復(fù)雜機(jī)場終端區(qū)空域資源配置關(guān)鍵技術(shù)研究

李俊

摘 要：為了提升復(fù)雜終端區(qū)空域資源利用效率，保證空中交通運(yùn)行效率，本文研究了復(fù)雜終端區(qū)空域資源配置關(guān)鍵技術(shù)問題，提出了具體的空域資源配置規(guī)劃和管理方法，算例分析表明，本文提出的方法可靠性和有效性優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)性、安全性符合標(biāo)準(zhǔn)，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜機(jī)場終端區(qū)；空域資源配置；關(guān)鍵技術(shù)；規(guī)劃管理

前言：機(jī)場終端區(qū)指的是飛行區(qū)與航路之間的過渡銜接區(qū)域，終端區(qū)有著交通匯聚和發(fā)散快速的特點(diǎn)，且航空器飛行和運(yùn)行環(huán)境的機(jī)動(dòng)性、和時(shí)變性較強(qiáng)，這必然會(huì)影響空中交通運(yùn)行效率。尤其對于復(fù)雜機(jī)場終端區(qū)來說，機(jī)場間運(yùn)行相互影響、空中交通密集，且航線結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，很容易導(dǎo)致空域擁堵和航班延誤等問題，這就需要合理配置空域資源，提升空域資源利用率，以此來保證復(fù)雜機(jī)場終端區(qū)的運(yùn)行效率?；谝陨希疚慕Y(jié)合算例，簡要研究了復(fù)雜機(jī)場終端區(qū)空域資源配置關(guān)鍵技術(shù)，旨在為機(jī)場終端區(qū)空域資源配置規(guī)劃管理的相關(guān)研究和實(shí)踐提供參考。

1復(fù)雜終端區(qū)空域資源配置關(guān)鍵技術(shù)方案

1.1條件航路和臨時(shí)隔離區(qū)域

當(dāng)前空域劃分難以實(shí)現(xiàn)靈活的空域管理，空域資源配置不合理，需要以現(xiàn)有空域?yàn)榛A(chǔ)建立臨時(shí)隔離空域，供軍民聯(lián)合使用，民航或軍航可遞交申請，一旦出現(xiàn)沖突，進(jìn)行空域資源協(xié)調(diào)配置，保證空域資源配置和使用的充分性和靈活性，在增加空域流量和容量等資源的基礎(chǔ)上，能夠有效提升空域資源利用效率[1]。臨時(shí)空域可以是臨時(shí)隔離空域，也可以是條件航路，其中條件航路在特定條件下才可以規(guī)劃和使用，而臨時(shí)隔離空域則供特定用戶專用。

1.2復(fù)雜終端區(qū)空域資源配置技術(shù)方法及步驟

首先，預(yù)測復(fù)雜終端區(qū)對空域資源的需求，以現(xiàn)有機(jī)場布局和擴(kuò)建需求為基礎(chǔ)，對“四階段”模型法進(jìn)行改建，采集歷史流量數(shù)據(jù)，預(yù)測空域資源需求。

第二，以空域資源需求為基礎(chǔ)，對當(dāng)前復(fù)雜終端區(qū)存在問題進(jìn)行分析，開發(fā)仿真軟件，采用仿真與專家座談結(jié)合的方式對當(dāng)前空域資源配置和使用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出未來機(jī)場布局、空域使用及協(xié)調(diào)機(jī)制等方面問題和影響因素。

第三，以現(xiàn)狀問題分析為基礎(chǔ)，確定復(fù)雜終端區(qū)空域資源配置規(guī)劃方案，制定科學(xué)的空域資源配置技術(shù)方法，形成合理的規(guī)劃方案[2]。

第四，進(jìn)行仿真驗(yàn)證，采用形成的空域資源配置規(guī)劃方案及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行方案比選，以仿真實(shí)驗(yàn)方式對各個(gè)方案的空域性能進(jìn)行評(píng)估，主要評(píng)估指標(biāo)包括空域容量、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及安全性等，最終確定可行的空域資源配置規(guī)劃方案。

