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摘 要
随着我国航空运输业的迅速发展，空中交通延误问题越发严重。由于我国在空中交通流量方面仍然比较落后，造成了严重的航班延误和巨大的经济损失。在RVSM （Reduced Vertical Separation Minimum）空域条件下，如何尽可能的让空中交通流量向最大流量靠拢，达到经济效应与航空安全的最佳平衡成为重要的研究课题。
关键词：空中交通；流量管理；航路流量；流量算法
【中图分类号】V355
中国民航2010年运输总周转量、货邮运输量分别首次突破500亿吨公里和500万吨大关，迈上一个新的台阶。
然而，伴随着航空运输的飞速发展，我国的空域和机场也开始面临越来越嚴重的空中交通拥挤问题，并因此造成了较大的经济损失和事故隐患。空中交通网络的拥挤时由于机场、空域或航路交叉点的容量限制造成的“瓶颈”现象所致，特别在天气情况恶劣时，机场容量减小，这种现象更加严重。美国取得执照的民用机场有566个，但客运量得70%发生在22个主要机场；在我国北京首都、上海虹桥、浦东和广州白云四个国际机场集中了我国民航40%的旅客量和55%的货运量，这些机场构成了空中交通网的主要“瓶颈”，并导致了全国90%到95%的航班延误。同时，随着航空运输业的不断发展，空中交通流量的大幅增加，“瓶颈”现象、空中交通拥挤现象将越发严重。因此，加强空中交通流量管理，大力开展这方面的研究已成为当务之急。
1影响空中交通流量的因素
影响空中交通航路流量的因素较多，从实际管制运行方面大致可分为：空中交通管制规则的规定、空域结构、塔台放行规则和进场落地规则、管制员的工作负荷、气象条件、通信导航监视系统的可靠性、其他因素等。
这里我们考虑对于航路流量算法的主要影响因素是空中交通管制规则的规定。鉴于目前我国大部分地区已实施或即将实施雷达管制，本文中假设航空器都是在雷达管制下进行航路飞行，暂不考虑特殊气象、交通管制及其他方面的因素，雷达管制下假设航路纵向间隔为20 。假设航空器除超越外不变换飞行高度。
在这种情况下，航路流量的问题可表达为：在有限时间内，让飞机尽最大可能的按照最小间隔飞行，无限靠近理想状态，使得流量控制造成的总经济损失最小或等待成本最小。
2.RVSM的实行
为了增加繁忙经济空域的容量，提高航空公司的运行效益，减轻管制指挥工作负荷，国际民航组织从20世界70年代开始研究RVSM（Reduced Vertical Separation Minimum，缩小垂直间隔），即将FL290至FL420（含）之间的垂直间隔标准由2000ft缩小到1000ft。该空间范围内飞行高度层的数量从原有的7个增加到13个，新增6个飞行高度层，显著增加了空域容量。
实施RVSM是增加空间容量和改善运行效率的需要。实施RVSM将极大地减少由于可用高度层缺乏而造成的空中和地面延误。通过提供更加优化的飞行高度层，对降低燃油消耗、提高服务质量、保护环境、降低航空公司运行成本有着重要意义。实施RVSM对保证飞行安全也很有意义。国际航空界长期以来对公英制差异影响飞行安全的问题极为关注。RVSM的实施使我国与周边国家和地区高度层系统实现顺畅衔接。
3.影响航路流量的天气因素
影响航路的动态容量的因素很多，这里我们只考虑航路天气状况，包括航路上的云层分布、温度、高空风风速、风向、特殊天气、以及雷暴、颠簸或积冰等恶劣天气状况。航路天气状况主要来自于航空气象情报服务，通过实时提取重要天气报告SINGMET、日常航空天气报告METAR、特殊天气报告SPECI、航站天气预报电报FT、航路天气预报电报ROFOR和航空区域天气预报ARFOR中各种天气的具体数据项，根据影响航路容量的严重程度分成不同等级，然后为各个影响等级分别分配对应的影响系数。
