述步骤1)具体包括：上游管制单位的进场管理***在航班飞行计划与综合雷达航迹相关后，基于飞行性能参数(BADA数据)、航线点、起飞/降落机场、起飞/降落机场标高、请求高度、巡航高度、巡航速度、管制指令高度、高空风和实时监视数据修正信息，对航班的4D飞行轨迹进行预测，预测航班通过各计算点(移交点、汇聚点等)的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、所属管制区和所属航路；获得对航班4D飞行轨迹的预测后，由上游管制单位将移交点、测量定位点(Metering Fix,MF，一般是用于控制航班过航路点间隔的点)的过点信息共享给下游管制单位的进场管理***。
下游管制单位的进场管理***对所辖区域内降落的飞行计划数据进行过滤，对于辖区降落的计划，在接收到上游管制单位的进场管理***计算的预计过移交点的时间(Estimated Time Over_Feeder Fix,ETO_FF)或预计过测量点时间(Estimated TimeOver_Metering Fix,ETO_MF)后，结合辖区空域结构，对航班过移交点后的4D飞行轨迹进行进一步解算，最终得到航班到跑道落地的预计降落时间。
进一步地，所述步骤2)具体包括：下游管制单位的进场管理***考虑运行约束条件、航班优先级以及航班模式进行排序计算，考虑的运行限制约束条件包括：
21)跑道间隔：连续两个落地航班降落跑道间隔要求；对于多跑道相关运行的情况，每两个相关跑道配置一个相关间隔，分别落在两个相关跑道上的航班除了与本跑道上的航班保持跑道间隔外，还与相关跑道上的航班保持相关间隔；对于多跑道独立运行的情况，设置独立跑道间隔，控制同一跑道上的前后航班保持的跑道到达间隔和雷达尾流间隔；
22)尾流间隔最低标准：在前后航班之间实施尾流间隔，配置尾流分类(WTC)级别和相应的间隔表；
23)测量点间隔：连续两个航班通过某一测量点之间的间隔；对于具体间隔，设置一个前后冗余的可灵活配置的间隔参数，以防止因为不满足严格间隔，航班次序调整，导致潜在冲突增加管制工作负荷；
24)跑道关闭：设置跑道关闭状态和封闭时间段；
25)跑道方向变更情况下的间隔：在某个方向的最后一个航班与反方向的第一个航班之间实施的间隔；
26)专机航班的间隔：遵守特殊的专机航班间隔规定。
根据航班属性确定优先级，分为两种：高优先级、普通优先级；其中，高优先级包括专机要客、紧急情况(二次航迹或一、二次航迹的A模式代码为7500、7600或7700)等，此类航班排序时，建立无延误或者最小延误次序和时间；除上述以外的普通优先级航班则按照先到先服务原则处理，计算队列次序和着陆时间。
考虑***排序稳定性，根据航班所在的空间位置和时间范围对航班状态进行分类，如根据航班在预计过进港点前/后、建议落地时间前某个时间范围，分为非稳定、稳定、超稳定、冻结等不同航班状态；跑道间隔变化、跑道关闭不会引起冻结航班移动；跑道间隔变化、跑道关闭会改变超稳定航班次序队列，但排序中的相对位置不会改变；一个未排序航班或者一个有更新ELDT航班可以***到两个稳定航班之间，若间隔不满足要求，稳定航班可以向后移动而产生延误；非稳定航班之间的次序、时隙及管制建议可随当前4D推算的最新结果更新。
排序计算对下游管制单位辖区降落航班的降落时间进行了重新规划，此时计算出来的时间称为计算降落时间，航班计算降落时间与预计降落时间之间的差异为该航班的延误PTotal；
PTotal＝CLDT-ELDT。
进一步地，所述步骤3)具体还包括：通过参数设置来选择延误分配的优先模式，选择上游优先吸纳或下游优先吸纳，默认采用下游优先吸纳模式；即，优先考虑在下游管制单位的进场管理***中分配延误，当延误溢出时，再传递到上游管制单位帮助吸纳；
31)在下游管制单位的进场管理***中，设置移交点处移交时间的容忍阈值Δ，当Δ值小时，上游管制单位的管制负荷增加，下游管制单位(如终端/进近)获得一个稳定的序列和预计降落时间；当Δ值设置大时，上游管制单位干预的次数减少，下游管制单位收到的进场移交序列产生震荡；Δ值是上下游管制单位进行协商的结果，根据实际运行经验确定；
32)除容忍阈值Δ外，在下游管制单位设置可吸纳的延误阈值上限PMax，当PTotal＜PMax时，在下游管制单位辖区内完成延误的处理和吸纳；当PTotal＞PMax时，P＝PTotal-PMax±Δ为上游管制单位需要帮助下游管制单位处理的延误值；下游管制单位的进场管理***最小计量单位是扇区，故PMax表示下游管制单位所辖各个扇区的总体吸纳能力，同时，对于上游与下游管制单位移交的各个方向，均设有不同的PMax；