2算例分析

2.1空域資源規(guī)劃配置

某機(jī)場終端區(qū)2017年交通流量預(yù)測為793958架次，以航路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為基礎(chǔ)，建立條件航路和臨時(shí)隔離區(qū)域，航路方案包括三個(gè)臨時(shí)隔離空域和三條條件航路，根據(jù)每日空域資源需求確定二級(jí)分配，第三級(jí)實(shí)時(shí)對民用或軍用空域用戶開放。具體來說，在無空軍活動(dòng)的基礎(chǔ)上，釋放三個(gè)臨時(shí)隔離區(qū)域，開放對應(yīng)的三條條件航路；在有空軍活動(dòng)基礎(chǔ)上，釋放三個(gè)臨時(shí)隔離區(qū)域，但三條條件航路不激活。

不對原有導(dǎo)航和管制系統(tǒng)進(jìn)行改變，以2015年高峰時(shí)段交通流為基礎(chǔ)確定管制符合，進(jìn)行扇區(qū)劃分，該機(jī)場終端空域被劃分為七個(gè)扇區(qū)。

2.2仿真分析

建立該機(jī)場終端三維微觀仿真模型，以實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)作為模型數(shù)據(jù)，進(jìn)行飛機(jī)進(jìn)離過程的三維仿真，對管制員指令進(jìn)行模擬。仿真得到飛行軌跡表，用VB+MAPX軟件顯示非請狀況，模擬空域運(yùn)行狀態(tài)，主要現(xiàn)實(shí)的信息包括高度、航班號(hào)及飛行軌跡等。

2.2.1安全性

飛機(jī)間的間隔是影響飛機(jī)飛行安全的主要因素，該機(jī)場終端區(qū)進(jìn)場飛機(jī)間隔為：垂直間隔300m，縱向間隔12km，符合相關(guān)規(guī)定，但該機(jī)場終端區(qū)屬于復(fù)雜機(jī)場終端區(qū)，交通密集、航線結(jié)構(gòu)復(fù)雜、交叉點(diǎn)較多，這些也會(huì)影響飛行安全[3]。而改進(jìn)航路結(jié)構(gòu)則有利于提升安全性，經(jīng)過安全評(píng)估，提出的空域資源配置技術(shù)方案安全性優(yōu)良，僅為3.73×10-9次/h，小于現(xiàn)狀空域的19.26×10-9次/h。

2.2.2延誤時(shí)間

該機(jī)場終端區(qū)交通流量大，有著延誤問題，采用SIMMOD進(jìn)行仿真建模，仿真結(jié)果表明，本文提出的空域資源配置技術(shù)方案各扇形區(qū)域延誤時(shí)間均在15min以下，有效解決了延誤問題。

2.2.3工作負(fù)荷

原方案管制員工作負(fù)荷較大，利用DORATASK驗(yàn)證扇區(qū)劃分的合理性，對飛機(jī)進(jìn)離場全過程進(jìn)行仿真，動(dòng)態(tài)模擬管制員指令，對管制員工作負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，管制員負(fù)荷均在2880s以下，滿足相關(guān)要求。

2.2.4經(jīng)濟(jì)性分析

利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，使用本文提出的空域資源配置技術(shù)方案總飛行成本為134.87億元，相較于原方案來說，能夠節(jié)約11億元之多，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良。

2.2.5環(huán)保性分析

民用飛機(jī)每燃燒100t燃油平均會(huì)釋放氮氧化物2.112t、二氧化硫98kg、一氧化碳56kg，二氧化碳318.7t，結(jié)合三維仿真數(shù)據(jù)得出該機(jī)場終端區(qū)飛機(jī)進(jìn)離場耗油量，最終得到溫室氣體年排放量為369.58萬t，小于原方案的405.2萬t，環(huán)保性優(yōu)良。

結(jié)論：綜上所述，本文結(jié)合實(shí)際算例，提出了一種復(fù)雜機(jī)場終端區(qū)空域資源配置技術(shù)方案，仿真結(jié)果表明，此方案安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性優(yōu)良，工作負(fù)荷較小，能夠解決延誤問題，提升了空域資源利用率，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[2]胡明華，馬園園，田文，尹嘉男. 復(fù)雜終端區(qū)進(jìn)場交通流優(yōu)化排序方法研究[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，04：459-466.

[3]張洪海，廖志華，張啟錢，張翔宇. 終端區(qū)空域結(jié)構(gòu)調(diào)整對進(jìn)場交通流的影響[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2016，02：100-108.