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

本篇中所進行的研究就是屬于第一種研究方向，從研究飛機在空中飛行時的位置誤差入手，首先，假設飛機在各個方向上發(fā)生沖突的情況是互相獨立的，于是可以將飛機之間的間隔分為側向、縱向和垂直三個方向來討論，分別分析有哪些因素對飛機在空中的位置會產生影響，以及影響的程度，經過分析后假設這些影響因素對的飛機位置的影響都是隨機函數，根據概率論的基本原理，則兩架飛機在空中這三個方向上的距離也各是一個隨機函數，其取值是受各種因素影響的，當給定一個飛機之間會發(fā)生危險情況的距離，定出積分的上下限后，就可以得出此時兩架飛機之間在這個方向上發(fā)生沖突的概率了，在三個方向上的沖突概率都得出后，根據概率論的基本原理，兩架飛機之間發(fā)生沖突的概率就是這三個方向上分別發(fā)生沖突的概率的乘積，由此就得出了兩架飛機之間發(fā)生沖突的概率了。此時再考慮上時間因素，飛機之間發(fā)生沖突的可能性就是一個隨時間改變的函數了，有了這個數學模型，可以定出一個能夠接受的飛機之間發(fā)生沖突的最大的概率，當達到或者超過這個概率時，就表明在當時時刻飛機之間將發(fā)生沖突，通過計算，就可以反推出在什么時間飛機之間會發(fā)生沖突了。

本篇第一章概要介紹了一下有關的研究方向和方法；在第二章提出了在該問題上提出的基本數學模型概念；在第三章至第五章中首先分三個方向對該間隔模型分別進行了分析，討論了空中交通管制中所使用的側向間隔方法、縱向間隔方法、和高度間隔方法中該間隔模型的實際應用，然后在第六章中研究了兩架飛機在航路飛行狀況下，其實際的空中相撞概率，并對課題中所用到的仿真程序的結構、思想，以及仿真結果進行了總結，提出了一些改進的建議。

 

第二章 安全間隔的基本概念

2.1 飛機在空中的飛行狀態(tài)

民航飛機尤其是民用運輸機的飛行特點是直線飛行多，大多數時候可以認為飛機在作定常運動，同時民用運輸機還是一種非高機動性飛機，機動包線范圍小，空管規(guī)則也不允許民用飛機任意作機動。因此，民航飛機的飛行過程很明顯的分為幾個階段，下面就首先對民航飛機的各個飛行階段分別進行分析，看看各個階段的飛行特點，以及在這些階段飛機間的安全間隔。

 

圖2－1 航班的飛行過程行過程

在整個的民航班機飛行過程中，一個航班的飛行過程可以分為滑跑、起飛飛行、爬升、巡航、下降、進近、著陸等幾個階段，在每一種飛行過程中，飛機的飛行狀態(tài)、其飛行的航路結構、飛行過程中所使用的導航設備、導航方式等都有所不同，也就導致了在這些不同的飛行階段其飛行方式、飛機所依照的飛行規(guī)則，以及飛機間的間隔標準也就有所不同了。這些不同的飛行階段可以用飛機飛行所處的飛行區(qū)域來粗略的劃分，基本上可以劃分為區(qū)域管制飛行、進近管制飛行和塔臺管制飛行三個不同的飛行階段，如圖2-1所示：

在塔臺管制區(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分段：起飛分段包括滑跑至飛機飛到離跑道35英尺高（10.7米），并達到起飛安全速度的航跡段；起飛飛行分段是從起飛分段結束到離跑道1500英尺（450米）高或完成從起飛到航路構形的轉變，并達到規(guī)定的速度和爬升梯度的點。在塔臺管制區(qū)域的飛行當中，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，主要是考慮在當時的機場天氣情況下，前一架飛機所產生的尾流對后一架飛機的影響，以及影響的程度；當飛機在起飛飛行、爬升和下降的飛行狀態(tài)時，管制員和飛行員則主要考慮機場周圍的障礙物對飛機飛行活動的影響，以及在相同空域中飛行的其他飛機對該機飛行活動的影響。對于障礙物，每個機場規(guī)定的標準離場程序都有詳細規(guī)定的機場障礙物超越面，飛行員只要按照飛行任務書上的規(guī)定操作就可以安全飛行，而對于不同飛機之間的交通沖突，由于這個區(qū)域相對比較小，飛機相對較擁擠，另一方面在這一區(qū)域內的導航設備比較多，因此也就導致飛機在該區(qū)域內的最小間隔比之在其他兩個區(qū)域內的要小。

在進近管制區(qū)內，飛機的飛行狀態(tài)主要包括：爬升、下降和進近。在這一區(qū)域內飛行的飛機其高度變化都比較大。相同的，由于這個區(qū)域相對區(qū)域管制區(qū)較小，導航設備也較多，其管制間隔較之區(qū)域管制區(qū)也要小一點，但比塔臺管制區(qū)則要大一些。

在區(qū)域管制區(qū)，飛機基本上都只進行巡航飛行，上升到規(guī)定的巡航高度層后，就進行比較穩(wěn)定的巡航飛行了。民航飛機尤其是民用運輸機在區(qū)域管制區(qū)的飛行特點是一般直線飛行多，大多數時候可以認為飛機在作定常運動，同時民用運輸機還是一種非高機動性飛機，其在區(qū)域管制區(qū)內的飛行則可以考慮為直線勻速運動。由于區(qū)域管制區(qū)面積較大，航路安排比較松散，飛機的密度較小，而且在該區(qū)域內的導航設備比較少，因此在這個區(qū)域內的飛機最小間隔標準規(guī)定得就比較大。

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

2.2 飛機之間的沖突

在空中交通管制工作中，人們經常會說起“沖突”這個詞，所指的是飛機在空中飛行時，是否與其它飛機之間會有相撞的危險。從字面上的意義來說，飛機在空中相遇所發(fā)生的“沖突”，就是指飛機在空中飛行的過程中，在某一特定時間，與其他的飛機在空間的占用上發(fā)生了重疊。依照所占用空間大小的不同，飛機之間發(fā)生危險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。