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[摘 要]随着空中交通流量的持续增长，仅仅通过架次指标已经不能有效刻画空中交通的复杂程度，降低了对空域服务能力的准确评估，导致不能充分利用空域资源。本文首先分析交通复杂性基本模型，然后提出交通结构下的空间交通复杂性影响因素，研究基于交通结构的空中交通复杂性建模算法，最后建立了基于交通结构的空中交通复杂性函数模型，可以用于评估复杂结构空域的交通饱和程度，提高空域资源利用效率，减少空中飞行延误。
[关键词]复杂性；交通结构；空中交通流量；空域资源利用
中图分类号：U946 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）46-0374-02
前言
随着我国经济快速发展，各地飞行流量持续提高，空中交通管制指挥难度日益提升，传统基于航空器架次的空域资源分析方法已经不能有效的反映空中交通态势的复杂性，这促使空中交通复杂性的建模逐渐成为了交通结构研究领域的热门。本文在深入分析空间交通复杂性的基础上，提出基于交通结构的空间复杂因素指标体系，建立了面向复杂结构空域系统资源分析的交通复杂性模型，其相比传统的以航空器数量为基础的空中交通评估方法，在空域状态变化特征的揭示上更为明确和客观，有利于提高空域资源的利用效率，减少空中延误提高航班正常性和航空公司的运行效率。
一、交通复杂性及交通结构因素分析
（一）空中交通复杂性分析
交通复杂性是指因为交通所引起的各种交通特征的复杂性，空中交通复杂性是在现有空中交通管制条件下，为了对某一空域单元中所有航空器的有序、安全、高效进行维持，所造成的客观交通态势的复杂程度。交通复杂性的影响因素主要包括交通密度、航空器数量、间隔标准、飞行流量、航空器性能以及航向变化量等诸多因素，而将这些因素进行分类，则可以归类为飞行状态因素和交通结构因素两类。飞行状态因素引起飞行员的工作负荷和压力，并不在本文研究范围内。因此本文研究的指向是交通结构因素。
（二）交通结构因素
交通结构主要影响因素主要包括距离因素、冲突因素以及航空器对的管制复杂性三者。
距离因素是交通复杂性进行微观分析的基础所在，可设定为ACij，其相对距离矢量为Dij，所导致的复杂性称作一类复杂性，简称为disij。对于处于同一空域的航空器而言，其相对距离越小所引起的交通复杂性则必然更为复杂，因此在距离因素的基准值选择上选择航空器为基准值，disij则和航空器的相对距离成反比例，此处选择内禀类复杂性模型处理距离因素类函数对其进行表示具体表达式，如式1-1所示；
冲突因素是当前在交通结构复杂性影响因素中得到广泛认可的一种因素。对于同一空域内的航空器而言，其关系会对局部交通的态势的复杂性造成影响，但是并非为线性影响，其影响模式如图1所示。
因为交通冲突因素引起的交通复杂性设定为二类复杂性，简称为conij，其函数表达式如式1-2所示。航空器对的管制复杂性是指在一个空域内，进行雷达扫描的周期中，一个航空器所能够形成的一个交通结构，其可以基于冲突因素和距离因素进行表征，其表达式如式1-3所示。
Disij=（|Dij|）*ρ=λ*e|Dij|β*（-α），|Dij|∈[5，+∞），且α，β，λ>0， [1-1]
conij=g2（|Dij|）*f（θ），|Dij|∈（10，40] [1-2]
Complexityij（|Dij|，θ）=conij（|Dij|，θ）+Disij（|Dij|） [1-3]
二、基于交通结构的空中交通复杂性建模方法
对于当前的空域复杂性描述而言，其在雷达管制的基础上，管制员制定决策对交通数据的依赖很大，因此雷达数据可作为建模的基础。在具体的内容上包括航空器的位置、架次、速度以及航向等。在基于交通结构的空中交通复杂性建模时可通过两个方面对空间交通的情况进行描述：其一为微观层面，通过对不同航空器之间的关系进行交通模式的体现，即交通复杂性模型研究的对象；其二为在宏观层面对交通整体规模可采用空域内所包含的航空器数量进行描述，即航空器的计量指标。对于两航空器设定为i和j继而构成航空器对ACij。一个空域内的所有航空器對之间所存在的微观层面联系，即对整个空域的交通模式进行框定，对于管制员而言，其更为倾向于使用空中交通下的空间和时间的模式对其工作符负荷以及结构进行认知，而在进行基于交通结构的空中交通复杂性建模时，也可以在ACij下进行创建。
三、基于交通结构的空中交通复杂性模型
基于上文对交通结构复杂性影响因素的分析以及建模条件的论述，本章进行具体建模。对于任何一空域内的交通复杂性而言，均是由该领域内的航空器对的复杂关系构成，因此在对一个空域的空中交通复杂性进行建模分析时，在对空域内航空器的性能差异进行考虑的同时，还需要考虑航空器类型出现混杂情况所导致的复杂性，同时还需要在航空器的飞行速度差进行量化描述，其是保障建立模型科学合理性的基础所在。
对于某一空域内正常运行航空器的平均速度成为标称速度，而基于统计尺度的差异，在标称速度上也会存在诸多差异，在建模中为了尽可能提升建立模型广泛性，在航路网中仅仅将最为基本的速度进行划分，标称速度设定为巡航速度，同时设定航空器的飞行速度为快、标称和慢三个等次。对于不同的航空器对，可基于其中两架航空器的类型对相应权重进行设定，继而就其所反映的空域内某局部交通复杂性影响情况进行表示为对一个航空器交通复杂性值修正的一个选项，简称mixij。对于三类飞行速度的航空器，其所相应的mixij矩阵详见表1.
