牟奇鋒　韓艷青

摘 要： 對于機(jī)坪管制移交區(qū)域的確定，國內(nèi)尚且沒有相應(yīng)的理論與方法，該文在對機(jī)坪塔臺和空管塔臺工作負(fù)荷分析的基礎(chǔ)上，提出基于加權(quán)混合元Voronoi圖的機(jī)坪移交區(qū)域劃分模型，并且對Voronoi圖的柵格生成算法進(jìn)行研究。在VC++ 6.0平臺上利用柵格生成算法成功實(shí)現(xiàn)Voronoi圖分割，最后通過某機(jī)場的地面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖和機(jī)場交通密度分布進(jìn)行算例分析，確定了機(jī)坪移交區(qū)域，符合生產(chǎn)單位對機(jī)坪移交區(qū)域確定的要求。方法具有獨(dú)特性，可以為國內(nèi)機(jī)坪管制移交工作的開展提供合理的參考。

關(guān)鍵詞： 機(jī)坪移交； 混合加權(quán)； Voronoi圖； 移交區(qū)

中圖分類號： TN915?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）04?0099?03

Abstract： There is no relevant theory and method for determining the apron control transfer zone in China. On the basis of analysis of the workload of the apron control tower and air traffic control tower， the apron transfer zone dividing model based on weighting mixed Voronoi diagram is proposed， and the grid generating algorithm of Voronoi diagram is studied， by which the Voronoi diagram is successfully segmented on VC++6.0 platform. The example analysis for ground network structure chart of an airport and aerodrome traffic density distribution is conducted to determine the apron transfer zone， which can satisfy the requirement of production company. The method has peculiarity， and can provide reasonable reference for carrying on apron control and transfer in China.

Keywords： apron transfer； mixed weighting； Voronoi diagram； transfer zone

0 引 言

長期以來，我國運(yùn)輸機(jī)場航空器機(jī)坪運(yùn)行管理方式不統(tǒng)一，部分機(jī)場管制塔臺代行航空器機(jī)坪運(yùn)行管理的職責(zé)。2013年民航局下發(fā)《關(guān)于推進(jìn)航空器機(jī)坪運(yùn)行管理移交機(jī)場管理機(jī)構(gòu)工作的通知》[1]推動機(jī)坪管理移交工作。機(jī)坪管理移交工作打破了一個固有的運(yùn)行模式，必然帶來新的地面運(yùn)行模式。機(jī)坪管制移交程序因?yàn)榕艿篮突械赖倪\(yùn)行方式的復(fù)雜性而變得尤為復(fù)雜。機(jī)坪管制移交區(qū)域是指在航空器滑行的路線上為航空器提供空中交通管制服務(wù)，從一個管制單位或管制席位移交至下一個管制單位或席位所規(guī)定的空間位置。機(jī)坪管制移交就是航空器在滑行道（快速脫離滑行道、平行滑行道和機(jī)坪滑行道）上，管制責(zé)任由塔臺管制員（**TOWER）移交至機(jī)坪管制員（**ARPON）。管制移交工作是兩個部門對同一架航空器的管理進(jìn)行移交，移交區(qū)域的確定和移交程序的選擇對于移交工作至關(guān)重要。管制區(qū)域是機(jī)坪塔臺或者空管塔臺對地面滑行中的航空器的控制區(qū)域范圍，Voronoi圖在計(jì)算幾何學(xué)科中占有重要位置，在求解點(diǎn)集或其他幾何對象與距離有關(guān)的問題時，Voronoi圖能對區(qū)域進(jìn)行合理劃分[2]。曹清潔應(yīng)用結(jié)晶方法來生成障礙Voronoi圖[3]，利用生成元為生長點(diǎn)，進(jìn)行4模塊或8模塊的結(jié)晶生長，此方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，用VC++編程可實(shí)現(xiàn)。徐鵬飛、陳志剛[4]利用半平面與Voronoi定點(diǎn)的位置關(guān)系，提出了簡單增量構(gòu)造Voronoi圖的算法，此算法在處理Voronoi邊與節(jié)點(diǎn)的特殊情況，并且該算法的平均時間復(fù)雜度接近線性。