RVSM空域高度主要分布在对流层，在对流层顶下面飞行，经常会遇到高云或积雨云。若在高云中长时间飞行，由于冰晶与机体的摩擦，飞机表面会起电。在积雨云顶的云中飞行，会遇到恶劣能见度、颠簸和积冰，有时还会遭到闪电击和雹击。所以飞机应避免进入积雨云顶。另外，在对流层顶下面，经常聚集着尘埃、烟粒、盐粒等固体杂质，对能见度有一定影响。
此外，当对流层顶的坡度超过三百分之一时（即在300千米的距离内，对流层高度变化大于1千米），在低于这种大坡度的对流层顶1-1.5千米的高度上，经常会有使飞机产生颠簸的扰动气流存在。
根据天气状况对航路飞行的影响，可以将影响等级分为四级：
一、风和低能见度，在高空中飞行会经常遇到高空急流，顺急流飞行时，可增大地速、节省燃料、缩短航行时间；逆急流飞行时则相反。横穿急流飞行时，会产生很大的偏流，对领航计算和保持航线都有影响。在横向穿急流飞行时，当刚进入时，风由小突然变大；刚穿出急流时，风由大变小；同时气温变化亦相当大，这时风切变和温度切变都很大，所以在穿越高空急流时很容易产生颠簸。而在RVSM空域内，基本已经实行雷达管制，管制员实施雷达引导，所以低能见度对飞行影响变小；
二、降水，降水对高空飞行的影响可分为四点：（1）降水使能见度减小。在大雨中飞行时，空中能见度只有几十米。在降雪区中飞行，能见度比降雨区中坏的多。在小雪中飞行能见度也不超过1-2千米；中雪和大雪时，能见度只有几百米。（2）过冷雨滴会造成飞机积冰。（3）大雨下容易出现较强的下降气流。（4）大雨和暴雨能使发动机熄火。（5）大雨影响飞机的空气动力。
三、积冰，（1）机翼和尾翼积冰。飞行中机翼和尾翼前缘积冰最多。积冰使翼状变形，破坏空气绕过翼面的平滑流动，使升力减小、阻力增大、爬高速度、升限和最大速度降低，空速失速增大，燃料消耗增加，机动性能和着陆性能变差，严重威胁飞行安全（2）螺旋桨积冰，活塞式飞机和涡轮螺旋桨飞机桨叶上积冰是不均匀的，叶根多于叶尖。这是因为桨叶旋转时各点线速度不同，动力增温叶尖大于叶根；同时，叶尖惯性离心力也比叶根处大，容易将积冰甩掉的缘故。（3）空速管和静压孔积冰，空速管和静压孔积冰，会是空速表、气压高度表以及升降速度表等重要仪器的示度失真，甚至完全失效。 （4）天线积冰，天线积冰能扭曲天线的形状，引起颤动，使无线电通信失效，中断联络。另外，天线积冰还可能使无线电罗盘失效。这对于在复杂气象条件下飞行是极其危险的。（5）风挡积冰，风挡积冰会严重影响飞行员的视线。
四、穿云飞行，云对飞行的影响主要有以下几个方面：（1）云中飞行可能发生颠簸。云中飞行时，若有湍流出现，则飞机会产生忽上忽下、左右摇晃的颠簸现象。在各类云中飞行，都有可能出现或弱或强的颠簸，但以积雨云最强。飞机强烈颠簸时，会对飞行安全产生一定威胁。（2）云中飞行可能产生积冰。（3）云中飞行可能会遭到闪电击、雷暴等威胁。雷暴的产生和发展过程实际上就是雷暴云的产生和发展过程。雷暴产生的威胁飞行安全的主要天气现象有：湍流、积冰、暴雨、冰雹、雷击、下击暴流等，这些天气都会对飞行安全造成很大的危害。
由于影响航路流量的不确定因素很多，所以航路流量很难被准确计算。巡航时经常会遇到不可预测的气象条件和其他影响飞行的特殊状况，使得航空器在RVSM空域的巡航高度不断进行变更，势必影响高度层的分配，影响航路流量。因此结合这些实际运行状况，需要对RVSM航路流量做进一步的研究。
在以后的研究中，可以考虑从影响航路流量的主要因素的量化方面着手，根据统计数据和方法对各种天气状况下流量的数据进行分析和总结，对影响航路流量的各种动态因素赋以影响系数，可以在最大流量的基础上更加真实的反映航路实际动态流量。
