隨著人類文明的的進(jìn)一步發(fā)展，航空運(yùn)輸在整個(gè)綜合交通運(yùn)輸體系中占有愈來(lái)愈重要的地位。但由于空域資源的有限性，飛行量的大幅增長(zhǎng)使得飛行沖突變得日益嚴(yán)重，不僅限制了航班量的增加，也對(duì)現(xiàn)有航班造成了許多延誤。

隨著航空運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，使得空中交通系統(tǒng)面臨著越來(lái)越嚴(yán)重的航線擁擠，并因此造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，埋下了事故隱患。1999年，印度一架波音747客機(jī)在升空后不久，與一架小型客機(jī)在空中發(fā)生相撞事故，造成四百多人喪生，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。在我國(guó)，由于空中交通系統(tǒng)設(shè)備不完善，航路航線設(shè)計(jì)不合理，空中交通管制員和飛行員素質(zhì)不高等問(wèn)題，每年也不可避免的要發(fā)生一些飛機(jī)空中危險(xiǎn)接近的事故，雖然并沒(méi)有造成直接的經(jīng)濟(jì)損失，但卻為發(fā)生空難事故埋下了隱患。

為了防止飛機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)接近甚至碰撞，國(guó)際民航組織（ICAO）對(duì)飛機(jī)的橫向、縱向和垂直間隔作了明確規(guī)定.這些規(guī)定涉及 VFR（目視飛行)，IFR(儀表飛行)，機(jī)場(chǎng)區(qū)域飛行，航線飛行，進(jìn)、離場(chǎng)飛行和使用二次雷達(dá)的監(jiān)視飛行等。例如IFR條件下區(qū)域管制員直接使用二次雷達(dá)顯示器監(jiān)視指揮飛機(jī)，若飛機(jī)同航跡同高度順向飛行，其雷達(dá)間隔不少于60km.然而在現(xiàn)實(shí)中，違反這些規(guī)定的現(xiàn)象也不少見(jiàn)，當(dāng)然這其中有儀器儀表顯示精度問(wèn)題，氣象及航線數(shù)據(jù)不準(zhǔn)問(wèn)題，也有管制員和飛行員人為指揮差錯(cuò)和操作失誤等問(wèn)題。但后果卻不尋常，輕則造成危險(xiǎn)接近，重則兩機(jī)相撞。面對(duì)這些實(shí)際問(wèn)題，科研人員多年來(lái)試圖從理論上研究飛機(jī)的飛行安全性，因此，需要從理論的高度來(lái)對(duì)這些人為的間隔規(guī)定提供理論依據(jù)，以求對(duì)那些不合理的間隔規(guī)定進(jìn)行改進(jìn)和完善。

1.2 國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究的發(fā)展與現(xiàn)狀

在諸如美國(guó)等航空業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，這方面的工作早在六七十年代就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行了，并且取得了很多的研究成果。在這些國(guó)家，研究人員通過(guò)在實(shí)際的飛行試驗(yàn)中取得的大量的實(shí)際數(shù)據(jù)，又通過(guò)對(duì)這些實(shí)際數(shù)據(jù)的研究分析，建立起了一整套比較完善的理論體系，并且經(jīng)過(guò)了多年的各種研究、會(huì)議，經(jīng)過(guò)歷次修改、補(bǔ)充，對(duì)現(xiàn)行國(guó)際上執(zhí)行的飛機(jī)最小間隔規(guī)定的制定，起到了指導(dǎo)性的作用，為國(guó)際民航組織（ICAO）制定一系列的間隔規(guī)定，以及各個(gè)國(guó)家的民航系統(tǒng)的航路設(shè)計(jì)、制定管制方法以及管制規(guī)定提供了理論上的依據(jù)。

國(guó)際上對(duì)這方面問(wèn)題的研究早在六七十年代就已經(jīng)開(kāi)始了，主要是分為沖突可能性分析和飛機(jī)保護(hù)區(qū)重合兩大方向進(jìn)行的，沖突可能性分析方向是從概率論的角度入手，對(duì)飛機(jī)間發(fā)生危險(xiǎn)情況的可能性進(jìn)行分析；飛機(jī)保護(hù)區(qū)重合方向是從為飛機(jī)飛行的航路預(yù)設(shè)一個(gè)保護(hù)區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)飛機(jī)之間發(fā)生沖突只是從幾何的角度進(jìn)行預(yù)測(cè)的。

在沖突可能性分析方面，美國(guó)密歇根大學(xué)交通管理技術(shù)研究所的Lyle D.Filkins和Joseph W.Little為美國(guó)民用航空局（FAA）所做的對(duì)飛機(jī)間隔標(biāo)準(zhǔn)的研究[10]，其重點(diǎn)都放在了用概率論的思想來(lái)討論飛機(jī)在航路飛行情況下，考慮所飛航路的幾何結(jié)構(gòu)，以及飛機(jī)在空中進(jìn)行定位時(shí)可能存在的位置誤差，以側(cè)向間隔為主，對(duì)飛機(jī)之間發(fā)生碰撞的可能性進(jìn)行分析，從概率的意義上對(duì)飛機(jī)間的安全間隔進(jìn)行了討論。

