空中交通拥挤现象分析

空中交通拥挤现象分析

李杰

民航湖南空管分局湖南长沙410137

摘要:管制员工作负荷是一个限制空中交通容量的瓶颈，而空中交通管制复杂程度是影响管制员负荷的关键因素之一。对空中交通管制复杂程度的准确度量有利于空中交通管理效率的提高、空管新工具与程序的作用评估、空域再设计等。本文从认知角度具体对空中交通拥挤现象进行分析。

关键词：交通运输；空中交通管制；复杂程度测量方法；复杂性

引言

为了更好的研究空中交通复杂程度,必须对空中交通拥挤现象进行全面分析研究,提出有实际意义的评价指标。本章将从空中交通流特性、空中交通拥挤的定义以及它的产生原因方面出发,进行分析，揭示空中交通拥挤的实质。

一空中交通流

1.1交通流特性

交通流通常是指道路上通行的人流和车流,用于空中交通,即称为空中交通流,也就是空中的某个时间段和空间范围内运行的航空器所形成的航空器流。空中交通流具有以下特点：

1、速度快:现代喷气式飞机运输时速都在900千米上下,比海轮快20－30倍,比火车快5－10倍。它使旅客出行时间大大缩短,货主存货减少,保管费用降低。

2、受气候条件限制:因航空器的飞行条件要求很高,航空运输在一定程度上受气候条件限制,从而影响运输的准点性与正常性。

3、安全:航空运输中,对航空器适航性要求极其严格,没有适航证的航空器不允许飞行。因此,航空运输安全性是很高的,单位飞行时间死亡率在现代交通工具中最低。

4、载运能力低,单位运输成本高:因为航空器的机舱容积和载重能力较小,因此,单位运输周转的消耗较大。除此之外,机械维护及保养成本也较高。

1.2交通流描述方法

在实际的研究中,为了更好地描述空中交通拥挤现象,空中交通流需要用一系列参数进行描述,例如:交通量、速度、交通密度、排队长度、占有率等等。其中,最常用的参数就是交通流三要素,即速度、交通量以及交通密度。

1、速度(V)是衡量载运工具运行效率的一项评价指标。一般定义:

V=L/t,

其中L－行驶距离，t－所需时间。

按L与t取法不同,可定义下列各种速度:

(1)瞬时速度(地点速度、即时速度):V=dL/dt

(2)平均速度,根据它测量方法的不同,分为两类:

时间平均速度:就是在观测时间内通过路线指定断面所有载运工具瞬时速度的算术平均值;

区间平均速度:有两种定义,一种定义为:载运工具行驶一定距离与该距离对应的平均行驶时间的比值;另一种定义为:某一时刻路线上所有载运工具瞬时速度的平均值。

2、交通量是衡量运输设施产量的一项指标。引用到空中交通,交通量指单位时间内通过航线某一点或者某条航线的航空器数量(不分方向)。

二空中交通拥挤

2.1定义

与地面交通拥挤类似,空中交通拥挤,对于出行者来说,主要是对时间和飞行速度的感觉,即航空器在机场跑道等待起飞放行,或者航空器在终端区走廊口附近等待降落等等。

空中交通拥挤具有时间性和空间性,也就是说,交通拥挤现象并非呈现在一天的任何时刻或任何地点。因而,在很多情况下,对于空中交通来说,交通拥挤出现在到港、离港需求没有充分或是不合理利用空中交通管理系统资源,或者是空域划分不合理造成的。

交通拥挤的大多数定义中都反映出拥挤产生的影响――即反映了超出出行者可接受的时间或延误的增长。因此,出行时间及其相关指标在交通拥挤定义和评价中被广泛应用。但是,出行者可接受的出行时间、速度和延误反映的拥挤是随着地理位置(机场所在城市位置)和时间段而变化的。根据机场、空域规模、拥挤发生地点、拥挤时段和拥挤人群的不同,对交通拥挤的接受程度也不同。实际上,交通拥挤总是存在的,只是有的拥挤可以接受,而有的拥挤则不可接受。本文所要解决的拥挤问题主要是针对不可接受的拥挤。不可接受拥挤(unacceptablecongestion)是当出行时间或延误超过了一致标准的拥挤。对于空中交通领域来说,这个一致标准随着机场设施、飞行时间等的不同而不同.。此对应,可接受拥挤(acceptablecongestion)是当飞行时间或延误超过自由流状态下飞行时间或延误时形成的拥挤。

2.2空中交通拥挤描述

在实际研究中,空中交通拥挤通常引用空中交通流三要素进行描述。

现考虑同一条航路长度L、时段T、航空器架数n，并假定各航空器的速度V＝L/T相同,则:n＝qT=KL

同样,可以得到基本关系式:

q=KL/T=KV

即:交通量为速度与交通密度的乘积。

若均取其平均值,上述三要素的基本关系式可分别绘成下图:

图2－1交通流三要素之间的关系图

从上述交通流三要素关系图，可以得出如下结论：

1、V-q图：当速度V＝0时，交通流量q=0,此时交通处于闲置状态；随着速度V增加，交通量q增加，此时交通不拥挤；当V增加到一定程度，q增加到最大值，V继续增加，q呈下降趋势，此时超过空中交通容量；当V→∞时,速度达到最大,交通量q→0,此时交通处于阻塞状态；交通流量q达到的最大值qm为最佳流量,对应的vm称为最佳速度。

2、q－K图:当K→0时,交通量q＝0,此时交通处于闲置状态；随着密度K增加,交通流量q增加,此时交通不拥挤；

当K增大到一定程度,q增加到最大值,K继续增大,q呈下降趋势,此时超过交通所能承受的能力,交通处于拥挤状态。

当K→∞时,密度达到最大,交通量q→0,此时交通处于拥挤状态。交通流量q达到的最大值qm,为最佳流量,对应的km称为最佳密度。

3、V-K图:随密度K增加,速度V减少。

当K=0,即密度为零时,V值可达理论最高速度即自由流动速度vf；

当K→∞,即密度为最大时,V→0,此时交通处于拥挤状态。曲线上任意一点的纵坐标、横坐标与原点所围成的面积即为交通流量,图中vm为交通流量最大时对应的速度,称为最佳速度,对应的km为交通流量最大时对应的密度,称为最佳密度。

三小结

从交通流三要素的关系图可以看出,交通流参数能够形象生动地体现空中交通拥挤形成过程中,交通流的时空变化特征。因此,通过对空中交通流参数数据的采集分析,找出其变化规律,将有助于空中交通复杂程度的研究。事实上，当前并不存在一个对空中交通复杂度的统一检测方法，而只有在某一个特定背景下、出于某一特定目的对空中交通复杂度进行检测才是有意义的。我相信本文的研究定能为今后复杂性在空中交通管理中的应用、改善我国空域结构、优化空中交通程序提供基础。

参考文献

[1]何毅,董德存:空中交通复杂度参数模型与空域状态预测，软件导刊，2007年15期。

[2]姚玲:空中交通拥挤评价方法研究，中国民航大学学报,2008。