1.1 研究背景與動機
由於航空交通量不斷地成長，飛航服務的需求也隨之不斷增加，大量航機飛 行於有限的空域中，造成飛航空域擁擠航空交通管制不易。因此許多為解決空域 擁擠及系統延滯的策略相繼被提出以及應用。國際民航組織(International Civil Aviation Organization, ICAO)在西元1989年提出在空中自由飛行(Free Flight)的夢 想，建議發展以衛星及數位化技術為基礎之CNS(Communication, Navigation, Surveillance)環境，來支援建立一飛航管理(ATM, Air Traffic Management)系統。
此一構想允許飛行員可以自由以其最佳的航路、速度及高度飛行，降低飛航管制 的限制，不僅能有效地使用空域、減少擁擠所產生之延滯，也同時能降低飛機的 操作成本。然而要達到自由飛行的目標，必須以飛機位置與速度為基礎的隔離方 式取代過去航路基礎的隔離策略，而機載與地面等基礎設施也都需要全面的提 昇。[28]
澳洲方面，於西元2000年組成一澳洲策略性航空交通管理團隊(Australian Strategic Air Traffic Management Group, ASTRA)，此團隊是為了提供在未來15年 能更安全、經濟、有效且對環境傷害較小的飛行條件，其發展之航空策略計畫中 主要策略方案為提供使用者偏好的軌跡(User Preferred Trajectories, UPTs)，駕駛 員能夠依每日規劃的彈性航路中選擇最有效率的航路飛行，最終目的是以節省時 間與燃油成本來降低航空公司的營運成本且因油耗的減少而減低對環境的負面 影響。且澳洲的航管單位於西元2003年完成其20座的廣播式自動回報監視 (Automatic Dependent Surveillance Broadcast, ADS-B)以監測航空交通，讓管制員 能夠更精確地追蹤航機的軌跡，能夠安全地減少航機間的間距以達到航管上延誤 的降低，提供更有效率的服務。[4]
而我國於民國八十八年委託美國MITRE公司完成「CNS/ATM發展主計畫規 劃專案」，提出台北飛航情報區CNS/ATM發展主計畫，並依時程階段性完成計 畫。在目前之過渡時期，飛航管制環境除了既有的飛航管制程序及儀器飛航程序 等規範外，仍極仰賴航管人員的經驗判斷。由於CNS/ATM計畫期程長達十年，
且我國不具備衛星航行、數據鏈通信、飛航管理系統等科技基礎，為有效執行此 一巨額投資之計畫、避免風險，民航局規劃聘請具備CNS/ATM專業科技能力以 及大型專案管理能力之顧問，協助執行CNS/ATM計畫各項系統之建置。民國九 十二年十月美國MITRE公司團隊得標獲選為民航局CNS/ATM計畫顧問。MITRE 公司顧問團隊由美國MITRE公司、紐西蘭Airways International公司、工業技術研 究院及國立成功大學等四個團隊組成。[28]
傳統航管系統中之語音通訊、雷達導航與監視等等基礎設施與航管管制操 作，並無法提供管制員對空域容量需求之精確預估，管制員往往因為無法即時得
知各航機的確切位置，必須倚靠經驗或雷達輔助來預測離到場航機可能會發生的 衝突，進而命令其航機到達指定之位置、高度，給予航機較大的隔離以避免危險 發生。在進場航機方面，從多方機場起飛之到場航機，進入終端空域後，經由到 場定位點降落在目標機場，由於機場跑道容量的限制，管制員必須將離、到場航 機做最有效率的次序安排。由董吉利(民95)之研究，以臺灣桃園國際機場雷達資 料中可明顯看出到場航機之軌跡大多無遵照到場程序之規範到場，會因航管介入 而有所偏離其航路，倘若再加上尖峰時段航機的增加，可能會發生更多繞行的情 況，造成不必要之人為延滯，進而影響航空公司油耗成本的增加，以及消費者的 不便。在以往流量管理文獻之研究中，多是利用航路中各陸基設施作為控制點，
以特定時段內放飛航機數做為決策變數，無法看出每架航機之即時狀態而加以控 制，因此若能夠在有限的空域中規劃依航機軌跡為基礎的彈性航路，配合流量管 理概念，針對控制範圍內之各航機進行飛航控制與管理，勢必能改善空域擁擠與 延滯的情形，以帶來經濟上的助益。
航管人員的經驗極其寶貴是無庸置疑的，但人腦畢竟有限，因此若能夠運用 電腦發展決策支援系統，提供航管人員更多參考資訊，將可提升航管人員在執行 決策時，更有效的顧及安全、效率與準確性。因此，如何利用航機軌跡來規劃進 離場航路與程序，以達到航空交通的安全與流暢是值得探討之課題。
