基于优先级和需求量的二次雷达跨区编码动态分配

王国峰等

摘 要：参照目前二次雷达编码分配的地区构架，基于管制区优先级和需求量的优化目标，重新调整各个地区编码分配数量，利用跨区码共享的优化算法，实现编码利用率的极大提升。仿真结果表明，该算法快速、有效。

关键词：二次雷达编码；共享；跨区码；分配

引言

二次雷达是民航空管的主用监视雷达。近年来由于航班量的快速增长，二次雷达编码资源愈发紧张，导致自动化系统中经常出现二次雷达重码告警和航班信息关联错误等情况，给管制指挥与航班运行带来困扰和安全隐患。在无法增加应答机编码的前提下，优化应答机编码管理技术显得尤为重要。有的研究针对编码再分配的有关研究提出了SSR编码按流量比例分配、区内码共享等策略，提出要打破区内码、跨区码的使用界限，建立全国二次编码统一分配的新机制，以解决编码紧缺的现状[1]，只是未对编码再分配提出具体的方案。文章依据各地的编码实际需求量、我国的情报区划设和各管制区编码分配的应用情况，提出了二次雷达跨区码按需求动态分配的优化算法，提高编码的利用率，减轻编码不足造成的管制压力，缓解管制区内的重码问题，给航班运行安全提供保障。

1 现行二次雷达应答机跨区编码分配使用情况

（1）中国大陆直接管辖九大飞行情报区，分别为沈阳、北京、上海、武汉、广州、三亚、昆明、兰州、乌鲁木齐飞行情报区。经2014年5月全国空管区域优化后，大陆上空划设高空管制区（兼中低空管制区）8个，分别为北京管制区、上海管制区、广州管制区、成都管制区、沈阳管制区、西安管制区、三亚管制区和乌鲁木齐管制区，中南地区（武汉、广州、三亚）编码分配由广州飞行情报区统一安排。

（2）我国民航的应答机编码通常有情报区内使用的区内码和情报区外使用的跨区码两类。目前各地编码的分配数量及区内码和跨区码比例基本还是按照民航局空管局在2000年下发实行的方案分配的[3]，各地编码的分配数量及区内码与跨区码比例长期固定，而近年来各地航班量也出现了大幅增长，特别是跨区飞行航班量的激增，加之原先区内码和跨区码的分配比例没有按照新时期航班流量更新，导致两者单次循环使用的时间差距较大；另一方面，同一情报区对编码的需求量在不同的时段有高峰量也有低峰量，且不同情报区和不同机场的高低峰时段也不同，各个地区固定的编码分配模式导致编码分配缺乏灵活性，原来的分配方案对编码的利用效率很有限，采用资源动态调配的方式调动跨区编码可有效地解决编码紧缺的问题。

2 应答机跨区编码动态分配使用策略

针对需求量最大、造成空管雷达编码重码告警主要原因的跨区编码，应当加强地区间编码流动、充分调动全局编码资源，在保证管制安全的前提下，实现跨区编码利用的最大化。

由于跨区码是在不同的飞行情报区使用，不同的情报区使用相同的跨区码存在很大安全隐患，因此文章提出一种基于各情报区跨区编码盈亏程度来调整情报区间跨区编码分配数量的算法。针对各地应答机编码使用情况，文章采用整体解决与部分解决统一实施的思想，利用“回退式”算法思想对跨区编码进行动态调度。根据供需平衡的原理实现全局的跨区码供需平衡，若不可解决全部地区的需求，我们利用算法回退，抛开权重最小地区的需求，优先解决重点地区跨区码的紧缺问题，进而实现调度的优化。

