自由飞行下的碰撞风险安全评估研究

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1、第40卷第6期2010年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．6Nov．2010自由飞行下的碰撞风险安全评估研究卢婷婷，张兆宁，刘计民(中国民航大学空中交通管理学院，天津300300)摘要：概述了自由飞行的概念以及国内外对其研究现状，分析了Reich模型、RASRAM模型、随机分析模型、双冰球模型和PetriNet模型等5种常用碰撞风险模型，分剖析了各个模型的优点以及所存在的局限性，并在此基础上提出了自由飞行环境下的碰撞风险安全评估的未来研究方向。关键词：新航行系统；自由飞行；碰撞风险；安全评估中图分

2、类号：V355．1，V328．4文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)06．0025．05引言自由飞行的概念早在1965年是由美国人威廉．克顿提出的。美国航空无线电委员会(RadioTechnicalCommissionforAeronautics，RTCA)对自由飞行的定义为：自由飞行是在仪表飞行规则下的一种安全有效的飞行体系。在该体系中，飞行员可以更加灵活的选择适合自己的航路和速度。飞行约束被限制在一定范围和时段内，并只有当为了确保飞行间隔，防止机场拥塞，预防特殊空域的非授权飞行时才适用⋯。自由飞行是空中交通管制的概念，它是新航行系统(F

3、utureAirNavigationSystem，FANS)环境的核心工作【2J。碰撞风险安全评估研究中P．G．Reich的飞机碰撞风险模型是本领域最早、最著名的研究成果p-。此外许多学者在Reich模型的基础上进行了类似的研究，他们综合了各种影响飞行安全的不确定因素，将Reich的碰撞区域改为由最小安全飞行间隔标准定义的一个类似椭圆形、球形或其他形状的保护区。R．A．Paielli给出了自主飞行碰撞概率的估计方法，并用实例和蒙特卡洛进行了验证分析HJ。RickCasseU等人通过建立减少飞机间隔风险评估模型(ReducedAir-craftSeparati

4、onRiskAssessmentModel，RASRAM)，模型对减少飞机间的安全间隔和碰撞风险的关系进行了量化分析[5J。J．C．Smith等人则给出空域扇区利用模型(AimpaceSectorOccupancyModel，AOM)、飞机相遇模型(AircraftEncounterModel，AEM)从而完成了自主飞行条件下的空域扇区利用和用于评估的碰撞分析模型【6J。A．P．Henk研究了在常规同定航路结构，自由飞行环境下航路上的碰撞风险安全评估模型，并利用MonteCarlo对其进行了仿真川。因为自由飞行概念最初是在低交通密度条件下提出的，但是随着空中

5、交通流量的Et益增长，需要建立真正意义自由飞行概念下，即不再限制固定航路飞行下的碰撞风险安全评估模型。B．Gayraud提出了自由飞行环境下自治地中海自由飞行(Self．MediterraneanFreeHight，AMFF)概念，对模型进行了优化，参照AMFF操作概念，给出了高交通密度情况下的碰撞风险评估及连续的MC仿真方法"J。K．M．Feigh对统计数据进行了详细的分析，利用事故树方法对自由飞行环境下的碰撞风险进行评估"1。国内在这方面的研究主要集中在对自由飞行空域中冲突探测与解脱技术的研究，对自由飞行环境下的碰撞风险安全评估的研究还处于刚刚起步阶段。

6、如何有效地避让飞行中的碰撞和自由飞行环境下的碰撞风险安全评估问题一直是国内外研究的热点。本文拟针对自由飞行环境下的碰撞风险安全评估问题作出相关的研究，涉及空域安全性的一项关键技术，对于增加空域容量，保证飞行安全，具有重要意义。1自由飞行环境下的碰撞风险安全评估模型1．1Reich碰撞风险模型Reich碰撞风险模型是针对大西洋上空的平行航收稿日期：2010．03—31基金项目：国家863计划资助项目(2006AAl2A113)作者简介：卢婷婷(1983一)，女，河北沧州人，硕士研究生，研究方向为交通运输规划与管理。·26·航空计算技术第40卷第6期路的碰撞风险

7、来建立的，所以该模型最初适用于没有地面导航设备、没有雷达监视、也没有管制员干预的情况下的飞行，只考虑由于飞机位置误差导致的碰撞风险，即由于速度的系统误差、机载导航误差和飞行员技术误差导致的碰撞风险，该模型是最原始的能够较好解决自由飞行环境下碰撞风险评估问题的方法，如图1所示。图1Reich模型碰撞模板Reich模型碰撞风险计算公式如下‘51：No,=107pr㈣隅0))(Prco))妻k{罨+若+2堕A,}+k，{2饥1vl一+2皿Ay+是}](1)式中：r分别为算，Y和z，依次代表纵向、侧向和垂直方向；当r为戈时，式中的Pz(o)和Py(o)同时存在；当r

8、为Y时，式中的P加，存在；当r为z时，式中的P们)存