現(xiàn)在從事這方面研究的科研人員，其進(jìn)行的研究大致可以分為兩個(gè)方向：一個(gè)方向是從概率論的角度入手，分析在特定航路結(jié)構(gòu)，特定的導(dǎo)航條件，特定的飛機(jī)之間發(fā)生危險(xiǎn)的概率；另一個(gè)方向是從飛機(jī)在航路上飛行時(shí)，為飛機(jī)在空間上提供一個(gè)保護(hù)區(qū)的方法入手，來研究如何制定這樣的一個(gè)保護(hù)區(qū)，使得飛機(jī)在空中飛行時(shí)所受到的相撞威脅盡量的小。以上的兩種研究方向所要達(dá)到的目的都是一樣的，就是在保障空中交通活動(dòng)的安全，防止飛機(jī)與飛機(jī)，飛機(jī)與地面障礙物之間發(fā)生相撞危險(xiǎn)的前提下，控制和調(diào)節(jié)空中交通流量，保證空中交通運(yùn)輸活動(dòng)的效益。

本篇中所進(jìn)行的研究就是屬于第一種研究方向，從研究飛機(jī)在空中飛行時(shí)的位置誤差入手，首先，假設(shè)飛機(jī)在各個(gè)方向上發(fā)生沖突的情況是互相獨(dú)立的，于是可以將飛機(jī)之間的間隔分為側(cè)向、縱向和垂直三個(gè)方向來討論，分別分析有哪些因素對(duì)飛機(jī)在空中的位置會(huì)產(chǎn)生影響，以及影響的程度，經(jīng)過分析后假設(shè)這些影響因素對(duì)的飛機(jī)位置的影響都是隨機(jī)函數(shù)，根據(jù)概率論的基本原理，則兩架飛機(jī)在空中這三個(gè)方向上的距離也各是一個(gè)隨機(jī)函數(shù)，其取值是受各種因素影響的，當(dāng)給定一個(gè)飛機(jī)之間會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)情況的距離，定出積分的上下限后，就可以得出此時(shí)兩架飛機(jī)之間在這個(gè)方向上發(fā)生沖突的概率了，在三個(gè)方向上的沖突概率都得出后，根據(jù)概率論的基本原理，兩架飛機(jī)之間發(fā)生沖突的概率就是這三個(gè)方向上分別發(fā)生沖突的概率的乘積，由此就得出了兩架飛機(jī)之間發(fā)生沖突的概率了。此時(shí)再考慮上時(shí)間因素，飛機(jī)之間發(fā)生沖突的可能性就是一個(gè)隨時(shí)間改變的函數(shù)了，有了這個(gè)數(shù)學(xué)模型，可以定出一個(gè)能夠接受的飛機(jī)之間發(fā)生沖突的最大的概率，當(dāng)達(dá)到或者超過這個(gè)概率時(shí)，就表明在當(dāng)時(shí)時(shí)刻飛機(jī)之間將發(fā)生沖突，通過計(jì)算，就可以反推出在什么時(shí)間飛機(jī)之間會(huì)發(fā)生沖突了。

本篇第一章概要介紹了一下有關(guān)的研究方向和方法；在第二章提出了在該問題上提出的基本數(shù)學(xué)模型概念；在第三章至第五章中首先分三個(gè)方向?qū)υ撻g隔模型分別進(jìn)行了分析，討論了空中交通管制中所使用的側(cè)向間隔方法、縱向間隔方法、和高度間隔方法中該間隔模型的實(shí)際應(yīng)用，然后在第六章中研究了兩架飛機(jī)在航路飛行狀況下，其實(shí)際的空中相撞概率，并對(duì)課題中所用到的仿真程序的結(jié)構(gòu)、思想，以及仿真結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，提出了一些改進(jìn)的建議。

 

第二章 安全間隔的基本概念

2.1 飛機(jī)在空中的飛行狀態(tài)

民航飛機(jī)尤其是民用運(yùn)輸機(jī)的飛行特點(diǎn)是直線飛行多，大多數(shù)時(shí)候可以認(rèn)為飛機(jī)在作定常運(yùn)動(dòng)，同時(shí)民用運(yùn)輸機(jī)還是一種非高機(jī)動(dòng)性飛機(jī)，機(jī)動(dòng)包線范圍小，空管規(guī)則也不允許民用飛機(jī)任意作機(jī)動(dòng)。因此，民航飛機(jī)的飛行過程很明顯的分為幾個(gè)階段，下面就首先對(duì)民航飛機(jī)的各個(gè)飛行階段分別進(jìn)行分析，看看各個(gè)階段的飛行特點(diǎn)，以及在這些階段飛機(jī)間的安全間隔。

 

圖2－1 航班的飛行過程行過程

在整個(gè)的民航班機(jī)飛行過程中，一個(gè)航班的飛行過程可以分為滑跑、起飛飛行、爬升、巡航、下降、進(jìn)近、著陸等幾個(gè)階段，在每一種飛行過程中，飛機(jī)的飛行狀態(tài)、其飛行的航路結(jié)構(gòu)、飛行過程中所使用的導(dǎo)航設(shè)備、導(dǎo)航方式等都有所不同，也就導(dǎo)致了在這些不同的飛行階段其飛行方式、飛機(jī)所依照的飛行規(guī)則，以及飛機(jī)間的間隔標(biāo)準(zhǔn)也就有所不同了。這些不同的飛行階段可以用飛機(jī)飛行所處的飛行區(qū)域來粗略的劃分，基本上可以劃分為區(qū)域管制飛行、進(jìn)近管制飛行和塔臺(tái)管制飛行三個(gè)不同的飛行階段，如圖2-1所示：

