空中交通管制安全评估方法与模型

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1、东南大学博士学位论文空中交通管制安全评估方法与模型姓名：隋东申请学位级别：博士专业：交通运输规划与管理指导教师：王炜20070510摘要所谓空中交通管制安全评估就是以定性或定量的形式分析空中交通管制系统的安全性，以判别其是否达到目标安全水平，它是ATS安全管理的核心技术，更是论文的研究主题。在概念与技术回顾部分，首先介绍了空中交通管制安全的有关概念。然后对几十年来空中交通安全相关方法与模型进行了回顾，较为详细地介绍了5种有代表性的方法：Reich模型，简单几何模型、保护区方法、风险分析法和随机过程方法，并简要分析了各类模型与方法的适用场景、主要特点以及存在的缺陷

2、。从整体上看，现有模型和方法还不完全成熟。缺乏系统性。主要存在问题有：①每种方法或模型仅适用于某个特定情形，通用性差；②没有考虑管制员的失误或考虑的不足；③忽略了告警系统对安全所产生的影响。最后简要介绍了人的失误与人的可靠性、人的失误与人的不安全行为，人的失误特点、人的行为类裂、人的行为形成网子、人的认知行为模璀等HKA技术基本概念与理论。在此基础上，总结回顾了10种现行HRA方法，并选择性地分析了CREAM方法和HCR模型在空管领域应用的可能性。基于已有空中交通管制安全评估方法的成果和不足，本文认为应该重点加强空中交通管制中人的可靠性和告警系统对安全所产生的影

3、响研究，这同时也是安全评估的难点。通过对我国典型空中交通管制场景的深入分析，本文提出了一种新思路，即从空中交通管制的安全防护体系入手，将潜在飞行冲突看作空中相撞事故的初因事件，提炼出四层安全防护(管制员指挥、短期冲突告警、飞行员目视避让和TCAS告警)，由此建立了基于HRA的空中交通管制安全评估模型。针对不同需求，提出了两种潜在飞行冲突计算方法，即基于预计交通鼍的静态方法和基于飞行计划与飞行动态的动态方法。根据管制员调配色行冲突活动的特点，首次使用CREAM预测分析技术解决了管制员调配飞行冲突失误概率计算问题。依据STCA防护机理，建立了防护火效故障树模型，进而

4、提出了故障树关键“基事件”概率计算方法；①使用HCR模型分析管制员朱在规定时间内响应概率；②使用CREAM方法估算管制员发错指令概率，飞行员听错指令概率和管制员未能发现飞行员复述错误概率。在深入分析TCAS系统技术特点的基础上，建立了TCAS防护失效故障树模趔-并提出了飞行员未能及时响应概率和飞行员操作失误概率的计算方法。针对平行航路安全评估问题，首先利用R幽：h模型，以京沪区域导航平行航路为例，深入探讨了侧向重叠概率、占有率等难点技术，系统分析了无管制员干预的平行航路碰撞风险；然后在Reich模型的基础上，推导了管制员干预次数计算模型；最后依据本文建立的基于H

5、RA的空中交通管制安全评估模型，以京沪平行航路为背景完成了下述工作：①计算了单位时间管制员干预次数；②估算了管制员调配飞行冲突失误概率；③通过雷达管制模拟机实验和简易b行模拟器实验，分别采集了STCA告警界面和TCAS告警界面下的管制员／飞行员响应时间数据。并使用SPSS软件进行数据处理，分析结果表明管制员／飞行员在规定时间的未响戍概率服从三参数威布尔分布，证实了HCR模型的适用性；④在完成了基事件概率估算的基础上，根据已建立的故障树模裂，分别计算了STCA和TCAS防护失效概率；⑤得出了雷达管制环境l"tfl京沪区域导航平行航路碰撞风险，并与目标安全水平的比较

6、·结果表明该航路满足安全要求，风险水平是可接受的。针对管制扇区安全评估问题，提出了基于飞行冲突探测的管制扇区潜在E行冲突统计方法，并建立了战术飞行冲突探测模型；依据本文提出的安全评估模型框架，提出了管制扇区安全评估方法·以l东南大学博士学位论文上海某管制扇区为背景，在欧洲猫管制模拟系统上进行实验，并采集了相关雷达数据。使闱VC++6．0编写程序计算了潜在飞行冲突次数，并将计算结果与管制员的记录进行了比较分析。结果表明：本文提出的管制扇区统计方法是可行的．而关键则是要选择好扫描周期和向前探测时间这两个参数。扫描周期越短，潜在冲突被遗漏的可能性越小，则冲突统计越准确

7、。向前探测时间应与管制员解决冲突的时间提前量相一致。探测时间如果小于提翦景，则可能还未探测剑冲突。冲突己就已被管制员解决了；探测时间如果大于提前量，受管制员调配飞行冲突行为的影响，推测轨迹的不确定性大大增加，致使统计结果准确性降低。关键词：空中交通管制；安全评估；平行航路；管制扇区：Reich模型；冲突探测：人的可靠性分析；短期冲突告警；机载防撞系统r人的认知可靠性模型；认知可靠性与失误分析方法IlAbstractTheso-calledAirTrafficSafetyAssessmentistoqualitativelyorquantitativelyanal

8、yzethesafety