一种基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法

摘要

本发明涉及一种基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法，其包括下列步骤：假设有n条航路穿过同一扇区，将各条所述航路进入所述扇区的第一个航路点定义为各条所述航路与该扇区的交点，并为各个所述交点建立相同的、包含有多个按照时间顺序排列的基准时间片的时间轴，以使各个所述交点所对应的所述时间轴共同构成用于表示所述扇区的二维时间片组；根据所述二维时间片组中不同时间窗口的流量限制信息，为各个所述时间窗口设置对应的扇区容量；分别设置各个所述交点所允许的不同航空器经过的时间间隔。本发明不仅仅从局部单个航路点来控制航班量，还能从整体上来控制扇区容量，避免了单点流控限制沿着航路传导，间隔不断加码的弊病。

说明书

技术领域

本发明涉及民航流量控制技术，尤其涉及一种基于二维时间片组的航空 扇区容量控制方法。

背景技术

随着民航运输的持续快速发展，空中交通流量增长势头迅猛，机场、空 域和航线网络节点的拥挤现象严重，航路拥堵、航班延误问题突出，已成为 社会广泛关注的热点问题。

目前出现的流量控制方法基本都是借鉴国外的尾随间隔(MIT)控制方法， 然而，这种控制方法与国内实际应用场景相结合的应用效果并不理想，这是 因为：MIT控制方法主要实现了一条线(单航路)上航空器与航空器的间隔 控制，由于该算法中的参照物(即：航空器)是动态变化的，因此适应于空 域能够灵活使用(航空器能够任意偏航和变换高度层)的地区(如：欧美)， 通过采用这种方法，当航空器在汇聚点遇到冲突时可以绕飞；但对于要求较 严格按照航路飞行的地区(如：中国)而言，无法自由的通过绕飞、偏航和 变换高度的手段缓解冲突，从而造成航路汇聚时冲突较多，因此需要严格控 制过航路点时刻来避免冲突的发生；而MIT控制方法对于解除这种冲突的灵 活性较小，因此在国内流量控制的使用效果并不理想。另外，目前国内的流 量控制多着眼于单个航路点上，容易产生沿着航路传导，层层加码的弊病。 而且由于国内空域紧张，不能灵活使用，单个航路点的流量限制往往容易造 成空域中局部繁忙而局部空闲的问题。因此，相较于对单个航路点进行流量 控制，更应该着眼于对整个管制扇区(管制扇区是飞行管制的基本单位，一 般情况下航空管制把区域管制区或者终端(进近)管制区划分为两个或者两 个以上的部分，每个部分称为一个管制扇区)的容量控制。然而，目前国内 还没有使用扇区容量(即管制扇区单位时间窗口内可以接收的航班数量)的 控制方法，而仅是对扇区容量进行监控和评估，而这种监控和评估是一种实 时的监控和事后的评估，不能提前对扇区流量进行控制，只能分析常态条件 下空域的实际使用情况，形成经验参考值，作为扇区合理常态容量的定制依 据，即一旦某扇区容量超过了管制员的工作负荷，存在安全隐患，管制员就 会对相邻扇区发出流控信息，要求扩大MIT，从而达到减小扇区容量的目的。

鉴于上述原因，目前需要采用合理的数学物理建模和计算机仿真相结合 的方法，在机场、复杂扇区、繁忙航路等空域单位不同运行条件下以及各类 限制的综合情况下，有效地控制航班流量。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种基于二维时间 片组的航空扇区容量控制方法，以将单个航路点流量与整体扇区容量相结合 进行控制，从而在空管要求严格的地区(例如在中国的空管模式下)能够更 加充分合理地利用空域资源，避免汇聚点冲突，保证航空器在空中持续按照 航路飞行。

本发明所述的一种基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法，其包括 下列步骤：

步骤S1，假设有n条航路穿过同一扇区，将各条所述航路进入所述扇区 的第一个航路点定义为各条所述航路与该扇区的交点，并为各个所述交点建 立相同的、包含有多个按照时间顺序排列的基准时间片的时间轴，以使各个 所述交点所对应的所述时间轴共同构成用于表示所述扇区的二维时间片组， 初始化所述基准时间片，以使各个所述基准时间片处于打开且空闲的状态，n 为自然数；