随着我国航空运输业的迅速发展，空中交通延误问题越发严重。由于我国在空中交通流量方面仍然比较落后，造成了严重的航班延误和巨大的经济损失。在RVSM （Reduced Vertical Separation Minimum）空域条件下，如何尽可能的让空中交通流量向最大流量靠拢，达到经济效应与航空安全的最佳平衡成为重要的研究课题。
关键词：空中交通；流量管理；航路流量；流量算法
【中图分类号】V355
中国民航2010年运输总周转量、货邮运输量分别首次突破500亿吨公里和500万吨大关，迈上一个新的台阶。
然而，伴随着航空运输的飞速发展，我国的空域和机场也开始面临越来越嚴重的空中交通拥挤问题，并因此造成了较大的经济损失和事故隐患。空中交通网络的拥挤时由于机场、空域或航路交叉点的容量限制造成的“瓶颈”现象所致，特别在天气情况恶劣时，机场容量减小，这种现象更加严重。美国取得执照的民用机场有566个，但客运量得70%发生在22个主要机场；在我国北京首都、上海虹桥、浦东和广州白云四个国际机场集中了我国民航40%的旅客量和55%的货运量，这些机场构成了空中交通网的主要“瓶颈”，并导致了全国90%到95%的航班延误。同时，随着航空运输业的不断发展，空中交通流量的大幅增加，“瓶颈”现象、空中交通拥挤现象将越发严重。因此，加强空中交通流量管理，大力开展这方面的研究已成为当务之急。
1影响空中交通流量的因素
影响空中交通航路流量的因素较多，从实际管制运行方面大致可分为：空中交通管制规则的规定、空域结构、塔台放行规则和进场落地规则、管制员的工作负荷、气象条件、通信导航监视系统的可靠性、其他因素等。
这里我们考虑对于航路流量算法的主要影响因素是空中交通管制规则的规定。鉴于目前我国大部分地区已实施或即将实施雷达管制，本文中假设航空器都是在雷达管制下进行航路飞行，暂不考虑特殊气象、交通管制及其他方面的因素，雷达管制下假设航路纵向间隔为20 。假设航空器除超越外不变换飞行高度。
在这种情况下，航路流量的问题可表达为：在有限时间内，让飞机尽最大可能的按照最小间隔飞行，无限靠近理想状态，使得流量控制造成的总经济损失最小或等待成本最小。
2.RVSM的实行
为了增加繁忙经济空域的容量，提高航空公司的运行效益，减轻管制指挥工作负荷，国际民航组织从20世界70年代开始研究RVSM（Reduced Vertical Separation Minimum，缩小垂直间隔），即将FL290至FL420（含）之间的垂直间隔标准由2000ft缩小到1000ft。该空间范围内飞行高度层的数量从原有的7个增加到13个，新增6个飞行高度层，显著增加了空域容量。
实施RVSM是增加空间容量和改善运行效率的需要。实施RVSM将极大地减少由于可用高度层缺乏而造成的空中和地面延误。通过提供更加优化的飞行高度层，对降低燃油消耗、提高服务质量、保护环境、降低航空公司运行成本有着重要意义。实施RVSM对保证飞行安全也很有意义。国际航空界长期以来对公英制差异影响飞行安全的问题极为关注。RVSM的实施使我国与周边国家和地区高度层系统实现顺畅衔接。
3.影响航路流量的天气因素
影响航路的动态容量的因素很多，这里我们只考虑航路天气状况，包括航路上的云层分布、温度、高空风风速、风向、特殊天气、以及雷暴、颠簸或积冰等恶劣天气状况。航路天气状况主要来自于航空气象情报服务，通过实时提取重要天气报告SINGMET、日常航空天气报告METAR、特殊天气报告SPECI、航站天气预报电报FT、航路天气预报电报ROFOR和航空区域天气预报ARFOR中各种天气的具体数据项，根据影响航路容量的严重程度分成不同等级，然后为各个影响等级分别分配对应的影响系数。