2.1 跨区编码优先级的确定

分配编码需要遵循优先保障的顺序。首先确定北京、上海、广州、沈阳、昆明、兰州、乌鲁木齐飞七大行情报区的跨区编码需求的重要程度。根据民航局空管局在2000年下发实行的分配方案及近年来各地区航班量，基本确定长期处于编码不足状态的飞行情报区有北京、上海、广州三地。北京作为中华人民共和国首都、直辖市，是中国的政治、文化和国际交往中心，要客飞行任务繁重。根据民航相关规定，通常情况下，应当允许执行紧急或者重要任务的航空器、定期航班或速度大的航空器优先起飞[4]。同时，北京首都国际机场是世界规模最大的国际机场，旅客吞吐量在2014年达到8612.8万人次，连续五年位居全球第二[5]，故将其优先权排在第一位；上海是中国的经济、交通、科技、工业、金融、会展和航运中心之一。上海的航空旅客吞吐量排名世界城市第七，特别是浦东机场货邮吞吐量自2003年以来一直位居国内首位，比首都、白云和深圳三家总和都多[6]。此外，目前上海情报区内包含了三个国内吞吐量前十的机场，故上海飞行情报区优先权排第二；广州飞行情报区，相较于前两者尚有回旋余地，所以编码分配优先权为第三。优先权的先后顺序为：北京>上海>广州。

2.2 跨区编码盈缺情况的确定及动态分配

首先对各地编码的需求情况进行分析：选取某时间段内北京、上海、广州、沈阳、昆明、兰州、乌鲁木齐各区已有的跨区编码量记为a，该情报区跨区编码需求量记为b，按照a减b做差依次得到各地区编码盈亏数量ci。

判断跨区编码亏缺地区需求总量及编码整体盈余情况：ci若为正值，则表明该地区（i地区）跨区编码富余，ci若为负值则表明该地区（i地区）跨区编码短缺。分别记录正负值对应的跨区码富裕的地区和跨区码短缺的地区作为之后调配跨区码的依据。对ci为正的富余量求和，得出全局跨区码富余总量。总余量再与所有ci为负的各地亏缺量相加判断其和值的正负：若和值为正，则表明各地区相互借调就可以解决全部编码紧缺问题；和值若为负，则表明可以解决部分地区编码紧缺的问题，将一个或两个地区跨区码短缺的问题暂时搁置，待到下个时隙解决。

优先解决重要地区编码紧缺问题：根据优先权排序，对排序最后的地区编码紧缺问题暂时搁置，等待后续的时隙解决，不参与全局优化过程。再将剩余地区编码盈亏数量ci求和，判断和值正负。若和值仍为负，则继续搁置优先权靠后的地区，依次类推，直至最终和值为非负数为止。这样就实现了采用“回退式”的策略解决了部分地区跨区码短缺的问题。

在全局优化结束后输出。在下个时隙，已优化的地区不参与全局分配，搁置地区按照优先级采用上述流程继续优化，这样就实现了动态分配跨区码的目标。

2.3 跨区编码动态分配方案的验证试验

根据二次雷达常见的“假警”、“虚警”问题，以及常见的管制区间协议常用规则，编码分配时要遵循以下几个原则：

（1）优先选择距离编码短缺区较远的地区调用编码；（2）选择调用的区域至少间隔亏缺区域一个情报区；（3）所调用编码应当尽量来自同一个情报区。

再次进行优化，在北京情报区编码紧缺问题解决后，根据优先权，这个时隙解决上海情报区编码紧缺问题。

再次进行优化，在上海情报区编码紧缺问题解决后，根据优先权，这个时隙解决广州情报区编码紧缺问题。

首轮跨区码调配结束，下一轮编码重新分配。运算结果表明算法实现了全局优化，达到了解决编码资源紧张问题的目的。

经上述算法分析，有如下结论：

（1）通过该回退式跨区码动态协调系统，对重码情况进行动态划分和逐级分段式解，有效地减少了以往调度过程的模糊性和繁杂性，简化了协调系统模型。

（2）利用整体加部分协调处置系统，解决编码紧缺问题。通过所需编码数量和已有空闲编码数量的差值确定调度的进程，有机地实现了跨区码调度的优化。

（3）通过整体编码需求量的变化及时地调整编码供需关系，需求编码的数目又影响总编码值的正负变化，形成了反馈调节。根据算法的收敛规则，供需编码将在一定轮回后达到平衡，实现了调度过程的负荷随机变化和平衡之间的协调。

