空域扇区划分方案优劣综合评估方法探索

　　摘 要 主要探讨了对空域扇区划分方案的优劣进行综合评估的方法。首先选取了安全、效率和成本三个指标，然后构建了层次结构模型，接着分析了指标权重的确定和指标评价标准。 　　关键词 空域扇区划分；评价指标；层次分析法；指标权重 　　中图分类号V355.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0096-02 　　0 引言 　　随着航空事业的发展，空中交通日益密集，合理地进行空域扇区划分显得尤为重要。如何对划分方案的优劣进行综合评估也成了考虑的重点，但目前并没有完善的指标体系，以至于很难求得最优解。以前在扇区划分上，常将工作负荷的平衡性作为主要指标。然而在不断探索进步中，安全、成本、效率越来越受重视，即在不影响设计安全、而又能够保证扇区高通行效率的前提下，尽量降低各种成本费用。在此则以这三项因素为主要指标，建立起相应的评估体系，利用各种方法对空域扇区划分的优劣性加以评估。 　　1 选取评价指标 　　1.1 安全指标 　　1）扇区吞容比 　　即扇区吞吐量和容量的比值，主要用于衡量空域的工作负荷水平。随着比值的增大，空域工作强度不断提升，则安全系数越低。 　　2）交叉点与扇区边界之间的平均最小距离 　　距离越短，说明空中管制人员能够用以处理冲突的时间越少，相应的安全系数就越低。 　　3）平面交叉 　　指的是在同一高度的航路交叉。假如有两条航路，在同一交叉点的3个不同高度均有交叉，那么共有3对平面交叉；若3条航路在同一交叉点的3个高度层均有交叉，那么共有9对交叉。平面交叉对数越多， 说明引起事故冲突的可能性越大。 　　1.2 效率指标 　　1）容量 　　根据相关统计，管制员在扇区内对航空器加以处理平均要花费36s，所以容量C（s）=δ（s）/36=δ。然而实际中若平均驻留时间短于3min，容量值均为5；若超过11min，容量也不会有所增加。若用Csys=C（s）表示系统总容量，平均容量为Caverage=Csys/ns 。随着目前交通量的增加，对空域通行能力也提出了新的要求，所以要扩大总容量和平均容量，且容量标准差值越小越好。扇区的容量过小，必然会阻碍整个空与系统的发展。 　　2）平均驻留时间 　　需考虑飞过某扇区的飞行器总数量，以及第X架飞行器飞进、飞出该扇区的时刻等因素。当在该扇区的平均驻留时间短于11分钟时，时间越长，说明容量越大；而平均驻留时间超过12分钟时，随着时间的增长，容量几乎不会再增加。所以平均驻留时间为11min是最佳值。 　　3）容需比 　　指的是区域容量和用户需求量的比值，可反映某空域满足交通需求的能力。比值越大，表明该空域越能满足当前的空行交通需求。 　　4）需求满足度增长率 　　用improvsati表示，则improvsati=1- 　　其中，分子上的两要素分别表示改造后的空域需求量和吞吐量，分母上的两要素则依次表示空域目前的需求量和吞吐量。随着improvsati的提高，改造后的吞吐量距离要求越近，增长率为1时处于最佳状态。 　　1.3 成本指标 　　1）人力资源成本 　　与扇区数量密切相关，扇区越多表明需要的人力资源越多。所谓为了节约人力资源，在划分扇区时应尽量减少扇区数量，提高扇区的能力，为越来越多的交通量服务。扇区数量与空域总容量之间的联系紧密，通常说来，随着扇区数量的增加，空域总容量会有所增加。但若随意增加扇区数量，相应的尺寸便会缩小，以至于对空域系统总容量形成不利，所以必须控制扇区的数量增加。 　　2）训练成本 　　扇区边界越不稳定，变动越大，管制员越需要加强训练管理，相应的成本便会增加。 　　3）附加设备成本 　　扇区数量的变动以及边界的不稳定，都会影响到监视和通信能力，从而需要购置新设备，或增加各设备的功能等，都需要一定的成本。一个优秀的空域扇区划分方案不会有附加成本产生。 　　2 构建层次结构模型 　　利用层次分析法构建一个用于评估空域扇区划分方案的模型，模型可分为以下4部分： 　　1）目标层。即结合工程实际要求设计的最佳方案； 　　2）准则层。按照一定的属性可将指标进行归类划分，该层由安全、效率和成本三部分构成； 　　3）指标层。针对上面安全、效率和成本三个指标的细化解构； 　　4）方案层。具体的研究扇区划分优劣性所制定的方法。 　　3 各层指标权重的确定 　　3.1 准则层 　　空域扇区划分的用户多是航空公司，划分结果需要航空管理局进行检验许可，而扇区划分工作主要由空域规划专家负责。在此共挑选12位专家，分为4组，展开问卷调查。按照Satty的9级标度法设计比较尺度，并结合准则层设计比较矩阵，然后将两个设计结果递交给12位专家。专家的知识储备量、知识结构、思维方法都有差异，所以他们给出的判断矩阵的真实度和可信度也不相同。这就要求对专家赋予一定的权重。判断矩阵的一致性比率可反映出专家判断质量的好坏，比率越小，说明质量越高。 　　3.2指标层 　　各项指标的权重计算方法可参考准则层的权重计算方法。准则层的权重比从大到小依次为安全、效率、和成本。以成本指标为例，训练成本权重最大，附加设备成本次之，训练人力资源成本权重最小。 　　4 指标评价标准 　　即在评价活动中对事物进行评价的一种价值尺度和界限，相对于评价准则所规定的方面所确定的优良程度的要求，是事物质变过程中量的规定性。评价标准是评价方案的核心，是人们价值认识的反映。制定空域划分指标评分标准需在指标可以清晰量化基础上明确优劣档次界限，拉开差距，同时考虑可操作性。 　　5 结论 　　空域扇区划分是否合理对空中交通运行有着重大影响，且直接关系到投入的成本。所以在制定划分方案时，需考虑其合理性。以安全、效率和成本指标，建立起了相应的模型，利用层次分析法求得各层指标的权重，进而科学划分空域扇区。 　　参考文献 　　[1]叶志坚，聂润兔，王莉莉，高伟.空域扇区划分方案综合评估方法[J].航空计算技术，2014，44（1）：132-134. 　　[2]卢璐.论空域扇区的合理划分[J].科协论坛，2013，22（1）：145-146. 　　[3]杨光，胡明华，王艳军.基于非线性规划的空域扇区结构优化设计[J].交通运输工程与信息学报，2008，20（4）：109-110.