在塔臺(tái)管制區(qū)包括四種飛行狀態(tài)：滑跑、起飛飛行、爬升、著陸。起飛飛行又分成起飛和起飛飛行兩個(gè)分段：起飛分段包括滑跑至飛機(jī)飛到離跑道35英尺高（10.7米），并達(dá)到起飛安全速度的航跡段；起飛飛行分段是從起飛分段結(jié)束到離跑道1500英尺（450米）高或完成從起飛到航路構(gòu)形的轉(zhuǎn)變，并達(dá)到規(guī)定的速度和爬升梯度的點(diǎn)。在塔臺(tái)管制區(qū)域的飛行當(dāng)中，滑跑和著陸這兩種狀態(tài)是在跑道上完成的，管制員和飛行員要考慮的管制間隔是從尾流間隔出發(fā)的，主要是考慮在當(dāng)時(shí)的機(jī)場天氣情況下，前一架飛機(jī)所產(chǎn)生的尾流對(duì)后一架飛機(jī)的影響，以及影響的程度；當(dāng)飛機(jī)在起飛飛行、爬升和下降的飛行狀態(tài)時(shí)，管制員和飛行員則主要考慮機(jī)場周圍的障礙物對(duì)飛機(jī)飛行活動(dòng)的影響，以及在相同空域中飛行的其他飛機(jī)對(duì)該機(jī)飛行活動(dòng)的影響。對(duì)于障礙物，每個(gè)機(jī)場規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)離場程序都有詳細(xì)規(guī)定的機(jī)場障礙物超越面，飛行員只要按照飛行任務(wù)書上的規(guī)定操作就可以安全飛行，而對(duì)于不同飛機(jī)之間的交通沖突，由于這個(gè)區(qū)域相對(duì)比較小，飛機(jī)相對(duì)較擁擠，另一方面在這一區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航設(shè)備比較多，因此也就導(dǎo)致飛機(jī)在該區(qū)域內(nèi)的最小間隔比之在其他兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的要小。

在進(jìn)近管制區(qū)內(nèi)，飛機(jī)的飛行狀態(tài)主要包括：爬升、下降和進(jìn)近。在這一區(qū)域內(nèi)飛行的飛機(jī)其高度變化都比較大。相同的，由于這個(gè)區(qū)域相對(duì)區(qū)域管制區(qū)較小，導(dǎo)航設(shè)備也較多，其管制間隔較之區(qū)域管制區(qū)也要小一點(diǎn)，但比塔臺(tái)管制區(qū)則要大一些。

在區(qū)域管制區(qū)，飛機(jī)基本上都只進(jìn)行巡航飛行，上升到規(guī)定的巡航高度層后，就進(jìn)行比較穩(wěn)定的巡航飛行了。民航飛機(jī)尤其是民用運(yùn)輸機(jī)在區(qū)域管制區(qū)的飛行特點(diǎn)是一般直線飛行多，大多數(shù)時(shí)候可以認(rèn)為飛機(jī)在作定常運(yùn)動(dòng)，同時(shí)民用運(yùn)輸機(jī)還是一種非高機(jī)動(dòng)性飛機(jī)，其在區(qū)域管制區(qū)內(nèi)的飛行則可以考慮為直線勻速運(yùn)動(dòng)。由于區(qū)域管制區(qū)面積較大，航路安排比較松散，飛機(jī)的密度較小，而且在該區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航設(shè)備比較少，因此在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的飛機(jī)最小間隔標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定得就比較大。

另外，受機(jī)場周圍障礙物和戰(zhàn)術(shù)流量管理要求的影響，同一飛行階段在不同機(jī)場、不同時(shí)間的具體飛行方式可能有所差別。有時(shí)為了避免兩架以上的飛機(jī)同時(shí)到達(dá)同一定位點(diǎn)而發(fā)生危險(xiǎn)接近等事故，管制員通常會(huì)通過調(diào)整飛機(jī)的速度、飛機(jī)的下降方式等戰(zhàn)術(shù)管理手段，這樣將打破一些飛行階段的正常飛行規(guī)律。

2.2 飛機(jī)之間的沖突

在空中交通管制工作中，人們經(jīng)常會(huì)說起“沖突”這個(gè)詞，所指的是飛機(jī)在空中飛行時(shí)，是否與其它飛機(jī)之間會(huì)有相撞的危險(xiǎn)。從字面上的意義來說，飛機(jī)在空中相遇所發(fā)生的“沖突”，就是指飛機(jī)在空中飛行的過程中，在某一特定時(shí)間，與其他的飛機(jī)在空間的占用上發(fā)生了重疊。依照所占用空間大小的不同，飛機(jī)之間發(fā)生危險(xiǎn)情況的程度也有所不同，所發(fā)生的沖突類型也各不相同了。