步骤S2，根据所述二维时间片组中不同时间窗口的流量限制信息，为各 个所述时间窗口设置对应的扇区容量；

步骤S3，分别设置各个所述交点所允许的不同航空器经过的时间间隔；

步骤S4，根据各架航空器经过各自对应的所述交点进入所述扇区的时间， 选择各自对应的所述交点所对应的时间轴中对应该时间的一个所述基准时间 片作为记录各架航空器进入时间的进入时间片，并在该进入时间片中标记对 应航空器的航班号，同时，根据各架所述航空器在所述扇区内飞越的时间段， 选择各自对应的所述交点所对应的时间轴中对应该时间段的至少一个包含标 记有对应航空器的航班号的所述进入时间片在内的连续的所述基准时间片作 为飞越时间片，并在所述飞越时间片中标记对应航空器的航班号；

步骤S5，判断所述扇区中同一交点所对应的时间轴中标记有不同航空器 的航班号的进入时间片之间对应的时间间隔是否不小于所述步骤S3中设置的 时间间隔，若否，则执行步骤S6，若是，则判断所述扇区中所有交点所对应 的时间轴中位于所述时间窗口内同一时间的所有基准时间片中所标记的不同 航空器的航班号的数量是否不大于所述步骤S2中设置的扇区容量，若否，则 执行步骤S6，若是，则步骤结束；

所述步骤S6，调整所述航空器经过对应的所述交点进入所述扇区的时间， 并返回执行所述步骤S4。

在上述的基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法中，每条所述时间 轴包含有1440个基准时间片，且每个所述基准时间片表示1分钟。

在上述的基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法中，还包括在所述 步骤S3和所述步骤S4之间执行步骤341，根据各架航空器的飞行速度以及各 自相距所述扇区的距离，获得各架航空器飞行至所述扇区所需的时间，并根 据各架航空器飞行至所述扇区所需的时间以及各自的计划起飞时间，获得各 架航空器经过各自对应的所述交点进入所述扇区的时间。

在上述的基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法中，还包括在所述 步骤S341和所述步骤S4之间执行步骤342，根据各架航空器经过各自对应的 所述交点进入所述扇区的时间以及在所述扇区内的飞行速度和飞行距离，获 得各架所述航空器在所述扇区内飞越的时间段。

在上述的基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法中，所述步骤S4还 包括将所有标记有航空器的航班号的所述基准时间片标记为非空闲状态。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过管制扇区的二维时间片组 中时间片的标记状态的变化来描述和控制特定的时间窗口(即设置了流量限 制的时间段)内扇区航班容量，并且同时满足了单个航路点的航班进入架次 的要求，因此，不仅仅从局部单个航路点来控制航班量，还能从整体上来控 制扇区容量，避免了单点流控限制沿着航路传导，间隔不断加码的弊病，并 且可以改善一空域范围内，一部分繁忙而另一部分空闲的情况，并使得后续 航班可以按照控制合理安排飞行时间，不会对扇区造成拥堵，遇到突发限制 还可以及时设置对应的扇区控制，实施缓解扇区拥堵情况。

附图说明

图1是本发明一种基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法中二维时 间片组的示意图一；

图2是本发明一种基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法中二维时 间片组的示意图二；

图3是本发明一种基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法中二维时 间片组的示意图三；

图4是本发明一种基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法中二维时 间片组的示意图四。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

本发明，即一种基于二维时间片组的航空扇区容量控制方法，其包括下 列步骤：

步骤S1，假设有n条航路穿过同一扇区(扇区为一空间多边形)，将各条 所述航路进入所述扇区的第一个航路点定义为各条所述航路与该扇区的交 点，并为各个所述交点建立相同的、包含有多个按照时间顺序排列的基准时 间片的时间轴，以使各个所述交点所对应的所述时间轴共同构成用于表示所 述扇区的二维时间片组，初始化所述基准时间片，以使各个所述基准时间片 处于打开且空闲的状态，n为自然数；

如图1所示，在实施例一中，假设有4条航路(即n＝4)穿过扇区SH01， 且4条航路与扇区SH01的交点分别为P1、P2、P3和P4(这些交点可能在扇 区的边界上，也可能在扇区内部)；上述每个交点均由一条时间轴表示，且每 条时间轴包括1440个按照时间顺序排列的基准时间片组成，其中，每个基准 时间片表示1分钟，即每条时间轴代表一天24小时；由此，这4个交点的4 条时间轴共同组成了表示扇区SH01的二维时间片组。

步骤S2，根据所述二维时间片组中不同时间窗口的流量限制信息(该流 量限制信息可根据当前扇区内航班的繁忙程度和管制员的工作负荷来预先设 定)，为各个所述时间窗口设置对应的扇区容量，从而从整体上控制进入扇区 的航空器的数量；