能合理的分析控制元對周邊的影響。加權(quán)Voronoi圖的加權(quán)方式有多種[5]，最常見的有頂點(diǎn)加權(quán)和路徑加權(quán)。頂點(diǎn)加權(quán)主要考慮頂點(diǎn)的作用力大小對頂點(diǎn)有效作用范圍所產(chǎn)生的影響，而在機(jī)坪移交區(qū)選擇中，考慮到機(jī)坪滑行道系統(tǒng)交叉口的繁忙程度大于滑行道的其他部分，故把滑行道系統(tǒng)的控制看成點(diǎn)元控制元。由于跑道運(yùn)行必須是全跑道，對于塔臺管制員來說，對跑道的監(jiān)視負(fù)荷不僅僅局限在跑道入口和出口，所以把跑道當(dāng)成線元控制元。選取機(jī)坪滑行道上的交叉口有可能是機(jī)場沖突點(diǎn)[6]。把交叉口當(dāng)做點(diǎn)元控制元，本文從Voronoi圖出發(fā)，研究加權(quán)混合元（點(diǎn)元或線元）Voronoi圖在機(jī)坪移交區(qū)域確定中的應(yīng)用。

1 移交區(qū)劃分模型建立

加權(quán)Voronoi圖根據(jù)空間內(nèi)控制點(diǎn)元和線元對同一個任意點(diǎn)作用影響的大小不同，而構(gòu)成不同形式的作用影響區(qū)域，本文的重點(diǎn)是根據(jù)跑滑交叉口交通流量的大小，賦予交叉口不同的控制權(quán)重，生成控制點(diǎn)元和控制線元之間的加權(quán)Voronoi圖。

1.1 權(quán)重的定義

機(jī)坪滑行道是靠近機(jī)坪的平行滑行道，主要用于航空器進(jìn)出停機(jī)坪而設(shè)立。航空器進(jìn)出機(jī)坪都要經(jīng)過機(jī)坪滑行道如圖1中的D滑，以D滑上的道口交叉點(diǎn)的交通密度與管制員負(fù)荷存在線性關(guān)系。

姚虹翔[7]對動態(tài)空中交通密度與管制員負(fù)荷之間的關(guān)系做出了研究，確定了管制員負(fù)荷與動態(tài)交通密度存在的線性關(guān)系。萬莉莉，張蕾對管制員的工作內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)地分析[8?9]，將其工作負(fù)荷分為監(jiān)視、協(xié)調(diào)和沖突工作負(fù)荷三種，通過統(tǒng)計(jì)這三種工作負(fù)荷相加來得到總管制負(fù)荷，如下：

[WCOTRt=Wmot+Wcft+Wcot]

式中 ：[Wmot為監(jiān)視負(fù)荷；][Wcft為沖突負(fù)荷；][Wcot為協(xié)][調(diào)負(fù)荷]。

監(jiān)視、協(xié)調(diào)和沖突三種負(fù)荷和管制員在地面管制航空器的數(shù)量成正比，在機(jī)坪滑行道上的控制點(diǎn)上的管制負(fù)荷和單位時間內(nèi)經(jīng)過交叉口的航空器數(shù)量成正比。機(jī)坪滑行道上控制點(diǎn)[P={pi}，i∈{1，2，…，n}]，代表由機(jī)坪區(qū)域進(jìn)入或駛出滑行道系統(tǒng)的控制點(diǎn)。

直接進(jìn)入或駛出控制點(diǎn)航空器數(shù)量為Mi，選取航空器通過量的相對值作為控制點(diǎn)元的相對權(quán)重，定義為[C=Ci=MiMi，0≤Ci≤1，i=1，2，…，n]。