33)上游管制单位收到下游管制单位延误吸纳的请求后，依据空域单元(机场、扇区)各方向容量和流量的匹配情况评估下游管制单位和自身吸纳能力，当空域单元流量超过容量值的120％时，需要将进场问题交由空中交通流量管理进行处理，通过发布总量间隔限制、地面延误程序等流控策略的方式控制空域单元航班进入量；
空域单元流量低于容量值的120％时，上游管制单位依据由高至低的排序，对各方向流量超出容量的百分比qi＝fi/ci,i＝(1,2,…,k)进行排序，i表示各下游空域单元，ci表示该空域单元的容量，fi表示该空域单元的流量；当多个下游管制单位同时向上游管制单位提出延误吸纳请求时，上游管制单位的进场管理***按照qi由高至低的优先级顺序处理吸纳请求。
本发明的有益效果：
1、在上游管制单位的进场管理***在航班雷达相关后启动对航班的4D轨迹进行预测，并将航班预计过移交点时间ETO_FF或预计过测量点时间ETO_MF共享给下游管理单位的进场管理***，扩展了进场计量范围，使上下游管制单位建立对航班计划和航班过点移交信息的一致认识。
2、下游管制单位向上游反馈移交时间偏差容忍阈值和最大可吸纳延误值，建立了上下游管制单位的协同延误吸纳规则，实现总体延误在上游管制单位和下游管制单位间的分配。
3、通过延误吸纳能力评估指标对下游管制单位吸纳能力进行评估和审核，建立了汇聚点进场航班延误分配策略和排序冲突解脱策略。
4、通过对上游管制单位延误吸纳上限的评估，建立了流量管理和进场管理的工作切面，实现战术级规划和实施管制指挥间的密切配合。
附图说明
图1为本发明方法的原理图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法，步骤如下：
1)上游管制单位的进场管理***完成航班飞行计划与雷达监测目标相关后，对航班的4D轨迹进行预测，计算得到航班预计过移交点时间(Estimated Time Over_FeederFix,ETO_FF)或预计过测量点时间(Estimated Time Over_Metering Fix,ETO_MF)；下游管制单位的进场管理***依据上游管制单位的进场管理***给定的预计过点时间，推算各航班到跑道头落地的预计降落时间(Estimated Landing Time,ELDT)；
所述步骤1)具体包括：上游管制单位的进场管理***在航班飞行计划与综合雷达航迹相关后，基于飞行性能参数(BADA数据)、航线点、起飞/降落机场、起飞/降落机场标高、请求高度、巡航高度、巡航速度、管制指令高度、高空风和实时监视数据修正信息，对航班的4D飞行轨迹进行预测，预测航班通过各计算点(移交点、汇聚点等)的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、所属管制区和所属航路；获得对航班4D飞行轨迹的预测后，由上游管制单位将移交点、测量定位点(Metering Fix,MF，一般是用于控制航班过航路点间隔的点)的过点信息共享给下游管制单位的进场管理***。
下游管制单位的进场管理***对所辖区域内降落的飞行计划数据进行过滤，对于辖区降落的计划，在接收到上游管制单位的进场管理***计算的预计过移交点的时间(Estimated Time Over_Feeder Fix,ETO_FF)或预计过测量点时间(Estimated TimeOver_Metering Fix,ETO_MF)后，结合辖区空域结构，对航班过移交点后的4D飞行轨迹进行进一步解算，最终得到航班到跑道落地的预计降落时间。
2)下游管制单位的进场管理***以航班预计降落时间的先后顺序为基准，考虑空域结构复杂性因素、管制间隔、优先级限制、航班位置约束，对进场航班进行排序，并得到各进场航班的计算降落时间(Calculated Landing Time,CLDT)；依据得到的降落时间和预计降落时间的差异，计算得到航班延误；
所述步骤2)具体包括：下游管制单位的进场管理***考虑运行约束条件、航班优先级以及航班模式进行排序计算，考虑的运行限制约束条件包括：
