第11卷第4期1996年12月数据采集与处理Journal of D ata A cquisiti on&P rocessingV o l.11N o.4D ec.1996飞行计划与空中交通流量管理系统Ξ尹理丽 吴树范(南京航空航天大学自动控制系　南京,210016)摘要　“飞行计划与空中交通流量管理系统”是新近研制成功并投入实际应用的一套计算机辅助管理软件,为民航航班的计划与协调过程提供帮助和咨询,协助计划员实现对航站和区域中航班流量的精确控制,并为违犯航管条例的非法航班提供专家咨询与建议,帮助计划员为其寻找合适的新时刻表。

本文概括介绍了该软件系统的设计思想、主要功能和相关技术。

关键词:飞行管理系统;计算机管理;飞行计划;空中交通管制;专家咨询中图分类号:V355;T P11;T P31引 言全国民航航班计划的协调与制定是整个民航运输系统的一个重要环节,是航行安全的保证。

民航管理部门结合实际的地面导航能力制定了一系列比较严格的条例与准则。

这些条例与准则的实施,使得航班计划过程变得日益复杂,完全由计划人员手工完成十分困难。

为此,必须开发一些计算机辅助软件,用计算机来处理大量的航班信息和数据。

基于上述考虑,南京航空航天大学和中国民航华东航务管理中心联合研制、开发了一套“飞行计划与空中交通流量管理系统”,该系统不仅能实现对航班信息的综合管理、查询及分类统计,并严格按照航行条例与准则来自动排查出所有不合乎要求的航班,而且还能进一步地为排查出的非法航班搜寻临近的合法时刻,提供给计划员及所属航空公司选择和决策,从而使系统具备了智能特性。

本文将概括介绍该软件系统的主要功能和特点。

1　航管条例与准则基于实际的航路导航设施和能力,以及各机场的吞吐能力,民航总局制定了一套适于我国国情的航班计划条例与准则:(1)航班的离场和进场时间,应以5m in为单元;换言之,所有的离进场时间是5m in的整倍数。

(2)在同一航站,不允许两个航班同时离场或进场,其最少时间间隔应为5m in,而同时起飞和降落则是允许的。

(3)在任一航站,同航向起飞的时间间隔准则为:当前机飞行高度高于后机时,最小时间间隔为5 m in,当两机飞行高度相同时和前机飞行高度低于后机时,最小时间间隔为10m in。

(4)在任一航站,其航班流量(又称起降密度,定义为单位小时内的总起降架次)应限制在指定的范围内。

(5)在某一高空管制区域的航班流量,亦应少于规定的数量。

(6)在指定的空中航路点上,以同一高度相继穿越该点的航班之间应满足规定的时间间隔要求。

当所申请的计划航班不能满足上述各项要求时,本软件系统则应自动地根据各航班的优先等级,将相关航班进行排序,尔后将优先级较低的、不满足上述准则的航班自动排除出来,视作非法航班,并连同其非法的原因(即在何时、何地不满足何项规则)一并显示给计划员,供参考或做进一步的调整。

各航班的优先等级则依下述规则排定,且各条规则的优先等级依次序进一步减小:Ξ收稿日期:1995205231;修改稿收到日期:1995209211(1)国际航班优先于国内航班;(2)老航班优先于新航班;(3)班期多的航班优先于班期少的航班;(4)机型大的航班优先于机型小的航班;(5)当所有上述四种优先等级均相等时,则最后依航班在本系统中的记录号进行排序,记录号小者优先于记录号大者。

2　系统主要功能简介本软件系统是针对航班计划的全过程及其各项需求而设计并实现对空中交通流量的统计与管理的,可以自动或半自动地完成航班管理和计划调配过程中的各项功能,其主要功能可概述如下:(1)对航班信息的计算机管理,包括航班信息的输入、显示、查询、修改和删除以及在线打印,对某个航班的查询可依其航班号或记录号分别进行;(2)对所有航班计划信息的分类查询、统计、显示和打印;(3)对航站和区域流量排序条件的显示与在线修改(4)对需要进行检查、排序的空中航路点信息的显示、修改、增加和删除,以及对飞越同一航路点的最小时间间隔标准的在线修改;(5)对航站和区域中航班流量超出限制条件的所有时刻(一周范围内)的统计与显示;(6)对所有航班计划按上述航管条例和准则,进行综合计算与排序,来排查出所有不满足某项或多项准则要求的非法航班;(7)对非法航班信息的分类显示、统计和打印;(8)对所有非法航班的专家咨询和建议功能;(9)对所有合法航班信息的分类查询、统计、显示和打印;(10)航路数据库的综合管理,主要完成航路及其分区信息的查询、输入、显示、修改和删除等;(11)在各航站出发的同航向航路的自动判别与管理;(12)飞机类型数据库管理,主要提供对各机型的名称代码、所属类型(A,B,C1,C2,C3,C4和D 型)及其相对优先级别;(13)航空公司名称代码的数据库管理。

包括对航空公司代码的显示、列表、插入和删除;(14)航站代码的数据库管理;(15)参考航班数据库的分类查询、显示和打印;(16)文件存储与管理功能。

主要存储与管理有关本软件系统的大量的数据库信息;(17)软件系统的自我维护与更新能力。

主要包括对航路、航站及航空公司的用户扩展能力和对系统各类信息的计算机自我转移与更新能力;(18)系统的加密和保密能力。

3　系统设计与开发311　软件开发环境本系统选择了M icro soft公司的Foxp ro V er.2.6fo r DO S作为开发环境。

系统的最终结果经编译,连接而形成二进制编码的可执行文件,它可脱离Foxp ro开发环境而在磁盘操作系统(DO S)下直接启动、运行。

312　飞行时间的计算在航班信息处理过程中,系统首先根据每个航班记录所包括的起降次数将其分解成几个(1-4)小航班,每个小航班对应一个起降,飞一条航线。

然后,结合航线信息,计算出每个航班的飞行时间表,具体算法如下:航班的总飞行距离为R=∑n-1i=1D i式中n为该航线所包含的航路点个数,D i为各相邻的有序航路点之间的飞行距离。

