观点|有数据有真相！我国的区域扇区到底有多忙？
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本文作者 仲锋惟 王旭
2018年春运期间我国部分区域扇区运行态势浅析
中国民航飞行情报区共计1080平方公里，共划设扇区360个，其中区域扇区223个，进近（终端）扇区137个。
结合全国春运期间的雷达数据、报文数据以及各地区空管局上报的扇区通行能力数据，本文对2018年春运（2月1日至3月12日）共计40天区域扇区的运行态势进行了分析，希望对全国各级运行单位掌握日常运行态势有所借鉴。
一、总体情况
我国所有区域管制扇区日均流量的均值为442，标准差为237，标准差系数为0.54，区域扇区间的流量差异较为明显。如图1所示。
图1我国区域扇区飞行架次分布
日均流量1000架次以上的扇区有6个，日均流量在800至1000的有9个。大多扇区的日均流量在400至600，200至400间，占比分别为27%和37%。
注：标准差：样本 值与均值差的平方的算术平均数的平方根，反映样本间的离散程度。
标准差系数：标准差与均值的比值。从相对角度观察的差异和离散程度，在比较相关事物的差异程度时较直接比较标准差要好些。
图2我国繁忙区域扇区分布
对排名前20的繁忙区域扇区进行统计，如图2、图3所示。在这些繁忙扇区中，日均飞行流量都在770架次以上，广州区域5号扇区最为繁忙，日均飞行达1162架次、日峰值达到了1270架次。从繁忙扇区的所属区域来看，华北地区占3个、华东地区占6个、中南地区有11个。
图3我国繁忙区域扇区日均飞行架次
二、时段分布特征
统计春运期间我国民航主要繁忙扇区每小时的平均飞行架次。不同区域扇区的小时运行特征有较大差异，其共性特征不明显。
大多扇区的繁忙运行时间为早上8点到晚上21点，但也有部分扇区在晚上22点-凌晨0点仍处于繁忙阶段，如ZBAAAR06、ZGNNAR03、ZGGGAR15、ZGGGAR16等。大多繁忙扇区在不同时段没有比较明显的流量差异，但也有少部分扇区具有较为明显的波峰波谷，如ZBAAAR07、ZGGGAR20等。大多扇区在凌晨2点-6点期间处于空闲状态，但也由扇区在该时段依然有较多的飞行，如ZGGGAR05、ZGNNAR03等。
进一步选取春运期间8：00-21：59间的全国所有区域扇区的飞行架次，计算时段不均衡度，如图4所示。
图4区域扇区时段架次不均衡度
图中的横轴为日均飞行架次，纵轴为不均衡度，每一圆圈表示某一扇区，圆圈的大小表示扇区小时飞行架次的峰值的大小。所有扇区不均衡度的均值为1.32，标准差为0.23。大部分繁忙区域扇区的不均衡度都保持在1.2左右，且飞行流量越大不均衡度往往较小。说明，我国繁忙区域扇区在不同时段的流量差异较小，长时间处于较繁忙状态，而大多不繁忙区域扇区在不同时段的流量差异较大，且日均飞行架次较少。
注：不均衡度为某一期间内机场起降架次的峰值与均值的比例。不均衡度越小说明该机场不同时段的起降总架次越为平衡，对机场资源的利用率更为均衡。但另一方面，若不均衡度较小，且起降架次接近容量值时，则反映了该机场的容量裕度较小。
三、超能力运行情况
对我国所有民航区域扇区的飞行架次与对外声明的通行能力值进行对比分析，发现大多区域扇区都存在不同程度的超能力运行情况，超能力运行总共达12709次（扇区小时），日均326扇区小时，日均超能力运行扇区数达58个，平均超容率为17%。超能力运行高峰在春节前集中在2018年2月10日/农历腊月25前后3天（超能力次数达400次，超能力运行扇区数最高达70个，平均超容率18%）。春节后，在2018年2月21日/农历正月初六-2018年2月22日/农历正月初七前后出现超能力运行的小高峰（超能力次数也达到400次，超能力运行扇区数达63个，平均超容率18%）。
图5 频繁超能力运行区域扇区
其中，华北地区占9个、华东地区占5个、西北地区占1个、中南地区占5个。
图6 频繁超能力运行区域扇区散点图
其中，如图6所示。这20个区域扇区的平均超容率达到19.2%，日均超能力运行10小时。其中，北京区域6号扇区和南宁区域3号扇区的日均超能力小时最长，都达到15时。北京区域1号扇区、北京区域6号扇区、南宁区域3号的平均超容率较大，都超过了30%。北京区域1号扇区、北京区域6号扇区、上海区域13号扇区、西安区域2号扇区的最大超容率较大，分别为123%、79%、79%、78%。
