管制冲突探测算法研究

摘?要 目前的空中交通管制中的冲突调配依赖于管制员的经验判断，随着近年来空中交通流量的不断增长，在持续高强度的工作状态下，管制员容易产生“错、忘、漏”的冲突意识，这就严重影响空中交通安全。所以，本文根据管制扇区的冲突特点及冲突类型，通过建立冲突模型、介绍了一种基于实际管制工作中的冲突探测算法，描述了实际管制工作中冲突探测的基本思想。

关键词 空中交通；管制扇区；冲突探测

中图分类号 V35 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0165-01

近年来，随着科学技术的不断进步，航空运输业得到了突飞猛进的发展，空中交通流量逐年增长，尤其是随着雷达管制在全国的大范围应用，飞行间隔的缩小，在空域结构未进行调整及优化的情况下，管制员的工作负荷也随之日益增加，相关部门随之对外相应的流量控制，使得航班造成大量的延误，带来巨大的经济损失。所以，对于区域内飞机密度大，飞行间隔小，飞行冲突复杂的情况，一直是空管技术研究人员的研究热点，很多学者也做了大量的研究工作。李忠诚，徐肖豪研究了终端区飞机进近过程中排序和冲突解决的调度算法。崔德光，王哲鹏研究了空中交通管制自动化系统中飞行冲突概率解析算法。裴志刚，李华星，王庆胜研究了模拟退火遗传算法在飞行冲突解脱中的应用。Alliot J M，Gruber H，Joly G研究了用遗传算法解决空中交通冲突。Gerdes I S将遗传算法应用于航空器自由飞行的问题中。在本文中，提出一套适用于实际管制工作的冲突探测算法并用实例模拟了算法流程，然后冲突探测算法做了分析，证明了此方法的实用性和有效性。

1 问题提出

本文主要是研究实际管制工作中的冲突探测算法。在实际的空中交通管制工作中，管制员的主要任务就是发现飞行冲突，解决飞行冲突，调配飞行间隔，而发现飞行冲突则是工作中的重中之重。由于工作时间的紧迫性与安全余度的把握，要求空管自动化系统对飞行冲突的探测更能适应实际的工作要求：

1）满足与周边管制单位之间的协议移交规定。

2）满足各个管制单位甚至各科室的规定间隔标准。

3）能将飞行冲突根据需要选择性输出。

这样，管制员才有更多的精力去形成解决冲突的调配预案以及对区域内的飞机进行指挥和监控。

2 飞行冲突模型

2.1 冲突定义

管制工作中的飞行冲突大致分为两种：①穿越高度冲突；②同高度冲突。根据管制工作中的冲突特点，对冲突做出如下定义：

1）两架航空器之间小于间隔标准且需要穿越高度或相同高度飞行。

2）两架航空器之间水平间隔存在小于间隔标准的趋势且需要穿越高度或相同高度飞行。

2.2 冲突模型

设间隔标准为S，区域内有n架航空器Ai(1≤i≤n)，由任意两架航空器Ai，Aj(1≤j≤n-1)的经纬度确定Ai和Aj的位置坐标(xAi，yAi)，(xAj，yAj)，由此可算出Ai和Aj之间的水平间隔SAi,Aj,，若SAi,Aj0，则说明存在水平间隔缩小的趋势。另设航空器的实际高度为He，出区域的移交高度为HO则两架需穿越高度的两架航空器可表示为HeAi>HeAj^HoAi

3 冲突探测算法

冲突探测算法的主要目的是判断区域内的航空器中，哪些航空器之间存在飞行冲突。具体算法如下：

步骤1：设当前时刻为t，对区域内的航空器依次排序A1……An。

步骤2：从Ai开始依次对Ai+1……An(1≤i≤n-1)进行冲突判断（Ai+1……An用Aj表示），是否同时满足产生冲突的两个条件：

（1）

（2）

（公式中加等号是考虑到同高度飞行的情况）

步骤3：根据判断结果，若符合冲突条件，则此两架航空器之间存在飞行冲突，否则，此两架航空器之间不存在飞行冲突。

步骤4：返回到步骤2，对航空器Ai+1进行判断，依次循环，直到完成对所有的航空器与其它航空器之间的冲突判断。

4 算法模拟仿真

4.1 算例

为了检验算法的实用性及有效性，用一个简单的例子模拟该算法的运行流程。下图为广州4号扇区，扇区特点为进港扇区，其冲突特点主要为以汇聚形式的高度穿越及与由东向西飞越航空器的相对穿越冲突，扇区内共10架航空器，分别为4架落地广州，2架落地深圳，4架飞越扇区的航空器，根据冲突探测算法，对两两航空器之间进行比较，冲突结果如图1所示。

图1 冲突示意图

图2 CES5731冲突示意图

若将区域内所有航空器的冲突全部输出，则会略显复杂，所以，可根据需要只输出某个或某几个航空器的相关冲突，如CES5731的冲突输出。

4.2 算例分析

图1和图2表明，该冲突探测算法能找出区域中航空器之间理论上的冲突，但是由于此算法考虑到的是冲突共同特性，各个管制扇区由于航路结构及特点、航班走向等因素，对冲突有其特定的定义。所以，某些航空器即使满足算法的两个条件，也不一定为冲突。例如：CES5731和DKH1228，由于两架航空器沿交叉航路同向飞行，间隔始终为缩小趋势，也存在穿越的要求，但是这两架航空器的间隔最终不会小于穿越间隔标准。所以，在实际的管制工作中，在此管制扇区内这两架航空器视为不存在

冲突。

在正常情况下，管制员能熟练地找出区域内航空器之间的常规冲突，所以无须使用该算法来进行冲突判断。若遇到恶劣的雷雨天气，复杂的军航活动，需要航空器无规则绕航时，则能体现出该算法的优越性。

5 结束语

在实际管制工作中，冲突探测对于维护空中交通安全有着极其重要的意义。但目前对航空器冲突探测的研究侧重为防止航空器相撞。本文从实际管制工作的角度，进行冲突定义，并描述了其算法思想及与运行过程，最后分析了冲突探测算法的适用情况，证明了该冲突探测算法的实用价值。

参考文献

[1]牟奇锋.空中交通管理中的防撞策略问题研究[D].西南交通大学,2010.