试论动态空域扇区划分管制员指派优化

黄昱斌

摘 要：通过构建动态扇区划分管制员指派教学模型，以训练成本最小化为目的，利用MATLAB、LINGO等工具，通过空间集合抽象管制员管控扇区的扇区变动前后位置关系，从而量化指派成本，并在此基础上提出相应的减少训练成本措施，从而优化动态空域扇区前置准备时间。

关键词：动态空域；扇区划分；管制员指派

前言

在国外空管界中，特别注重对空域扇区边界动态调整，满足交通流动态的变化需求，在我国民航局中，为满足交通管理的发展需求，也逐渐加大了对动态空域规划技术的重视力度，但目前，我国对这方面的研究仅仅局限于白天交通流比较大或者夜间交通流比较少的固定扇区开合扇，还没有根据天气变化情况及交通流动态对扇区边界进行改变，造成这种现象的主要原因之一是，扇区边界动态变动使得管制员对改变后的空域情况不太了解，从而增大了管制安全风险。为改善这种情况，需要根据交通流时空分布重复规律，对空域进行规划，然后通过训练组织实施动态边界扇区的改变。由于管制员是空域扇区边界调整的重要环节，指派管制员合理时，能有效地减少训练成本，提高动态扇区边界的调整效益，下面就动态空域扇区划分管制员指派优化进行分析。

1 管制员指派优化模型

1.1 问题描述

在扇区没有变动之前，设有n个管制人员对n个基准扇区进行管理，由于我国推行的双岗制，因此，总管制员数为2n；设扇区变动之后，有m个管制人员对m个基准扇区进行管理，其总管制员数为2m，则扇区数量有m>n、mn时，说明扇区数量增大，其人力资源成本也会增大，额外增加的总人数为2（m-n），这些人员属于战略储备人员，需要得到更多的训练；当m≤n时，说明扇区数量没有改变或者减少，其人力资源成本会减少。为有效地简化问题，设定在岗的管制员和战略储备人员都有管制制造，都可以上岗，同时设定管制单位存在充足的上岗资质人力资源储备。

为有效地减少情境意识失控风险，需要在存在边界变动的扇区对管制人员进行训练，假设边界变动前，第i组的管制人员所熟悉的空域扇区为s（Vi），边界变动后，第i组管制人员熟悉的空域扇区为s（Vj），而在第s（Vj）中，第i组管制人员熟悉的空域扇区为Vj1，不熟悉的空域扇区是Vj2，通过建立模型，来指派管制员到合理的空域扇区，从而最大限度地降低训练成本。

1.2 标准化处理指派数学模型

在管制员指派过程中，存在m>n、mn、mn时，集合X1={xn+1…xm}属于虚拟扇区，因此，将这些虚拟扇区设定在研究目标之外，设边界变动后的扇区用集合Y={y1，y2，y3…yn+1…ym}表示；当m

2 指派成本量化

2.1 单位体积训练成本

管制员对熟悉的空域单位时间训练成本为μ1，对不熟悉的空域单位时间训练成本为μ2，其中μ1>μ2；管制员熟悉空域单位体积需要的时间为ɑ1，对不熟悉空域单位体积需要的时间为ɑ2，其中ɑ1>ɑ2，因此，管制員对熟悉空域单位体积需要的训练成本λ1=ɑ1·μ1，对不熟悉空域单位体积需要的训练成本为λ2=ɑ2·μ2。

2.2 不同位置关系训练成本

原来的基础扇区空间体积用Vi表示，变动后的扇区空域体积用Vj表示，Vi和Vj之间的关系有以下几种情况：

（1）Vi和Vj相交，但不相互包含对方，即 ，其中Vj1表示第i组管制员熟悉的空域体积；Vj2表示第i组管制员不熟悉的空域体积，Vj1+Vj2=Vj，其指派成本为Vj1λ1+Vj2λ2。

（2）Vj包含Vi，即Vj？劢Vi，其指派成本为Viλ1+（Vj+Vi）λ2。

（3）Vi包含Vj，即Vi？劢Vj，其指派成本为Vjλ1。

（4）Vi与Vj相互重合，即Vi=Vj，其指派成本为Vjλ1。

（5）当m>n时，集合X1={xn+1…xm}属于虚拟扇区，这些虚拟扇区和当前的基础扇区与变动后的扇区没有重叠，在调配战略储备人员过程中，其训练成本均按不熟悉空域进行计算，目标空域直接决定训练成本，其训练成本为Vjλ2。

（6）当m

2.3 指派成本

根据以上分析，得出指派成本Cij表达式为：

3 分析模型及减少训练成本的措施

3.1 模型分析

根据指派成本量化表达式，建立标准指派模型，并利用MATLAB或者LINGO进行求解，其计算结果表明，随着交通流的减少，扇区数目逐渐变少，而管制员的管制扇区逐渐变大，同时Vj2λ2也逐渐变大，这符合夜间合扇的情况，但由于夜间交通流比较小，管制人员经常会忽略扇区空域变化引起的空域情境，从而增大了安全事故的发生率；随着交通流的逐渐增大，扇区数目逐渐变大，而Vj2λ2没有明显的变化，但对于管制员而言，战略储备人员的训练成本远远高于在岗管制员的训练成本，训练成本高、时间长、风险大，从而导致动态扇区变动没有得到灵活的应用。

3.2 减少训练成本的措施

为有效地减少训练成本，可以采用以下措施：

（1）准确预测未来交通负荷。（2）在特殊时段建立动态扇区变动预案。（3）最大限度指派管制员对熟悉的空域。

4 结束语

通过构建管制员指派模型，并以管制空间位置变化关系为基础，实现训练成本量化，从而得出减少动态扇区前置时间和管制员训练成本的措施。但本模型仅仅是从熟悉空域体积及不熟悉空域体积这一方面衡量训练成本的，还不太完善，这就需要在未来从空域复杂度的方向衡量其训练成本。

参考文献

[1]叶志坚，王莉莉，荆增强，等.动态空域扇区划分管制员指派优化方法[J].数学的实践与认识，2014，44（5）：80-84.