2010年許桂梅在對跑道侵入研究以后[10]，為了預(yù)防減少跑道侵入的失誤概率，必須對機(jī)場運(yùn)行特別是跑道的運(yùn)行進(jìn)行連續(xù)的觀察。管制員的三種負(fù)荷（監(jiān)視、協(xié)調(diào)和沖突）在跑道上幾何空間上的監(jiān)視是一致的，不存在誰主誰次的問題，如果機(jī)場機(jī)坪位于跑道一側(cè)，其控制范圍只是跑道一側(cè)的控制區(qū)域，故令跑道線元的相對權(quán)值[Cl]=1。如果跑道兩側(cè)都存在滑行系統(tǒng)，需要分析跑道兩側(cè)的控制區(qū)域，跑道上起飛/降落運(yùn)行的飛機(jī)為兩側(cè)機(jī)坪滑行道（D滑）運(yùn)行航空器數(shù)量之和。跑道兩側(cè)的機(jī)坪滑行道的權(quán)重不變的情況下，其跑道線元的權(quán)重是[Cl]=2。

1.2 混合加權(quán)V圖的定義

1.3 V圖的生成算法

Voronoi圖的生成算法是分為矢量和柵格兩種[11?12]。柵格方法簡單，但是計(jì)算量大，矢量方法計(jì)算量小、精度高，但是鑒于本研究內(nèi)容獨(dú)特性，使用柵格方法生成Voronoi圖。柵格算法對區(qū)域進(jìn)行柵格處理，每一個柵格為一個生成元，對生成元進(jìn)行著色處理，對每一個柵格賦予一定的權(quán)值，著色過程考慮周圍控制元的影響，不同的柵格生成元顏色代表著不同的控制元所生成的區(qū)域。柵格化處理主要考慮的是步長的一個選擇，本文牽涉到的柵格區(qū)域是一個機(jī)場飛行區(qū)，平面區(qū)域5 000 m[×]5 000 m。在GDI繪圖中，邏輯單位為1 000 m[×]1 000 m，也是柵格的整個區(qū)域大小。距離[d（P，Li）]變換在Voronoi圖的柵格算法中十分關(guān)鍵，其作用是將一張包含空間生長目標(biāo)的二值圖像轉(zhuǎn)換成一張距離圖像，常使用的柵格距離有棋盤距離、八角距離等。本文采用棋盤距離，如圖2所示。最后把各個控制單元生成的距離距離圖像進(jìn)行疊加，形成Voronoi圖的邊界。

（1） 以某個控制點(diǎn)為中心，對控制區(qū)域進(jìn)行柵格化處理，處理以后使用[d（G（m，n），Li）Ci]代替[d（P，Li）]，選擇合適的步長，本文選取步長x方向和y方向都為1，同時也代表實(shí)際地面距離為1 m。

（2） 計(jì)算控制元Pi對每個柵格G（m，n）的權(quán)重[Ci]和加權(quán)值[d（G（m，n），Li）Ci]，根據(jù)加權(quán)值賦予每個柵格顏色值。

（3） 對所有距離圖像進(jìn)行疊加，搜索柵格顏色過渡區(qū)，也就是Voronoi圖的邊，記錄柵格坐標(biāo)（x[]，y[]）。

（4） 根據(jù)Voronoi圖的邊，確定機(jī)坪移交區(qū)域。

2 算例分析

3 結(jié) 語

通過本文提供的加權(quán)混合元機(jī)坪移交區(qū)域確定方法確定的移交區(qū)，可以滿足基本的機(jī)坪塔臺和空管塔臺之間的移交，充分考慮了控制點(diǎn)元和控制線元對移交區(qū)的影響。本文考慮了機(jī)坪移交對管制負(fù)荷帶來的影響，從上述內(nèi)容可以看出，確定的移交區(qū)在D滑和E滑之間的聯(lián)絡(luò)道上。參考福州長樂機(jī)場的機(jī)坪移交區(qū)和移交方案實(shí)際生產(chǎn)情況，加權(quán)混合元圖確定的移交區(qū)較為合理。

參考文獻(xiàn)

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