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user: 3. 飞行冲突危险性实例验证 3.1. 事件危险性指标计算 3.1.1. A事件描述 某年某月某日，在我国境内某管制区发生了一起由于管制员误发高度穿越指令造成的小于间隔事件A。事发前两架航空器在同一航路保持300 m高度差相对飞行，在两机小于20 km时管制员指挥高高度航班下降高度，该指令导致高高度航班存在小于最小水平间隔的情况下穿越低高度航班高度的风险。两机水平间隔小于10公里时出现短期冲突告警，随后开始执行冲突解脱。管制员在航空器小于规定间隔后才采取纠正措施，冲突整体处于可控状态但冲突解脱不及时。但由于此事件中航空器对位于同一条航路上相对飞行，且其中一架冲突航空器执行了侧向偏置3 nm的偏置程序，故而进行冲突危险计算时，需要弱化水平接近率以及航迹夹角的得分(修正参数k = 0.442)。 3.1.2. A事件冲突危险性指标 表4中罗列了基于冲突危险性指标体系计算得到的冲突航空器在27个小于最小安全间隔时间片内各冲突指标类别的评分。考虑到航空器高度改变具有惯性，机组已经难以立即保持高度，故而管制员采取了高度穿越的方式建立重新安全垂直间隔，致使在此阶段的航空器间的垂直间隔持续剧烈减小，虽然水平间隔先减小后增大但幅度较小，故而航空器间隔带来的危险性持续上升。由于本事件中的冲突航空器相对飞行的一方执行了侧向偏置，随着航空器的持续接近水平速度矢量(航空器假设水平速度不变)在水平距离矢量上的投影逐渐缩短直至相切时垂直，故而水平接近速度呈持续减小趋势。但航空器的垂直接近速度存在一定的波动，故而接近速度得分在整体下降的背景下出现了几处接近速度危险性的高峰。受益于管制员及时有效的冲突解脱，冲突航空器仅在1~14个时间片内保持了相对态势，第15时间片开始航空器航迹便开始分散，航迹夹角带来的危险性下降至0。通过自动化系统数据计算得到，事发当时扇区流容比为55.56%且通话饱和度为41.67%，故空域繁忙程度得分35分表征中等的繁忙程度。 Table 4 Score of conflict risk index syste 时间片 航空器间隔 航空器接近速度 航迹夹角 空域繁忙程度 空域复杂性 1 2.73 31.26 34.99 35.00 55.00 2 5.38 37.76 35.00 35.00 55.00 3 7.11 31.26 35.20 35.00 55.00 4 8.78 31.26 35.40 35.00 55.00 5 10.26 31.26 35.62 35.00 55.00 6 12.17 37.76 35.84 35.00 55.00 7 13.69 22.38 36.08 35.00 55.00 8 15.13 22.38 36.32 35.00 55.00 9 16.56 22.38 36.55 35.00 20.00 10 18.40 28.88 36.79 35.00 20.00 11 19.67 22.38 38.36 35.00 20.00 12 20.82 22.38 39.94 35.00 20.00 13 21.79 19.49 41.51 35.00 20.00 14 23.15 25.99 43.07 35.00 20.00 15 23.57 19.49 0.00 35.00 20.00 16 23.89 19.49 0.00 35.00 20.00 17 24.15 19.49 0.00 35.00 20.00 18 24.79 25.99 0.00 35.00 20.00 19 25.13 19.49 0.00 35.00 20.00 20 25.36 19.49 0.00 35.00 20.00 21 25.37 19.49 0.00 35.00 20.00 22 25.76 25.99 0.00 35.00 20.00 23 25.55 19.49 0.00 35.00 20.00 24 25.23 19.49 0.00 35.00 20.00 25 25.07 19.49 0.00 35.00 20.00 26 25.34 25.99 0.00 35.00 20.00 27 24.69 19.49 0.00 35.00 20.00 表4. 冲突危险性指标体系得分 基于信息熵计算表4中6个指标类别的熵权，描述航空器航行诸元变化的指标类别重要性占据了主导地位，其中表征航空器运动态势的航空器接近速度与航迹夹角指标类别的权重较高，分别达到了0.211和0.209，表征冲突结果的航空器间隔指标类别次之，权重为0.171。由于描绘空域繁忙程度的指标没有发生变化，故该类别权重最低为0.162。空域复杂性由于变化剧烈，故带来的危险性影响最高，达到了0.247。相较于局方原有的标准的权重占比，由于本体系具有动态性分析特征，故而将从结果导向(间隔指标占比高)的权重设置向运动态势倾斜，更加关注在当下时间片的航空器运动态势可能带来结果的危险性。 3.2. 