摘要：目前由于空中交通流量增长较快，出现了世界范围内空域拥挤，采用先进、科学的空中交通流量管理系统，可以有效解决空域问题。本文根据我国目前采用的管制体制，设计了适用于我国的空中交通管理系统，采用了三级系统组织架构，每一级有三个模块，根据流量管理系统的功能，将空中流量管理系统分为信息层、决策层和显示层，并在决策层中应用了协同决策理念。
关键词：空中交通管理；流量管理系统；系统结构；协同决策
1 引言
根据2012年民航行业发展统计公报，2012年，全行业完成运输总周转量610.32亿吨公里，比上年增长5.7%，其中旅客周转量比上年增长10.6%，平均航班正常率为74.83%，其中机场旅客吞吐量东部地区占了57.2%，民航业作为朝阳行业正在经历着快速发展。由于空中交通流量增长较快，出现了世界范围内机场、空域和航线网的拥挤，在机场、终端区以及航路的交叉点都不可避免地频繁出现飞行冲突，形成了空中交通网络的瓶颈，空中交通处在超负荷的状态，结果造成大量的航班延误。欧美航空业发达的国家和地区为解决航班延误问题，采取了一系列政策和措施。在政策上，积极开放民用可航区域；在措施上，都建立了非常高效的空中交通流量管理系统，这不仅对空中流量的控制管理起到了重要作用，而且大大提高了空域利用率，减小延误，提高飞行安全水平。
从2012年民航业发展统计公报的数据显示，2008-2012年我国民航运输业飞速发展，民航现有的空域结构、网络布局都很难适应空中交通流量的增长，目前存在以下几个问题：（1）航班延误严重；（2）空域的开放程度不足，民用航空缺乏足够的空域资源，使整个空中交通的容量受到极大的限制；（3）低能见度、雷暴和台风等恶劣天气影响；（4）空军活动影响；（5）目前我国民航以空中交通管制服务兼顾空中交通流量管理的作业方式，很难达到完善空中交通管理的目的，急需一个运行良好的空中交通管理系统来解决目前流量增加、空中拥堵的问题。
2 空中交通流量管理简介
空中交通流量管理（Air Traffic Flow Management）是指科学地安排空中交通量，使得空中交通管制系统中的总的交通量与其容量相适应。空中交通流量管理的主要作用是监视一定范围的空中交通状况，进行交通流量的预测和控制，防止特定航线、区域或扇区的流量过分集中，以求增大整个航空管制区的处理容量，减少空中和地面飞机的延误，防止空中交通管理系统超负荷运转，保证空中交通的安全和畅通[1]。空中交通管理方法的主要原理是调配处于拥挤时段的飞机，利用空域的闲置容量，使得空中交通安全、高效、有序、提高空间和时间的利用率，同时尽量满足用户需求，实现航空运输系统稳定运行。经过流量限制区域的航班不会总处于高峰状态，流量管理就是利用某些时段闲置的容量，将其他时段不能容纳的航班置于其中，同时使航班的延误总损失最小[2]。美国、欧洲和日本根据本国、本地区的特点，利用先进科学的流量管理理论，陆续建立了各自的空中交通流量管理系统，增加了空中交通流量，这对建设我国的空中交通流量管理系统有很多的启示。根据实施管理的时间不同对流量管理分为先期流量管理或称战略流量管理、飞行前流量管理或称战术流量管理和实时流量管理或称动态流量管理。
3 空中交通流量管理系统设计思路
3.1系统架构
从发达国家的空中交通流量管理系统来看，基本上都建立了以国家级空中交通流量中央管理机构为核心的、高度集中统一的空中交通流量管理系统。目前有两种系统组织形式二级空中交通流量管理系统组织和三级空中交通流量管理系统组织[3]。我国目前管制系统采用总局空管局—地区空管局—各地空管中心（站）的管制体制，这与三级空中交通流量管理系统组织相对应，所以采用三级系统组织。第一级是全国统一的中央流量管理中心（Central Flow Management Center），负责监控全国范围的空中交通流量，实现跨区域流量协调和管理，称为一级流量管理中心；第二级是区域流量管理中心（Area Flow Management Center），负责协调本区域内的飞行流量，称为二级流量管理中心；第三级按地域可分为航路和终端区两部分，在区域流量管理中心指导下分别进行航路和终端区流量管理。终端区包括塔台流量管理单元和进近流量管理单元[4]。（如图1）
3.2系统功能
根据空中交通流量管理系统的总体功能，将系统分为三层。
（1）信息层：网络是空中交通流量管理系统的重要基础设施，欧美、日本都无一例外的使用了以中央流量管理系统为核心的计算机网络系统。信息层是借助网络通信技术建立的。有了网络为基础，信息层通过数据接口接收来自航行电报、气象、雷达等信息引入信息库，通过数据库分发网络接口管理各个用户的授权来控制对数据库的访问[5]。信息层要实现实时动态数据交换，远程对话，及时预告瓶颈等。