RVSM空域高度主要分布在对流层，在对流层顶下面飞行，经常会遇到高云或积雨云。若在高云中长时间飞行，由于冰晶与机体的摩擦，飞机表面会起电。在积雨云顶的云中飞行，会遇到恶劣能见度、颠簸和积冰，有时还会遭到闪电击和雹击。所以飞机应避免进入积雨云顶。另外，在对流层顶下面，经常聚集着尘埃、烟粒、盐粒等固体杂质，对能见度有一定影响。
此外，当对流层顶的坡度超过三百分之一时（即在300千米的距离内，对流层高度变化大于1千米），在低于这种大坡度的对流层顶1-1.5千米的高度上，经常会有使飞机产生颠簸的扰动气流存在。
根据天气状况对航路飞行的影响，可以将影响等级分为四级：
一、风和低能见度，在高空中飞行会经常遇到高空急流，顺急流飞行时，可增大地速、节省燃料、缩短航行时间；逆急流飞行时则相反。横穿急流飞行时，会产生很大的偏流，对领航计算和保持航线都有影响。在横向穿急流飞行时，当刚进入时，风由小突然变大；刚穿出急流时，风由大变小；同时气温变化亦相当大，这时风切变和温度切变都很大，所以在穿越高空急流时很容易产生颠簸。而在RVSM空域内，基本已经实行雷达管制，管制员实施雷达引导，所以低能见度对飞行影响变小；
二、降水，降水对高空飞行的影响可分为四点：（1）降水使能见度减小。在大雨中飞行时，空中能见度只有几十米。在降雪区中飞行，能见度比降雨区中坏的多。在小雪中飞行能见度也不超过1-2千米；中雪和大雪时，能见度只有几百米。（2）过冷雨滴会造成飞机积冰。（3）大雨下容易出现较强的下降气流。（4）大雨和暴雨能使发动机熄火。（5）大雨影响飞机的空气动力。
三、积冰，（1）机翼和尾翼积冰。飞行中机翼和尾翼前缘积冰最多。积冰使翼状变形，破坏空气绕过翼面的平滑流动，使升力减小、阻力增大、爬高速度、升限和最大速度降低，空速失速增大，燃料消耗增加，机动性能和着陆性能变差，严重威胁飞行安全（2）螺旋桨积冰，活塞式飞机和涡轮螺旋桨飞机桨叶上积冰是不均匀的，叶根多于叶尖。这是因为桨叶旋转时各点线速度不同，动力增温叶尖大于叶根；同时，叶尖惯性离心力也比叶根处大，容易将积冰甩掉的缘故。（3）空速管和静压孔积冰，空速管和静压孔积冰，会是空速表、气压高度表以及升降速度表等重要仪器的示度失真，甚至完全失效。 （4）天线积冰，天线积冰能扭曲天线的形状，引起颤动，使无线电通信失效，中断联络。另外，天线积冰还可能使无线电罗盘失效。这对于在复杂气象条件下飞行是极其危险的。（5）风挡积冰，风挡积冰会严重影响飞行员的视线。
四、穿云飞行，云对飞行的影响主要有以下几个方面：（1）云中飞行可能发生颠簸。云中飞行时，若有湍流出现，则飞机会产生忽上忽下、左右摇晃的颠簸现象。在各类云中飞行，都有可能出现或弱或强的颠簸，但以积雨云最强。飞机强烈颠簸时，会对飞行安全产生一定威胁。（2）云中飞行可能产生积冰。（3）云中飞行可能会遭到闪电击、雷暴等威胁。雷暴的产生和发展过程实际上就是雷暴云的产生和发展过程。雷暴产生的威胁飞行安全的主要天气现象有：湍流、积冰、暴雨、冰雹、雷击、下击暴流等，这些天气都会对飞行安全造成很大的危害。
由于影响航路流量的不确定因素很多，所以航路流量很难被准确计算。巡航时经常会遇到不可预测的气象条件和其他影响飞行的特殊状况，使得航空器在RVSM空域的巡航高度不断进行变更，势必影响高度层的分配，影响航路流量。因此结合这些实际运行状况，需要对RVSM航路流量做进一步的研究。
在以后的研究中，可以考虑从影响航路流量的主要因素的量化方面着手，根据统计数据和方法对各种天气状况下流量的数据进行分析和总结，对影响航路流量的各种动态因素赋以影响系数，可以在最大流量的基础上更加真实的反映航路实际动态流量。