冲突危险性实例对比分析 3.2.1. A事件冲突危险计算合理性 为了验证本文构建的指标体系以及相应计算方法的合理性与有效性，这里将使用本体系计算得到的飞行冲突危险性与局方现行标准《民用航空器事故征候》(MH/T2001-2015)通过图1进行对比，在不同标准下该事件均未突破事故征候判定阈值，可以定义为不安全事件。局方标准在尚未建立水平间隔时极小的垂直间隔致使本事件在26~27时间片航迹已经分散之后才取得了危险性的最高得分54.768。而在10~12时间片取得的危险性次高得分为54.282分。但是，显然在航空器航迹尚未分散之前，其不断汇聚的态势所带来的危险性显著高于不再具有碰撞风险的航迹分散时段。因此我们可以看出，局方目前执行的标准在一定程度上忽略了航空器的动态运动趋势可能带来的危险结果，这个问题不仅来自于对垂直接近速度的忽视还受到过度关注实际间隔的影响。 本事件冲突阶段的危险性均分为26.41分，最高点在第6个时间片取得33.48分，整体危险性较低。总体来说，本指标体系与局方标准计算得到的危险性分数在对飞行冲突危险性变化趋势的描述上具有一定的相似性，但在局部细节上包含了更多且更精确的信息故显现出了差异，进一步完善了对于飞行冲突危险性的描述。本体系在航迹分散前(1~14时间片)在高位保持一段时间后持续下降，没有出现局方标准先上升后下降的过程，这是由于垂直接近率以及潜在冲突航班的影响，弥补了局方标准视角缺失的部分飞行冲突危险性影响因素。故而本体系计算结果在第6时间片上述两个因素共同作用下达到了危险性的最大值，而当潜在冲突航班数量在第8个时间片后减少故其带来的危险性也随之下降，飞行冲突的危险性则出现了与局方标准一致的持平特征。在航迹分散后(15~27时间片)改进指标体系计算结果呈现为持平的态势，并出现少于由于垂直方向上间隔以及接近速度变化带来的波动。这里可以解释为在航空器航迹发散过后，虽然垂直方向上的距离仍然在持续缩小，但由于水平方向上的远离使得冲突航空器已经不存在相撞的风险，冲突危险性不应再进一步增加。总而言之，本体系相较于局方标准，除去空域运行态势外，在航空器航行诸元中更加关注了冲突的演变趋势与动态特征，使得评价结果更加合理且完备地描述了冲突的演变过程。 图1. 飞行冲突事件A危险性新旧体系对比 3.2.2. 多事件危险性对比 基于实际飞行冲突事件的雷达数据计算了四个事件的飞行冲突危险性并进行对比，并在图2中进行了展示。除去前文提及的事件A以外，其余事件的冲突危险性呈现为与局方标准较为一致的变化趋势以及更为丰富的局部细节特征。事件B的冲突时间片较短，1~3时间片更加平滑的描述了航空器垂直间隔从临界处突破界限的过程，使用平滑的方式取代了局方标准对于间隔因素的过度关注，更加准确的描绘冲突危险性的变化态势。事件C由于缺少冲突解脱过程，冲突危险性的变化描绘了航空器从相遇到远离的过程相对较为单调，但是在增加了空域类指标之后我们关注到冲突危险性在27往后的时间片中由于潜在冲突架次的增加呈现为上升趋势，完善了对于冲突发生过程中的空域运行环境的差异对于冲突危险性的影响。受益于引入了垂直接近率的飞行特征描述，事件D在23个时间片时由于垂直接近率的不断减小，呈现出更加直接且迅速的下降态势，改进体系更加精准的描述了危险性的动态变化。 为了进一步验证信息熵在权重计算中的有效性。在飞行冲突危险性评分中最为核心的部分仍然为飞行诸元的评价，如表5所示的四个事件中，航空器间隔、航空器接近速度、航迹夹角类指标的权值和占比较为接近，均分布在60%附近。四个事件中航空器间隔类指标的权值大与飞行冲突的间隔缩小程度呈正相关，即间隔越小间隔类指标权重越高(A事件最小垂直间隔221米/最小水平间隔8.03公里，B事件264米/9.37公里，C事件242米/9.27公里，D事件，122米/4.84公里)。航空器接近速度的分布则较为直 图2. 飞行冲突危险性实例对比 Table 5 Index weight comparison of flight conflict event 航空器间隔 航空器接近速度 航迹夹角 空域繁忙程度 交通复杂性 事件A 0.171 0.211 0.209 0.162 0.247 事件B 0.153 0.235 0.235 0.176 0.176 事件C 0.172 0.218 0.218 0.149 0.230 事件D 0.212 0.200 0.235 0.176 0.176 表5. 飞行冲突事件指标权重对比 观，由于A、B、C事件的发生空域均属于区调管辖，冲突航空器的飞行高度高、速度大，直接导致上述三个事件的接近速度权值高于发生在进近区域的D事件。从航迹夹角来看，事件B与事件D中航空器夹角发生了持续的转变，表现为航迹夹角上的权重高于事件A、C。在空域运行状态类的指标类别空域繁忙程度以及交通复杂性中，指标权重分布同样有效的描述了事件的差异。由于事件A、C中存在潜在冲突航空器，故其交通复杂性的权重显著高于事件B、D，相应的由于B、D事件中未发现潜在冲突航空器，造成了指标值未发生改变，故而其交通复杂性与空域繁忙程度提供了相同的危险性权重贡献。