此外在调配过程中需要注意的是，被借调编码的地区在下一时段应有足够自身使用的编码数量。对此我们可以在富余跨区码地区协调借调时采用一定限制，如上述算法流程中可以使aj=ci/1.1，这样来保证借调编码的地区可以灵活应对短时的新增需求。对于具体保留比例，我们将在以后的研究中加以论述。

3 对我国应答机编码动态分配的建议

3.1 航班延误情况的处理

航班延误会占用编码资源，导致原有的编码量无法满足实际的需求，大范围延误时还易引起重码告警、航班错误关联等。

为了避免航班延误对编码资源的浪费，一方面有关部门应规范航空公司的行为，在航班延误半小时以上时及时拍发延误报，释放处于占用状态的SSR编码；另一方面是在管制系统内部，对于有相对明确延误信息且延误时间超过设定值的航班，及时发布CHG报文，使其在欧洲猫系统内的FDR状态改变，暂时释放其占用的编码，以减少SSR编码的空占[5]。目前广州白云机场利用塔台运行管理系统（TOMS）进行二次编码重复性的探测，如果探测到即将起飞的航班与已经激活的航班出现相同的二次编码，则往欧洲猫系统发送一份延误报，欧洲猫系统收到延误报之后，会将原有二次编码清除，重新分配新的二次编码，这在一定程度上避免了重码告警和航班关联错误的现象。

3.2 编码分配机制的支撑条件

二次雷达编码的分配涉及管制内容的方方面面，这需要空管自动化设备与系统的支持，一个编码分配处理自动化平台将大大提高编码的使用效率和利用率。国家层面的编码再分配方案是基础，自动化技术支持是编码再分配方案实施的技术保障，而规章规范的建立是其制度保障。

4 总结与展望

我国的民航事业的不断发展，航班量持续增长，在无法增加A/C二次雷达模式应答机编码的限制下，应答机编码的日趋紧张，有效合理地使用有限的应答机编码资源，才是解决编码短缺问题的出路。针对编码资源紧张的问题，文章以全局分配优化编码资源等问题为研究中心，以各地航空市场地位确定分配优先级，以满足各地编码需求量为基础，提出了基于地区优先级和需求量两种要素的动态分配策略，有效地利用了全局的编码资源，实现了全局或者局部地区编码优化的目标。对于编码管理层面，也有一定的启示作用。

随着空域管理技术和雷达数据技术的发展，在空管行业应用S模式雷达及 ADS-B技术是大趋势。但在新技术还在初步探索阶段，A模式的二次雷达编码还会在相当长的一段时间内使用，而在S模式雷达及ADS-B技术大面积的普及和应用后 ，不仅是拥有24位地址码即百万级的编码用以分配，而且以航班号作为耦合条件，也会成为新的补充，现在存在的编码不足、重码问题也将随之应用也会得到解决。

参考文献

[1]秦晴，尹刚.二次雷达应答机编码管理分配问题和改进策略[J].空中交通，2014（12）：3-5.

[2]许乐.欧洲猫自动化系统应答机编码管理技术分析[J].信息通信，2015（5）：8-9.

[3]民航空管.关于对二次雷达代码分配和使用办法改进工作进行调研的通知〔2013〕170号.

[4]中国民用航空空中交通管理规则（CCAR-93TM-R2）[S].

[5]Wikipedia.beijing10.3 https：//en.wikipedia.org/wiki/Beijing#Air

[6]Baidu encyclopedia.8.4 http：//baike.baidu.com/item/上海/114606#8_4

[7]中国民航二次雷达代码使用管理规定，附录B：中国民航二次雷达代码资源表.

[8]王斌，缪志新.浅谈白云机场应答机重码的情况分析及改进[J].空中交通管制，2014（4）：19-21.

作者简介：王国峰，男，汉族，山西省原平市人，中国民航大学，学生。

金园凯，男，汉族，浙江省义乌市人，中国民航大学，学生。