步骤S3，分别设置各个所述交点所允许的不同航空器经过的时间间隔， 以控制经过单个航路点进入扇区的航空器的架次；

根据扇区管制员的具体工作要求为扇区中各个交点设置时间间隔是本领 域技术人员公知的技术手段，常用的时间间隔通常为管制员的工作经验值。 在本发明中，可以为各个交点分别设置不同的时间间隔，也可以为几个交点 合算设定一个统一的时间间隔，具体来说，相邻扇区间有管制交接点，即一 般位于相邻扇区的边界上的交点，有些相邻扇区间的交接点只有一个，有些 相邻扇区间的交接点存在多个，对于只存在一个交接点的情况，只要给该交 接点设置一个时间间隔即可；对于存在多个交接点的情况，可以为各个交接 点分别设置时间间隔，也可以为这几个交接点合算设定一个统一的时间间隔。

步骤341，根据各架航空器的飞行速度以及各自相距所述扇区的距离，获 得各架航空器飞行至所述扇区所需的时间，并根据各架航空器飞行至所述扇 区所需的时间以及各自的计划起飞时间，获得各架航空器经过各自对应的所 述交点进入所述扇区的时间；

步骤342，根据各架航空器经过各自对应的所述交点进入所述扇区的时间 以及在所述扇区内的飞行速度和飞行距离，获得各架所述航空器在所述扇区 内飞越的时间段；

步骤S4，根据各架航空器经过各自对应的所述交点进入所述扇区的时间， 选择各自对应的所述交点所对应的时间轴中对应该时间的一个所述基准时间 片作为记录各架航空器进入时间的进入时间片，并在该进入时间片中标记对 应航空器的航班号，同时，根据各架所述航空器在所述扇区内飞越的时间段， 选择各自对应的所述交点所对应的时间轴中对应该时间段的至少一个包含标 记有对应航空器的航班号的所述进入时间片在内的连续的所述基准时间片作 为飞越时间片，并在所述飞越时间片中标记对应航空器的航班号，最后将所 有标记有航空器的航班号的所述基准时间片标记为非空闲状态；

例如，在实施例二中，假设航空器F01在10:00经过交点P1进入扇区 SH01，在扇区里飞行了5分钟后出扇区SH01，则将交点P1的时间轴中对应 时间10:00的基准时间片作为记录航空器F01进入时间的进入时间片，且在该 进入时间片中标记该航空器的航班号“F01”，同时，将交点P1的时间轴中对 应航空器F01在扇区SH01内飞跃的时间段(即10:00-10:04)的连续基准时 间片作为飞越时间片，并在这些飞越时间片中标记该航空器的航班号“F01”， 由此可见，对应时间10:00的基准时间片既作为航空器F01的进入时间片，又 作为其飞越时间片中的一个组成部分(若航空器在扇区内的时间仅为1分钟， 则该航空器的进入时间片与飞跃时间片为同一基准时间片)，而飞越时间片的 个数(5个)则表示了航空器F01在扇区SH01内的飞越时间(即5分钟)；

同理，假设航空器F02在10:01经过交点P2进入扇区SH01，在扇区里 飞行了3分钟后出扇区SH01；航空器F03在10:02经过交点P3进入扇区SH01， 在扇区里飞行了4分钟后出扇区SH01；航空器F04在10:04经过交点P4进 入扇区SH01，在扇区里飞行了2分钟后出扇区SH01，则各航空器在各时间 轴上的占位情况可如图2所示。

步骤S5，判断所述扇区中同一交点所对应的时间轴中标记有不同航空器 的航班号的进入时间片之间对应的时间间隔是否不小于所述步骤S3中设置的 时间间隔，若否，则执行步骤S6，若是，则判断所述扇区中所有交点所对应 的时间轴中位于所述时间窗口内同一时间的所有基准时间片中所标记的不同 航空器的航班号的数量是否不大于所述步骤S2中设置的扇区容量，若否，则 执行步骤S6，若是，则步骤结束；