基于表1所显示的对某空域局部交通态势复杂性的修正，如式1-4所示为本文对基于交通结构下空域内交通全局复杂性的建模函数式：
total_complexity=*complexityij [1-4]
（N表示该空域内所有航空器的数量和）
结束语
综上所述，空间交通复杂性是指在现有控制管制条件的基础上，于某一时段内对某一空域单元中所有航空器的有序、安全以及快速高效进行维持，且不消耗必要空中管理资源的程度或是因为其所造成的客观交通态势的复杂程度，在交通结构下对其产生影响的因素主要包括距离因素、冲突因素以及航空器对管制复杂性三者，文章在此三者影响因素之下，建立如式1-4所示的基于交通结构下空域内交通全局复杂性的建模函数式，其较之传统空域交通复杂性的计算模型更为精准，目的是为相关领域内的研究人员工作人员在进一步研究和应用中提供参考。
参考文献
[1] 王红勇，温瑞英，赵嶷飞等.基于聚类分析的空中交通复杂性模式划分方法[J].科学技术与工程，2014，14（30）：272-276.
[2] 丛玮，胡明华，张晨等.复杂性指标体系的构建及精炼方法研究[J].交通运输系统工程与信息，2012，12（5）：130-134，178.
[关键词]复杂性；交通结构；空中交通流量；空域资源利用
中图分类号：U946 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）46-0374-02
前言
随着我国经济快速发展，各地飞行流量持续提高，空中交通管制指挥难度日益提升，传统基于航空器架次的空域资源分析方法已经不能有效的反映空中交通态势的复杂性，这促使空中交通复杂性的建模逐渐成为了交通结构研究领域的热门。本文在深入分析空间交通复杂性的基础上，提出基于交通结构的空间复杂因素指标体系，建立了面向复杂结构空域系统资源分析的交通复杂性模型，其相比传统的以航空器数量为基础的空中交通评估方法，在空域状态变化特征的揭示上更为明确和客观，有利于提高空域资源的利用效率，减少空中延误提高航班正常性和航空公司的运行效率。
一、交通复杂性及交通结构因素分析
（一）空中交通复杂性分析
交通复杂性是指因为交通所引起的各种交通特征的复杂性，空中交通复杂性是在现有空中交通管制条件下，为了对某一空域单元中所有航空器的有序、安全、高效进行维持，所造成的客观交通态势的复杂程度。交通复杂性的影响因素主要包括交通密度、航空器数量、间隔标准、飞行流量、航空器性能以及航向变化量等诸多因素，而将这些因素进行分类，则可以归类为飞行状态因素和交通结构因素两类。飞行状态因素引起飞行员的工作负荷和压力，并不在本文研究范围内。因此本文研究的指向是交通结构因素。
（二）交通结构因素
交通结构主要影响因素主要包括距离因素、冲突因素以及航空器对的管制复杂性三者。
距离因素是交通复杂性进行微观分析的基础所在，可设定为ACij，其相对距离矢量为Dij，所导致的复杂性称作一类复杂性，简称为disij。对于处于同一空域的航空器而言，其相对距离越小所引起的交通复杂性则必然更为复杂，因此在距离因素的基准值选择上选择航空器为基准值，disij则和航空器的相对距离成反比例，此处选择内禀类复杂性模型处理距离因素类函数对其进行表示具体表达式，如式1-1所示；
冲突因素是当前在交通结构复杂性影响因素中得到广泛认可的一种因素。对于同一空域内的航空器而言，其关系会对局部交通的态势的复杂性造成影响，但是并非为线性影响，其影响模式如图1所示。
因为交通冲突因素引起的交通复杂性设定为二类复杂性，简称为conij，其函数表达式如式1-2所示。航空器对的管制复杂性是指在一个空域内，进行雷达扫描的周期中，一个航空器所能够形成的一个交通结构，其可以基于冲突因素和距离因素进行表征，其表达式如式1-3所示。