21)跑道间隔：连续两个落地航班降落跑道间隔要求；对于多跑道相关运行的情况，每两个相关跑道配置一个相关间隔，分别落在两个相关跑道上的航班除了与本跑道上的航班保持跑道间隔外，还与相关跑道上的航班保持相关间隔；对于多跑道独立运行的情况，设置独立跑道间隔，控制同一跑道上的前后航班保持的跑道到达间隔和雷达尾流间隔；
22)尾流间隔最低标准：在前后航班之间实施尾流间隔，配置尾流分类(WTC)级别和相应的间隔表；
23)测量点间隔：连续两个航班通过某一测量点之间的间隔；对于具体间隔，设置一个前后冗余的可灵活配置的间隔参数，以防止因为不满足严格间隔，航班次序调整，导致潜在冲突增加管制工作负荷；
24)跑道关闭：设置跑道关闭状态和封闭时间段，例如跑道检查或清除积雪等；
25)跑道方向变更情况下的间隔：在某个方向的最后一个航班与反方向的第一个航班之间实施的间隔；
26)专机航班的间隔：遵守特殊的专机航班间隔规定。
根据航班属性确定优先级，分为两种：高优先级、普通优先级；其中，高优先级包括专机要客、紧急情况(二次航迹或一、二次航迹的A模式代码为7500、7600或7700)等，此类航班排序时，建立无延误或者最小延误次序和时间；除上述以外的普通优先级航班则按照先到先服务原则处理，计算队列次序和着陆时间。
考虑***排序稳定性，根据航班所在的空间位置和时间范围对航班状态进行分类，如根据航班在预计过进港点前/后、建议落地时间前某个时间范围，分为非稳定、稳定、超稳定、冻结等不同航班状态；跑道间隔变化、跑道关闭不会引起冻结航班移动；跑道间隔变化、跑道关闭会改变超稳定航班次序队列，但排序中的相对位置不会改变；一个未排序航班或者一个有更新ELDT航班可以***到两个稳定航班之间，若间隔不满足要求，稳定航班可以向后移动而产生延误；非稳定航班之间的次序、时隙及管制建议可随当前4D推算的最新结果更新。
排序计算对下游管制单位辖区降落航班的降落时间进行了重新规划，此时计算出来的时间称为计算降落时间，航班计算降落时间与预计降落时间之间的差异为该航班的延误PTotal；
PTotal＝CLDT-ELDT。
3)上游管制单位依据空域单元(机场、扇区)各方向容量和流量的匹配情况评估下游管制单位和自身吸纳能力，当空域单元流量超过容量值的120％时，将进场问题交由空中交通流量管理进行处理，控制空域单元航班进入量；空域单元流量低于容量值的120％时，依据下游管制单位提交的移交时间偏差容忍阈值和最大可吸纳延误值，在上下游多级进场管理***间分配步骤2)中计算得到的航班延误；
所述步骤3)具体还包括：通过参数设置来选择延误分配的优先模式，选择上游优先吸纳或下游优先吸纳，默认采用下游优先吸纳模式；即，优先考虑在下游管制单位的进场管理***中分配延误，当延误溢出时，再传递到上游管制单位帮助吸纳；
31)在下游管制单位的进场管理***中，设置移交点处移交时间的容忍阈值Δ，当Δ值小时，上游管制单位的管制负荷增加，下游管制单位(如终端/进近)获得一个稳定的序列和预计降落时间；当Δ值设置大时，上游管制单位干预的次数减少，下游管制单位收到的进场移交序列产生震荡；Δ值是上下游管制单位进行协商的结果，根据实际运行经验确定；
32)除容忍阈值Δ外，在下游管制单位设置可吸纳的延误阈值上限PMax，当PTotal＜PMax时，在下游管制单位辖区内完成延误的处理和吸纳；当PTotal＞PMax时，P＝PTotal-PMax±Δ为上游管制单位需要帮助下游管制单位处理的延误值；下游管制单位的进场管理***最小计量单位是扇区，故PMax表示下游管制单位所辖各个扇区的总体吸纳能力，同时，对于上游与下游管制单位移交的各个方向，均设有不同的PMax；
33)上游管制单位收到下游管制单位延误吸纳的请求后，依据空域单元(机场、扇区)各方向容量和流量的匹配情况评估下游管制单位和自身吸纳能力，当空域单元流量超过容量值的120％时，需要将进场问题交由空中交通流量管理进行处理，通过发布总量间隔限制、地面延误程序等流控策略的方式控制空域单元航班进入量；
空域单元流量低于容量值的120％时，上游管制单位依据由高至低的排序，对各方向流量超出容量的百分比qi＝fi/ci,i＝(1,2,…,k)进行排序，i表示各下游空域单元，ci表示该空域单元的容量，fi表示该空域单元的流量；当多个下游管制单位同时向上游管制单位提出延误吸纳请求时，上游管制单位的进场管理***按照qi由高至低的优先级顺序处理吸纳请求。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法，其特征在于，步骤如下：