例如，在实施例三中，根据上述步骤S2，假设扇区SH01中从10:00到 10:10这一时间窗口内的扇区容量为4架，即表示在扇区SH01中从10:00到 10:10这一段时间内，每分钟的航空器数量最大为4架；并且，根据上述步骤 S3，假设扇区SH01的交点P1所允许的不同航空器经过的时间间隔为2分钟， 交点P2所允许的不同航空器经过的时间间隔为3分钟，交点P3和P4所允许 的不同航空器经过的时间间隔合算为1分钟；同时，假设航空器F01在10:00 经过交点P1进入扇区SH01，在扇区里飞行了3分钟后出扇区SH01，航空器 F02在10:02经过交点P1进入扇区SH01，在扇区里飞行了2分钟后出扇区 SH01，航空器F03在10:05经过交点P1进入扇区SH01，在扇区里飞行了4 分钟后出扇区SH01，航空器F04在10:01经过交点P2进入扇区SH01，在扇 区里飞行了2分钟后出扇区SH01，航空器F05在10:04经过交点P2进入扇 区SH01，在扇区里飞行了3分钟后出扇区SH01，航空器F06在10:00经过交 点P3进入扇区SH01，在扇区里飞行了2分钟后出扇区SH01，航空器F07在 10:01经过交点P3进入扇区SH01，在扇区里飞行了2分钟后出扇区SH01， 航空器F08在10:03经过交点P3进入扇区SH01，在扇区里飞行了2分钟后 出扇区SH01，航空器F09在10:02经过交点P4进入扇区SH01，在扇区里飞 行了3分钟后出扇区SH01，航空器F10在10:06经过交点P4进入扇区SH01， 在扇区里飞行了4分钟后出扇区SH01，由此，根据上述步骤S4的方法即可 得到如图3所示的二维时间片组。

由图3可见，航空器F01、F02、F03通过交点P1进入扇区SH01的前后 时间间隔分别为：航空器F01和F02间隔2分钟，航空器F02和F03间隔3 分钟，也就是说，交点P1所对应的时间轴中标记有不同航空器的航班号 (“F01”、“F02”、“F03”)的进入时间片(即，时间10:00、10:02和10:05对 应的基准时间片)之间对应的时间间隔均大于等于交点P1所允许的不同航空 器经过的时间间隔，即2分钟；同理，航空器F04、F05通过交点P2进入扇 区SH01的前后间隔为3分钟，也就是说，交点P2所对应的时间轴中标记有 不同航空器的航班号(“F04”、“F05”)的进入时间片(即，时间10:01和10:04 对应的基准时间片)之间对应的时间间隔等于交点P2所允许的不同航空器经 过的时间间隔，即3分钟；航空器F06、F07、F08通过交点P3进入扇区SH01， 以及航空器F09和F10通过交点P4进入扇区SH01的前后时间间隔分别为： 航空器F06和F07间隔1分钟，航空器F07和F08间隔2分钟，航空器F07 和F09间隔1分钟，航空器F09和F08间隔1分钟，航空器F08和F10间隔 3分钟，航空器F09和F10间隔4分钟，交点P3、P4所对应的时间轴中标记 有不同航空器的航班号(“F06”、“F07”、“F08”、“F09”、“F10”)的进入时间 片(即，时间10:00、10:01、10:02、10:03和10:06对应的基准时间片)之间 对应的时间间隔均大于等于交点P3和P4合算设定的时间间隔，即1分钟。 由此可见，各航空器F01-F10经过各自对应的交点P1-P4进入扇区SH01的时 间符合各个交点所允许的不同航空器经过的时间间隔。

然而，同样可以从图3看出，除了扇区SH01中10:02这一分钟内不同航 空器的架数为5架(即，航空器F01、F02、F04、F07和F09)以外，从10:00 到10:10这一时间窗口内的其他时间的不同航空器的架数均小于等于4架，因 此，从整体来看，并不满足“从10:00到10:10这一时间窗口内扇区容量为4 架”的要求，从而需要执行以下步骤S6。

步骤S6，调整所述航空器经过对应的所述交点进入所述扇区的时间，并 返回执行所述步骤S4。

例如，在上述实施例三中，对航空器F09经过交点P4进入扇区SH01的 时间进行调整，使其进入扇区的时间延迟2分钟；然后返回执行上述步骤S4， 以得到如图4所示的二维时间片组。由图4可见，经过调整后，扇区SH01中 10:02这一分钟内不同航空器的架数为4架(即，航空器F01、F02、F04和 F07)，因此，满足了“从10:00到10:10这一时间窗口内扇区容量为4架”的 要求，同时，航空器F08、F09和F10进入扇区SH01的间隔时间(航空器F08 和F09间隔1分钟，航空器F09和F10间隔2分钟)也满足了交点P3和P4 合算设定的时间间隔，即1分钟。至此，即可结束上述步骤。

综上所述，通过本发明可使所有航空器不但满足进入时间间隔要求，也 可满足扇区容量要求，从而合理控制了空域中航班流量。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围， 本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要 求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利 要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。