统计不同时段的超能力运行扇区数，如图7所示。从早8点到晚22点，每一时段对应的超能力扇区数都超过14个，下午14点、上午9点是超能力运行最严重时段，日均超能力运行扇区数达到27、25个，日均超容率达18%、20%，最大超容率达123%、79%。
图7区域扇区超能力运行时段分布
四、典型案例分析（ZBAAAR01的某次超能力运行）
北京区域1号扇区的高度层范围为0-12500米，日常运行中超能力现象比较严重，日均超能力运行12小时，平均超容率全国最高（达到33%）。尤其在2018年2月5日14：00-14：59期间超容率达到破百。
该时段，扇区共服务航班67架次，在14：00时，该扇区内共有9架航班，该时段共进入58架航班，在14：59时扇区内依然有12架航班。然而，该扇区通行能力仅为30架（容量评估值31.9架），以致超容率达123%（根据评估容量计算结果为110%，根据通行架次计算结果为83%）。
对这些航班在起飞机场的延误情况进行追溯，发现起飞延误航班共29架，延误比例占43%，平均延误45分钟。
可以认为：大面积的延误使得航班扎堆进入该扇区，从而导致较高的超容率。而较高的超容率也完全扰乱了管制员的节奏，产生了空中盘旋等降低管制运行效率的后果。此外，该扇区除包含大量飞越航班外，还有大量的进近航班（飞行高度在6000米（含）以下的航班有17个，占所有航班量的25%），多样的管制任务也带来了更大的管制压力，也必然会带来更多的流控。
为保障安全、避免管制压力无限度陡增，该扇区也适时发布了流控。这些流控涉及的范围非常广（上海、广州、东北、西安、郑州等都受控）、持续的时间也比较长（最短为2小时，有的达到了5小时）。此类流控必然造成多个机场的航班延误，也终将对全国空管系统的运行效率产生较大影响。
五、小结
通过以上对历史数据的统计分析，发现区域扇区的运行总体比较繁忙。区域扇区中日均流量1000架次以上的有6个。总体来看，在空间和时间上分别存在以下特征。
（一）空间维度特征：存在明显的分布不均匀，与繁忙机场分布具有明显的一致性，华北、华东和中南地区运行压力突出。前20繁忙区域扇区主要分布在华北区域（3个）、华东区域（6个）、中南区域（11个）。
（二）时间维度特征：繁忙扇区在不同时段的流量差异较小，且飞行流量越大的区域扇区，其不均衡度往往较小，说明这类扇区长时间处于较繁忙状态。大多扇区的繁忙运行时间为早上8点到晚上21点，春运期间有部分扇区繁忙时段扩大到晚上22点-次日0点。
（三）超容运行特征：（1）区域扇区日均超能力运行扇区数达58个，平均超容率为17%，下午14-16点通常是扇区超能力运行最为严重时段。（2）频繁超能力扇区的区域分布与繁忙扇区的分布有较大差异，超能力运行最为严重的20个区域扇区主要分布在华北地区（9个）、华东地区（5个）、西北地区（1个）、中南地区（5个）。（3）部分扇区的最大超容率惊人（北京区域1号扇区达123%、北京区域6号扇区达79%），该类扇区对外发布流控的频率也比较大。
原因分析：
（1）航班需求总量具有明显的地域特征，受机场起降影响，扇区在运行中也存在较强地域特征。受航班总量的连续增长，高密度运行的繁忙扇区随之增加。
（2）为满足日益增长的需求，航班运行周期逐渐被拉长，使得繁忙扇区的时段均衡性提高。
（3）案例分析表明，由于时刻表或其他原因导致的大范围起飞延误可以使大量航班扎堆进入扇区，造成扇区内飞行架次突发性超过其通行能力，管制员为保障安全水平，必然会采取相应的流控措施，这种突发性、临时性的流控又可能进一步加剧航班延误，最终产生恶性循环、降低空管系统运行总体效率。
（4）扇区的划设存在问题，部分区域扇区负责的飞行高度层过多，致使所服务的飞行活动种类繁多、管制压力较大，对外发布流控的频率也比较频繁。
意见建议：
（1）基于历史数据对部分扇区进行调整和优化，尤其是频繁超能力运行、频繁发布流控的相关扇区。
（2）在航班时刻优化过程中，除考虑机场超容运行之外也尽可能考虑扇区的超能力运行，从全局对航班时刻进行科学合理安排。
（3）基于飞行动态适时更新，增强流量预测精度，提前实施科学流量管理。