1)上游管制单位的进场管理***完成航班飞行计划与雷达监测目标相关后，对航班的4D轨迹进行预测，计算得到航班预计过移交点时间或预计过测量点时间；下游管制单位的进场管理***依据上游管制单位的进场管理***给定的预计过点时间，推算各航班到跑道头落地的预计降落时间；
2)下游管制单位的进场管理***以航班预计降落时间的先后顺序为基准，对进场航班进行排序，并得到各进场航班的计算降落时间；依据得到的降落时间和预计降落时间的差异，计算得到航班延误；
3)上游管制单位依据空域单元各方向容量和流量的匹配情况评估下游管制单位和自身吸纳能力，当空域单元流量超过容量值的120％时，将进场问题交由空中交通流量管理进行处理，控制空域单元航班进入量；空域单元流量低于容量值的120％时，依据下游管制单位提交的移交时间偏差容忍阈值和最大可吸纳延误值，在上下游多级进场管理***间分配步骤2)中计算得到的航班延误；
所述步骤2)具体包括：下游管制单位的进场管理***考虑运行约束条件、航班优先级以及航班模式进行排序计算，考虑的运行限制约束条件包括：
21)跑道间隔：连续两个落地航班降落跑道间隔要求；对于多跑道相关运行的情况，每两个相关跑道配置一个相关间隔，分别落在两个相关跑道上的航班除了与本跑道上的航班保持跑道间隔外，还与相关跑道上的航班保持相关间隔；对于多跑道独立运行的情况，设置独立跑道间隔，控制同一跑道上的前后航班保持的跑道到达间隔和雷达尾流间隔；
22)尾流间隔最低标准：在前后航班之间实施尾流间隔，配置尾流分类级别和相应的间隔表；
23)测量点间隔：连续两个航班通过某一测量点之间的间隔；
24)跑道关闭：设置跑道关闭状态和封闭时间段；
25)跑道方向变更情况下的间隔：在某个方向的最后一个航班与反方向的第一个航班之间实施的间隔；
26)专机航班的间隔：遵守特殊的专机航班间隔规定；
所述步骤3)具体还包括：通过参数设置来选择延误分配的优先模式，选择上游优先吸纳或下游优先吸纳，默认采用下游优先吸纳模式；即，优先考虑在下游管制单位的进场管理***中分配延误，当延误溢出时，再传递到上游管制单位帮助吸纳；
31)在下游管制单位的进场管理***中，设置移交点处移交时间的容忍阈值Δ，当Δ值小时，上游管制单位的管制负荷增加，下游管制单位获得一个稳定的序列和预计降落时间；当Δ值设置大时，上游管制单位干预的次数减少，下游管制单位收到的进场移交序列产生震荡；Δ值是上下游管制单位进行协商的结果，根据实际运行经验确定；
32)除容忍阈值Δ外，在下游管制单位设置可吸纳的延误阈值上限PMax，当PTotal＜PMax时，在下游管制单位辖区内完成延误的处理和吸纳；当PTotal＞PMax时，P＝PTotal-PMax±Δ为上游管制单位需要帮助下游管制单位处理的延误值；下游管制单位的进场管理***最小计量单位是扇区，故PMax表示下游管制单位所辖各个扇区的总体吸纳能力，同时，对于上游与下游管制单位移交的各个方向，均设有不同的PMax；
33)上游管制单位收到下游管制单位延误吸纳的请求后，依据空域单元各方向容量和流量的匹配情况评估下游管制单位和自身吸纳能力，当空域单元流量超过容量值的120％时，需要将进场问题交由空中交通流量管理进行处理，控制空域单元航班进入量；
空域单元流量低于容量值的120％时，上游管制单位依据由高至低的排序，对各方向流量超出容量的百分比qi＝fi/ci,i＝1,2,…,k进行排序，i表示各下游空域单元，ci表示该空域单元的容量，fi表示该空域单元的流量；当多个下游管制单位同时向上游管制单位提出延误吸纳请求时，上游管制单位的进场管理***按照qi由高至低的优先级顺序处理吸纳请求。
2.根据权利要求1所述的基于航迹预测的进场延误分配吸纳方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：上游管制单位的进场管理***在航班飞行计划与综合雷达航迹相关后，基于飞行性能参数、航线点、起飞/降落机场、起飞/降落机场标高、请求高度、巡航高度、巡航速度、管制指令高度、高空风和实时监视数据修正信息，对航班的4D飞行轨迹进行预测，预测航班通过各计算点的地理位置、过点速度、过点高度、过点时间、所属管制区和所属航路；获得对航班4D飞行轨迹的预测后，由上游管制单位将移交点、测量定位点的过点信息共享给下游管制单位的进场管理***。
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