空中交通网络管理的概念与策略研究

田建广

摘 要： 空中交通网络包括航线、航路、地面助航设备以及管制部门等部分，其活动实体就是指航空器，其从网络中的一点飞行到另一点。近年来，随着空中交通网络规模的扩大，空中管制区域内出现交通拥堵现象，这就需要航空公司加大空中交通流量的管控。本文则就空中交通网络管理展开研究，通过对其概念的定义，进而对其策略展开研究，以期能够控制好空中交通流量，为航空事业的发展奠定基础。

关键词： 空中交通网络管理;概念;策略

【中图分类号】V355     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0260-02

现阶段，我国空中交通体系中，其中涉及的航线、管制区以及地面导航设备都在逐渐增多，构成了庞大的交通网络体系，航线之间纵横交错，导航设备与管制区域彼此连接形成广泛的航线分布在空中，航空器在规定的航线中飞行，通过导航设备以及管制区指导完成飞行任务，整个管理运行过程与计算机网络十分相似。因此，本文以计算机网络为基础，对空中交通网络管理进行研究，以起飞点和落地点、管制区这三个地方为网络节点，进而得到研究新思路。

1 空中交通网络管理概述

空中交通网络必须要具备高稳定性，其性能直接表示了网络服务质量、交通网络设计合理性、航路保障和管理服务水平等。网络性能的衡量参数涉及容量、吞吐量、延迟以及延迟抖动这四个，其中容量就是空中交通网络在规定时间内，确保飞行安全间隔基础上整个网络所能够承载的最大飞行器飞行数量，同等时间内网络容量要大于吞吐量;吞吐量是指在一段时间内，交通网络对飞行器处理的数量，其可以对航线、管制区域性能参数作出精确描述;延迟就是飞行器从网络中的一点飞到另一点的时间以及飞行器通过的航路、中间节点上空所耽误的时间总和;延迟抖动则是某空域，飞行器在较长一段时间内最大和最小延误时间的差值[1]。延迟有时无法将网络运行服务质量完全反应出来。

2 空中交通网络管理的策略

2.1 交通管制

空中交通管制作为网络管理具体工作，其主要是为飞行器提供安全的时间间隔和调度指导。在管制时，需要对空中交通活动进行合理的规划调整，利用先进先出、权重公平排队这两种方法对飞行器顺序进行优化调度，确保交通顺畅。

先进先出法就是需要先处理到达管制节点及其区域内某点的飞行器。而优先先进先出法就是根据航班性质、紧急程度、等待时间等因素对飞行器进行优先排列，划分不同的队列，同队列中再根据先进先出法对飞行器进行管理，在高优先级队列无飞行器后才能够对低优先级队列进行处理[2]。

权重公平法的目的在于维护每个交通流中的队列，管制节点通过轮转方式来服务各个队列，见图1。管制节点会在队列满时通知其所属交通流进行离场管制，降低放行速率，避免出现低优先级队列无法得到服务的现象。队列内会计算每个飞行器的预计结束服务时间，基于此决定服务顺序[3]。

2.2 流量管制

空中交通流是飞行器从网络中的同节点出发，通过同中间节点到达同目的节点飞行序列。流量控制就是管制单位对航空器发送速率与其接受、处理速率之间的匹配情况，发送速率快会无法满足安全时间间隔，发送速率慢会导致网络资源浪费。流量控制是利用网络资源找到折衷方案[4]。

流量控制经常应用的概念就是峰值速率和平均速率，其中峰值速率属于统计结果，在一点时间内某空中交通流中所包含的最大流量，而平均速率是在一段时间内某空中交通流量平均值。根据时间t线性函数对管制节点飞行器发送进行约束，其公式为：

N为管制节点在某段时间内处理的飞行器数量;

β为平均速率;

σ为管制节点所允许的突发量;

见图2，其为调节模型，主要用于调节到达管制节点交通活动弄，对各交通活动离港间隔进行调整，使其能够遵循线性约束到达过程对管制节点进行交通管制。管制员遵循安全间隔规定发布离港指令，只有接收到管制员的指令才可以离港。

2.3 堵塞管制

堵塞就是在不同空中交通流竞争管制节点空域资源情况下，在确保安全间隔基础上，若是空域资源不足就会出现交通堵塞现象。一旦出现拥堵，管制节点航空器数量若是没有持续下降，为保证安全间隔，就需要在管制区内让飞行器继续等待，进而使得离港飞行器数量降低，存在峭壁问题。见图3。

对于交通堵塞的管制，可以利用资源分配机制以及控制机制实现。资源分配机制中，将预定和反馈两种方式结合起来，形成前期控制机制。航班为开启前，离场管制节点需要预先请求网络预留容量，并沿着管制节点分配充足资源进而满足该请求。空中交通进行时，管制节点对管制资源进行动态计算，一旦遇到紧急情况使得空域资源出现不足的现象，管制节点就会发出减速指令，进而减少交通流量。控制机制中，堵塞状态变量有两个，分布为拥堵和建议两个窗口，其中拥堵窗口就是离场管制节点对一定时间内放行的飞行器数量进行限制，而建议窗口则是沿途各节点确保区域内不会出现拥堵现象，能够接受飞行器的数量[5]。一旦交通网络中拥堵现象严重，则建议窗口降低，管制节点就会进行拥堵控制，离港节点会让拥堵窗口值减少为原有1/2，。拥堵窗口的增减在整个空中交通管理中出现，见图4。

2.4 其他管制

空中交通网络管制还包括准入、价格和网络容量计划等，其中准入控制是空中交通网络服务质量以及飞行器间隔安全基础上，在拥堵时对离场飞行器放行数量进行限制，保证网络运行稳定。价格策略则是为平衡网络吞吐量高低峰飞行器数量，在8-10点和13-15点这两个时间段内的航路提出了较高的使用费用。网络容量计划是对空域进行重新规划，增加导航设施以及相应的航线，使网络资源能够得到扩展。

结束语：利用交通管理使空中交通网络资源得到最大限度的应用，本文通过对空中交通网络管理的研究，将其中的内在规律揭示出来，使空中交通网络运行以及交通安全提供了新的开拓方向。

参考文献

[1] 易思博.空中交通管理的发展趋势探讨[J].数码世界，2018（10）：90-90.

[2] 韩迎超.空中交通流量管理中的地面等待策略问题分析与探究[J].中国科技投资，2019（15）.

[3] 刘双.空中交通流量管理技术研究[J].商品与质量：理論研究，2011.

[4] 李琳.基于时间度量的空中交通流量管理策略探讨[J].科学与财富，2015，000（006）：227-227.

[5] 袁泉.空中交通管制安全管理研究[J].科技风，2011（05）：280.