（2）决策层：根据监测到的流量信息，与空域容量相比较，决定是否需要采取流量管理策略如地面等待策略等对空域容量进行控制，从而避免空域拥堵。
近年来，一个先进的理念—CDM（Collaborative Decision Making，协同决策制定）被应用于国外空中交通流量管理，其思想是通过加强和改善空中交通流量管理部门与航空公司之间的数据交换，实现态势共享从而辅助流量管理部门制定更优的流量管理方案。（CDM）在决策层拟采用协同决策机制，在飞行保障的三个关键方，空管、航空公司和机场实现信息和资源的共享[6] （如图2）。流量管理的主要目的应该是通过有效的工具（如CDM）协调参与航空器运营各方的利益，减少航班延误，削峰填谷，减轻管制负荷，形成最优的流量管理方案。因此在设计空中交通流量管理系统时在决策层应用CDM的先进理念，在三级流量管理中心建立CDM协同决策平台，并在一、二级流量管理中心指导下进行流量管理。
（3）显示层：显示层为所有的协同决策参与者提供共同的综合信息，实现对空域信息、航迹信息、流量预警信息、飞行流量信息、飞行计划、气象信息以及设备运行状态信息的实时显示。
空中交通流量管理系统三层模型如图3所示。
根据空中交通流量管理方法，将每一级流量管理中心分为三个模块：
（1）先期流量管理模块：进行飞行计划的批复，根据飞行计划统一安排各航空公司的航班时刻表，合理分布各条航线、各个时间段的交通流量。规定提前时间对飞行计划进行调整，包括定期航班和非定期航班，避免在空中交通网络产生拥挤区域，防止某一空域流量集中而产生瓶颈超过负荷。（空中交通流量管理理论与方法综述）二级流量管理中心根据飞行计划、飞行时刻表进行本区域内容量评估，是否流量接近或超出区域容量，并将评估结果反馈给一级流量管理中心。
（2）飞行前流量管理模块：二级流量管理中心在飞机起飞前24小时之内，根据区域内可能出现的恶劣天气、重要活动等影响空域容量时，结合飞行时刻表、雷达融合数据、飞行计划等，对区域内容量和交通流量进行战略预测，并根据预测结果通过CDM协同决策，提出航班时刻优化、航线调整以及空域结构调整等流量战略管理方案，并将方案提交给一级流量管理中心的飞行前流量管理模块，一级流量管理中心协调控制各二级流量管理中心的战略方案 。
（3）实时流量管理模块：主要是在飞机飞行过程中采取措施，使飞机按照规定的管制间隔有秩序的飞行。主要方法是通过对飞行中的飞机实施调速、等待、限制到达（进入）、改航等方法，保持飞机间的间隔。实时流量管理工作一般由区域管制室负责，需要机场、航空公司、空管单位等多方协调，保证实时关键信息传递畅通。一级流量管理中心的实时流量管理模块负责监控全国范围的实时空中交通流量，协调跨区域流量。
3.3 系统运行流程
每一级流量管理中心通过先期流量管理、飞行前流量管理和实时流量管理三个模块对下一级流量管理中心相应模块进行控制管理，各个二级流量管理中心之间是平等、自治的，通过一级流量管理中心协调。在整个系统中，各级流量管理中心必须进行信息交互，各个飞行保障方（飞行员、航空公司、机场和空管）通过CDM协同决策平台实现信息共享和交互。系统中每个自治的二级流量管理中心代表一个区域的利益并为之服务，但系统的最终目标并不是某些区域的利益最大，而是通过中央流量管理中心协调使整个国家的利益最大。系统是动态的、开放的、复杂的。设计的空中交通流量管理系统运行流程如图4。
4 总结
本文对空中交通流量管理系统进行了分析，引用CDM协同决策的先进理念，探讨建立了基于我国目前空中交通管制体制的空中交通流量管理系统，包括系统架构、层次、模型和运行流程，并对各个模块进行了分析。
参考文献：
[1] 严勇杰，郭宝华，张燕. 面向对象的空中交通流量管理系统建模与仿真[J]. 自动化技术与应用，2008，27（6）：9-14.
[2] 黎新华. 空中交通流量管理理论与方法综述[J]. 空中交通管理，2010，3：6-8.
[3] 黄俊祥. 我国空中交通流量管理系统的组织设计探讨[J]. 空中交通管理，2007，8：4-5.
[4] 黎新华，张兆宁. 基于Agent的空中交通流量管理系统结构研究[J]. 交通运输工程与信息学报，2007，5（1）：56-61.
[5] 阎森. 我国空中交通流量管理系统存在的问题和发展措施[J]. 空中交通管理，2010，11：9-10.
[6] 段虎珍，胡明华. CDM理念对我国空中交通流量管理系统建设的启示[J]. 空中交通管理，2010，1：13-15.
作者简介：刘芳，女，1972.5，工程师，本科。