基于过程方法的民航空中交通管制系统运行效率评估

肖翔

中国民用航空西南地区空中交通管理局贵州分局

摘要：过程方法是动态跟踪问题构成要素并协调配置可用资源选定最佳方案的管理方法。应用于民航空中交通管制系统的过程方法主要有机场管制、进近管制和区域管制三大类，三类管制可以分别应用SBM评价模型、结合系统聚类和K均值聚类的模型和BP网络评价模型进行系统运行，效率综合评估。本文的研究能够帮助管制部门有效掌握各类过程方法的运行情况，并为提升民航空管效能提供参考借鉴。

关键词：空中交通管制；运行效率评估；过程方法

一、引言

经济全球化的深入发展与国际航空网络的深度构建，使得民航运输流量持续增长，日益复杂的空中交通结构也对空中交通资源的合理利用提出了更高的要求。^[1]为保障航空安全并提升民航空中交通运输效率，运用过程方法构建高效的空中交通管制系统效率评估体系。过程方法对于优化管制策略并减少、控制燃料消耗与排放和提升整体运输效率具有重要意义。^[2]当前应用于民用航空领域的过程方法主要有机场管制、进境管制和区域管制三大类，本文分别论述了三类过程方法及其运行效率评估系统。

二、民航空中交通管制系统分析

空中交通管制系统使充分调配专业人员、精密设备、管理机制等相关资源构建信息收集和数据处理体系的工作机制，对于提升民航空中交通运输效率、保障航空器飞行安全、维护空中交通秩序等具有积极的影响。过程方法是动态跟踪问题构成各项要素的变化情况并综合环境特征和可调配资源等要素设计最佳解决方案的一种分析方法。^[3]过程方法融合了同一问题机制下的各项相互作用因素，能够将具有关联关系的活动内容作为转化为问题分析的输入项，通过具体问题分析与过程控制获取有效的输出结果，最终向用户提供具有增值意义的相关服务。^[4]将过程方法应用于民航空中交通管制系统的运行效率评估，需要基于实际需求设定过程目标，并将各项要素转化为可以量化的具体指标，最终转化为能够为民航飞行提供空中交通服务信息的有效成果。按照管制系统适用的规则和管辖的范围不同，当前空中交通管制系统一般分为机场管制系统、进近管理系统和区域管制系统三大类。

（一）机场管制

机场管制系统主要在机场可以直接管控的地面空间和空域范围内为民航航空器提供相关空中交通管制服务。^[5]具体可以划分为起飞管制服务和降落管制服务两大类。

从起飞服务来看，机场管制涉及三个阶段。首先是指令获取阶段，地面管制员在获取调配确定信息的基础上，与飞行员取得有效沟通，为航空器的启动和后退提供指引服务；此后，在航空器滑行过程中管制员需要对机场起飞安排和航线排布进行再次确认，并指引航空器滑行到达指定起飞地点；最后，飞行员要与地面塔台管制员进行航空器可确认，在获得可行指令的基础上方可滑行起飞。

从降落服务来看，机场管制同样涉及三个阶段。首先，地面空中交通管制员需要就降落航空器的基本情况进行确认；在此基础上，飞行员按照规范操作完成降落工作，自着陆后跑道进入滑行道开始，过程控制的管理权限正式移交给着陆的空中交通管制机构，飞行员需要按照塔台管制元的具体指令完成规定路线滑行工作；最后在降落的管制引导下，飞机需要进入相应停机位。

（二）进近管制

进近管制将民航空中交通管制过程分为两个阶段，分别是离场航空管制和进场航空管制。其操作流程与机场管制基本相似。就离场航空管制而言，起飞后，航空器按照标准的立场程序和飞行线路完成爬升率航行工作，到达协议移交高度后通过进近移交管制规则已交给后续管制区域；就进场航空而言，进近管制的接收区在接到可能移交的指令之后指导航空器按照标准飞行程序完成相应的降落工作，通过雷达探测等方式实时监控航空器的整体动态，在航空器报告截获航向报告时落地的塔台获得该航空器的空中管制权限。当前大部分航空器参照仪表飞行规则完成飞行，小部分航空器会在条件允许的情况下执行目视飞行规则。

（三）区域管制

区域管制主要是用于航空器按照计划航线飞行情况下，区域管制员在充分考虑飞行高度、天气气候情况、不同分成使用情况等要素的基础上，为航空器提供中交通管制指引，避免飞行冲突情况的出现。区域管制需要具有管理权限的移交、责任确认和信息协调进行高效沟通。

三、空中交通管制区域重组的可行策略

基于前文所述过程控制方法在民航空中交通管制系统中应用的三个方向，本文分别提出了评估各过程方法在民航空中交通管制系统中运行效率评估的可用模型。

（一）利用SBM模型评估机场管制效率

机场管制作为过程方法在民航空中交通管制系统中应用的典型方向，需要使用兼顾有效性和经济性的标准对其运行效率进行合理评估。针对机场管制常用的方法是SBM模型法，即在确定管制整体目标的基础上使用因子分析法进行指标降维以构建多级评价体系，最终转化为考虑期望产出成果的初步评估结果，此后进一步建立进阶的SBM-SE模型完成二次评估，对比预期与实际情况的相对环境、相对流量和相对问题等要素基础上得到相对效率评价结果。

（二）结合系统聚类和K均值聚类评估进近管制效率

结合系统聚类和K均值聚类评估方法采用了分类定级评价的分析方式，针对进近管制设计了基于过程活动的效率评估指标，并通过不同时间多次采样确定研究对象与聚类数量，最后使用数据分析和系统运行观测等分析方法得到分类效率评价的结果。这一分析方式是在此前国内外研究基础上总结创新得到的新型进近管制效率评价方式，对于精准高效评价过程方法应用下的空中交管运行效率具有重要意义。

（三）利用BP网络模型评估区域管制效率

BP网络模型适用涵盖多元航线、统筹复杂时间排布和空间控制、应对动态变化交通情况的区域控制过程，能够将信息技术、雷达检测、人工智能等先进技术作为基础数据获取和模型分析的有效工具，在使用特定评估区域完成系统测试和调试后，操作人员可以按照说明指引输入评估指标，通过系统运算后即可得到效率等级评价结果，以此实现动态的多航线、多航向、多样本的过程分类评估。

四、研究总结

总结来看，应用于民航空中交通管制系统的过程方法主要有机场管制、进境管制和区域管制。构建有效的过程方法，应用机制和效率评估体系，对于提升民航空中交通管制系统运行的规范性和有效性具有重要作用。机场管制效率评价可可以使用SBM评价模型、进近管制评价可以使用设计了结合系统聚类和K均值聚类的模型、区域管制评价可以使用BP网络评价模型。这些评价模型的使用能够为过程方法在民航空中交通管制系统运行效率的评价提供相应参考。

参考文献

[1]林欢. 管制运行效率评估[D].中国民用航空飞行学院, 2012.

[2]罗冠中. 空管运行效率评估技术研究[D].南京航空航天大学, 2012.

[3]王梦丽, 聂润兔, 张兆宁, 等. 基于数据包络分析的机场管制系统运行效率评估[J]. 航空计算技术, 2015, 45(4): 61-65.

[4]何平. 民航西南空管局管制运行品质评测系统的开发[D]. 电子科技大学, 2013.

[5]方学东, 郝斌. 基于 DEA 模型的民用机场运行效率分析[J]. 航空计算技术, 2010,06: 47-49+54.