Disij=（|Dij|）*ρ=λ*e|Dij|β*（-α），|Dij|∈[5，+∞），且α，β，λ>0， [1-1]
conij=g2（|Dij|）*f（θ），|Dij|∈（10，40] [1-2]
Complexityij（|Dij|，θ）=conij（|Dij|，θ）+Disij（|Dij|） [1-3]
二、基于交通结构的空中交通复杂性建模方法
对于当前的空域复杂性描述而言，其在雷达管制的基础上，管制员制定决策对交通数据的依赖很大，因此雷达数据可作为建模的基础。在具体的内容上包括航空器的位置、架次、速度以及航向等。在基于交通结构的空中交通复杂性建模时可通过两个方面对空间交通的情况进行描述：其一为微观层面，通过对不同航空器之间的关系进行交通模式的体现，即交通复杂性模型研究的对象；其二为在宏观层面对交通整体规模可采用空域内所包含的航空器数量进行描述，即航空器的计量指标。对于两航空器设定为i和j继而构成航空器对ACij。一个空域内的所有航空器對之间所存在的微观层面联系，即对整个空域的交通模式进行框定，对于管制员而言，其更为倾向于使用空中交通下的空间和时间的模式对其工作符负荷以及结构进行认知，而在进行基于交通结构的空中交通复杂性建模时，也可以在ACij下进行创建。
三、基于交通结构的空中交通复杂性模型
基于上文对交通结构复杂性影响因素的分析以及建模条件的论述，本章进行具体建模。对于任何一空域内的交通复杂性而言，均是由该领域内的航空器对的复杂关系构成，因此在对一个空域的空中交通复杂性进行建模分析时，在对空域内航空器的性能差异进行考虑的同时，还需要考虑航空器类型出现混杂情况所导致的复杂性，同时还需要在航空器的飞行速度差进行量化描述，其是保障建立模型科学合理性的基础所在。
对于某一空域内正常运行航空器的平均速度成为标称速度，而基于统计尺度的差异，在标称速度上也会存在诸多差异，在建模中为了尽可能提升建立模型广泛性，在航路网中仅仅将最为基本的速度进行划分，标称速度设定为巡航速度，同时设定航空器的飞行速度为快、标称和慢三个等次。对于不同的航空器对，可基于其中两架航空器的类型对相应权重进行设定，继而就其所反映的空域内某局部交通复杂性影响情况进行表示为对一个航空器交通复杂性值修正的一个选项，简称mixij。对于三类飞行速度的航空器，其所相应的mixij矩阵详见表1.
基于表1所显示的对某空域局部交通态势复杂性的修正，如式1-4所示为本文对基于交通结构下空域内交通全局复杂性的建模函数式：
total_complexity=*complexityij [1-4]
（N表示该空域内所有航空器的数量和）
结束语
综上所述，空间交通复杂性是指在现有控制管制条件的基础上，于某一时段内对某一空域单元中所有航空器的有序、安全以及快速高效进行维持，且不消耗必要空中管理资源的程度或是因为其所造成的客观交通态势的复杂程度，在交通结构下对其产生影响的因素主要包括距离因素、冲突因素以及航空器对管制复杂性三者，文章在此三者影响因素之下，建立如式1-4所示的基于交通结构下空域内交通全局复杂性的建模函数式，其较之传统空域交通复杂性的计算模型更为精准，目的是为相关领域内的研究人员工作人员在进一步研究和应用中提供参考。
参考文献
[1] 王红勇，温瑞英，赵嶷飞等.基于聚类分析的空中交通复杂性模式划分方法[J].科学技术与工程，2014，14（30）：272-276.
[2] 丛玮，胡明华，张晨等.复杂性指标体系的构建及精炼方法研究[J].交通运输系统工程与信息，2012，12（5）：130-134，178.