再根据给定的起飞行时间T i和降落时间T f,即可解算该航班的飞行速度。

从理论上讲,飞机的飞行速度是实时地连续改变的,特别是在起飞和降落阶段。

因此,理想的算法应该是根据飞机的性能数据,起飞重量及沿途气象信息,利用最优控制的动态变分法或过程综合法来求解飞机沿航线的速度飞行剖面,然后再依次确定飞越各航路点的时间[2]。

因受各方面条件的限制,本文使用了一种简化算法,假定飞机的巡航飞行速度为一常值V,为补偿起飞和降落阶段的慢速飞行。

假定在初始起飞的100km范围内,飞机的平均飞行速度为其巡航速度的三分之二,即V i=23V而在最终着陆阶段的100km范围内,平均飞行速度272数据采集与处理第11卷为其巡航速度的四分之三,即V f=3 4V如此,即可得到如下飞行方程100 V i +100V f+R-200V=T f-T i从而可解得飞机的巡航速度参数VV=R+83 T f-T i 综上,利用上述三个速度参数(V i,V,V f),即可解算出该航班飞经每个航路点的时间。

再利用航线数据库中的区域边界信息,便可确定出该航班进入和退出各相关管制区域的飞行时间,为各区域的流量统计作好准备。

这些详细的飞行时间和区域信息也存放在一专门开辟的数据库文件中,以供流量统计和综合排序过程使用。

313　空中交通流量的统计基于上述获得的飞行时间数据库,以及相应的进出各管制区域的飞行时间,即可统计每天,每一时刻在各管制区域活动的航班总架次,获得各区域的交通流量信息,以及在各航站的起降流量和起降密度。

这些信息也存放在指定的流量信息库中,对应每个航站和区域,均开辟一数据库来存放相应流量统计结果,它们是进行空中交通流量管理的基础。

314　对航班信息的综合排序与处理基于上述计算出的飞行时间信息和统计出的航班流量信息,即可对航班计划进行总体排序和处理。

首先检查各航站的起降时刻和起降流量有无违犯航管准则的情况,若有,则将相关的所有航班,依给定的优先级规则进行排序,并将排在后面超出流量规定的航班排查出来,放入非法航班信息库。

对区域的流量限制和过空中某一航路点的间隔要求的检查亦与上述过程相类似。

将各类非法航班数据库综合在一起,即可得到全部的非法航班信息。

为消除由于连带原因造成的“假”非法航班,再试着将每一个非法航班加入合法航班构成的各类信息库中,若能接受该航班,则将此“假”非法航班转为合法航班。

经过上述综合处理,即得到非法航班信息库,以及由合法航班形成的各航站和区域的流量信息库,它们是进行专家咨询和建议功能的基础。

315　软件结构设计本系统采用了模块化结构程序设计准则和自顶向下的程序设计方法,依据其不同的功能,整个系统软件由几个大的程序模块组成,每一模块对应于系统主菜单中的一个子项,另外还开辟了一个公用函数子程序库,用于存放常用的基本操作和运算程序。

而每一程序模块则又进一步由许多子程序组成,以实现复杂多样的系统功能。

在这样的软件结构下,系统具有开放性特点,增加新的排序功能(如增设新的航管条例或排序准则)或修改已有的程序功能,都是比较方便的。

换言之,本软件系统具有良好的可开发性。

系统结构如图1所示。

316　人机界面技术为提高系统的可操纵性和可读性,便于用户的使用与操作,本系统在人—机界面方面采取了如下措施:(1)该软件系统采用了下拉式和弹出式彩色菜单管理技术;(2)系统信息的输入 输出过程中,大量使用了各种彩色窗口技术,用于给用户显示各类航班信息,或提示与警告信息;(3)当需显示的信息较多时,系统采用了计算机动态滚屏技术,通过操纵某些功能键,可使大量信息在有限的屏幕窗口内上下左右地滚动;(4)丰富的报表输出和在线打印能力。

4　系统的专家咨询能力本软件系统的突出特点在于它除了具备常规的信息管理、统计和查询能力外,还具备了对复杂问题的专家咨询与建议能力。

在实际的航班协调过程中,当某航班由于某些原因而不能被接受时,通常有如下几种处理方法:其一是在不改变航班的途中飞行时间和在后续航站的过场时间的条件下,调整其起降时刻,以避开某些冲突的航班;其二是在不改变航班途中飞行时间的条件下,调整其在某航站的起降时刻,即仅移动该航班记录中某一非法小航班起降时刻,而其他小航班的起降时刻保持不变。

本软件系统实现了对上述二种处理方式的计算机辅助决策和专家咨询能力。

下面简介其过程和特点。

当在菜单选项中选中专家建议功能后,对选中的某一航班,系统首先显示出该航班原始计划信息372第4期尹理丽等:飞行计划与空中交通流量管理系统图1　系统结构框图(班期、起降航站及时刻表等),并向用户提供两类移动方式供选择:①整体移动方式。

该方式对应于上述第一种处理方法;②仅移动某一具体的非法小航班,该方式对应于上述第二种处理方法。

选定移动方式后,系统则要求用户输入两个时间参数:向前和向后搜寻的时间移动范围。