在飛機(jī)保護(hù)區(qū)重合方面，美國(guó)國(guó)家技術(shù)信息服務(wù)部（NTIS）的Frank V.Giallanza、Charles P.Giallanza和James C.Brown為美國(guó)民用航空局（FAA）所作的報(bào)告中[11]，對(duì)飛機(jī)在洋區(qū)飛行時(shí)有可能發(fā)生的沖突進(jìn)行了研究，研究的重點(diǎn)主要集中在為飛機(jī)所飛航路提供一個(gè)保護(hù)區(qū)上，找出航路有交叉的地方，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入其他飛機(jī)的保護(hù)區(qū)并且該飛機(jī)正在該交叉點(diǎn)時(shí)，就判定兩架飛機(jī)之間發(fā)生了沖突。該研究基本上是從純幾何的角度對(duì)飛機(jī)之間可能發(fā)生的沖突進(jìn)行預(yù)測(cè)，主要是依靠飛機(jī)飛行的航班時(shí)刻表和所飛的航路結(jié)構(gòu)，并考慮上飛機(jī)的飛行速度、高度，以及時(shí)間因素，來(lái)對(duì)飛機(jī)之間的沖突進(jìn)行預(yù)測(cè)的。然而在該項(xiàng)研究中，作者對(duì)飛機(jī)速度、高度等信息沒(méi)有進(jìn)行嚴(yán)格的討論，都以該型號(hào)飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)值作為計(jì)算的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，沒(méi)有考慮到飛機(jī)在空中的位置所受到的影響，因此，該研究所得到的成果只能是一個(gè)比較粗糙的計(jì)算方法。

另外，從九十年代開(kāi)始，鑒于通訊、導(dǎo)航等方面技術(shù)的發(fā)展水平，美國(guó)等一些航空業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家提出了一個(gè)“自由飛行”的概念，在開(kāi)放的天空中，飛機(jī)所飛的路徑由飛行員自己決定，這樣的一個(gè)思想為解決空中航路擁擠的局面，更高效率的利用空間資源開(kāi)辟了另外一條新的道路。美國(guó)航空航天局（NASA）的Russell A.Paielli和Heinz Erzberger所做的對(duì)自由飛行中的飛機(jī)沖突預(yù)測(cè)的研究[13]，主要思想也是為在自由飛行中的飛機(jī)提供一個(gè)保護(hù)區(qū)，然而與第二種討論不同的是，這個(gè)保護(hù)區(qū)在能精確定位的地方是一個(gè)圓形的，但隨著飛機(jī)的移動(dòng)，該保護(hù)區(qū)的形狀將發(fā)生變化，將沿著飛機(jī)飛行的方向拉長(zhǎng)成為一個(gè)橢圓形，同樣的，在對(duì)飛機(jī)進(jìn)行沖突預(yù)測(cè)時(shí)也是考慮飛機(jī)的保護(hù)區(qū)的重合的問(wèn)題，只是該保護(hù)區(qū)考慮了飛機(jī)在空中位置的不確定因素，這樣得出的計(jì)算結(jié)果自然比單純的保護(hù)區(qū)重合法要精確得多。

在我國(guó)，在這方面的研究以往基本上還沒(méi)有開(kāi)始進(jìn)行，廣大研究人員的注意力主要也還是放在對(duì)空中交通流量進(jìn)行管理的方向上，在這些基礎(chǔ)理論的方向上進(jìn)行過(guò)的研究有，北方交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院的趙洪元所做的違反飛機(jī)縱向間隔概率模型的研究[9]，他主要是從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度給出了計(jì)算違反飛機(jī)縱向間隔的概率模型，并分析了這個(gè)概率與飛機(jī)幾何尺寸、飛行器縱向間隔、航線長(zhǎng)度、飛行流量等影響因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，為航線的規(guī)劃、飛行流量的管制提供了一定的理論依據(jù)。

1.3 本篇研究的目的和內(nèi)容

空中交通管制系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能就是讓航空器之間互相間隔開(kāi)來(lái)。在空中交通管制過(guò)程中，采用最小間隔來(lái)保證系統(tǒng)中的誤差和干擾不會(huì)導(dǎo)致航空器發(fā)生碰撞的間隔。通常，飛行活動(dòng)在一定的空域內(nèi)進(jìn)行，而空域是一種有限的資源。在一定的間隔標(biāo)準(zhǔn)和空中交通管制規(guī)則下，一定空域所能容納的交通量是有限的。對(duì)于有限的領(lǐng)空而言，日益增長(zhǎng)的飛行量將受到嚴(yán)重的限制，如果不能夠?qū)�空域進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃和合理的使用，就不能發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益，就不能保證空中交通活動(dòng)的安全。在空中飛行的飛機(jī)之間的間隔，其大小直接決定了一個(gè)特定空域的容量大小，決定了該空域內(nèi)所能容納航空器的數(shù)量。如果間隔采用的過(guò)大，浪費(fèi)空域資源，采用的過(guò)小，對(duì)于飛行的安全又是一種嚴(yán)重的威脅。因此，必須對(duì)空域飛行的最小間隔標(biāo)準(zhǔn)以及與其密切相關(guān)的飛機(jī)之間將會(huì)產(chǎn)生的沖突進(jìn)行研究。