1.2 問題描述
航機在空中航行，起降或是地面滑行，並非如鳥般恣意翱翔。天空如地面的 公路一樣具有路線。這些無形的路線是藉由助導航設施(NDB、VOR、TACAN) 發射的電波所連結起來，由航機的導航裝備或衛星來完成導航。這些航路提供航 機在廣大的空中不至於無所適從，同時也便於管制單位提供服務。在飛航管制作 業中，另一項重要的工具是雷達。管制員可以利用雷達觀察空中航機的相關位置 和動態，並且藉由次級雷達的數據傳送配合航管電腦，讓管制員運用雷達幕上的 資料方塊(DATA BLOCK)輕易識別每架飛機。經由雷達顯示，管制員即可依照各 種雷達管制程序引導空中的航機，以取得安全隔離並且有序、快速地消化空中交 通的流量。
為了達到安全及效率的要求，航管人員與駕駛員的專業知識、技能、緊急應 變的程序與能力、以及相關的各項輔助設備都是不可或缺的。航管人員利用無線 電和駕駛員協調，應採用哪一預定的路徑進行起飛、爬升、下降及落地。定速飛 行時，駕駛員根據飛航計畫書中預先提出的每一段航程，沿著已訂定的航路航 行。航管人員必須確保航機間保持安全距離。隨著航機從一管制空域前進下一空 域，航管人員之間會有交接監督航機之工作，其中也可能會允許駕駛員為了避開 惡劣天候而暫時「脫離航路」之情事。因為彼此立場角度的不同，對於如何達成 飛航上安全及效率的共同要求，航管人員與航機駕駛員也會有不同的看法。對飛
行員而言，一般都希望能選擇最直接的航線以及最經濟的巡航高度。但往往這些 理想的設定並無法完全符合航管上安全的要求和限制。對於航管人員，他們必須 同時面對及處理多架不同要求的航機，在許多情況下，他們必須要求某一航機改 變速度、高度、方向或甚至多轉幾個圈，以求達到整體飛航安全的考量。
由於目前駕駛員必須沿著固定之航路曲折航行，跨越地面導航信標的上空，
讓航管人員能在雷達觀測有限之範圍下進行航機管理，如圖1所示。若能夠排除 地面導航設施之限制，即在未來採用全球定位系統與衛星導航方式，達到自由飛 行之目標，讓駕駛員有時能選擇較直接之路徑，有時則採用距離較長但因順風而 較快之路徑，此種航路彈性可以讓駕駛員按照自己希望的路線與時間飛行，管制 員可以彈性改變航路，達到最佳的飛航模式，亦可使系統大幅增加空域容量，如 圖2所示。
圖 1 固定航路圖
圖 2 彈性航路圖
在圖2之航管作業環境下，透過GPS定位系統，航管人員可精確知道航機在 系統範圍內每一時刻的位置，並彈性調整飛行的航路，而非如圖1航機之運作，
由於受限於陸基設施，以致於航機在調配上無法即時做出更有效率的決策，有時 更需以雷達引導的人為介入方式管制，以致發生航機繞行情形。因此若能應用較 具彈性之飛航管理方式，將能使空域使用更有效率。本研究即是希望透過航機軌 跡之分析探討，在可行彈性航路的引入與佈設條件下，發展彈性航路流量管理模 型。
1.3 研究目的
管制員必須對到場與離場的航空器排定其順序以保持良好的空中交通，而為 了在尖峰時段仍能維持航機交通的順暢，提供管制員更精確的排序與隔離工具是 一個必要的手段，其目的是維持進離場管制服務的品質以及更有效的利用空域與 跑道容量。以往國內對於流量管理方面，如劉仲祥(民93)及俞瑞華(民92)之研究，
皆以台北飛航情報區飛航指南(AIP)中之固定航路，配合空域模擬模式進行流量 管理。
本研究欲利用使用者偏好軌跡的概念，改善以往以固定航路進行流量管理的 方式，在依航機軌跡為基礎的彈性航路上設定多個虛擬控制點，當航機通過控制 點時，由於控制點間之距離為已知，即可以準確預測該航機到達下一控制點之時 間，因此管制員能夠精確地依據此等數據進行隔離，以實際雷達資料中統計出航 機到達各點時應維持的高度、速度等參數，針對台北終端管制區之網路利用電腦 程式建立模擬模型，以達到離到場航機都能順暢飛行為目標，並減少不必要的繞 行延滯、航管干擾以及管制員在決策上的負擔。
利用所建立之模擬模型，以實際雷達資料進行模擬，探討彈性航路之效益，
首先須完成相關節點參數之設定，以及彈性航路的規劃，亦即可以讓管制員在安 全運作的條件下，有較多航路選擇的可能，裨航機能以對航空公司最有利的航線 飛行。在此構想基礎之下，本研究擬發展一網路模擬模型，以協助管制員更容易 地掌握航機的動向。因此本研究之目的如下列三點：
1. 建構台北終端管制區內以使用者偏好軌跡為基礎之彈性航路，滿足到場 航機順暢航行。
2. 在彈性航路基礎之下建構台北終端管制區網路模擬模型。
2. 在彈性航路基礎之下建構台北終端管制區網路模擬模型。