基于航班排隊(duì)仿真的終端區(qū)空域容量評(píng)估

摘 要：隨著民航事業(yè)的發(fā)展，空中交通流量大幅度增加，導(dǎo)致航班延誤現(xiàn)象不斷發(fā)生，終端區(qū)空域容量的有效評(píng)估是緩解航班延誤現(xiàn)象的重要手段，為了保證終端區(qū)空域容量評(píng)估的實(shí)效性，結(jié)合航班排隊(duì)的特征，在仿真模型的基礎(chǔ)上評(píng)估終端區(qū)空域容量，減小評(píng)估值與實(shí)際值之間的差距。對(duì)此，文章重點(diǎn)研究了基于航班排隊(duì)仿真的終端區(qū)空域容量評(píng)估方法。

關(guān)鍵詞：航班排隊(duì)；終端區(qū)；空域容量；評(píng)估

前言

航空公司在開(kāi)展空中交通流量管制工作時(shí)，基礎(chǔ)性的工作就是評(píng)估終端區(qū)空域容量，目的是了解終端區(qū)所能承載的流量極限，進(jìn)而有針對(duì)性的安排航班排隊(duì)，預(yù)防航班延誤事件的發(fā)生。在進(jìn)行終端區(qū)空域容量評(píng)估時(shí)，單扇區(qū)終端區(qū)空域的評(píng)估比較簡(jiǎn)單，而多扇區(qū)終端區(qū)空域容量的評(píng)估工作比較復(fù)雜，單扇區(qū)的評(píng)估方法并不適用，因此，需要在仿真模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，提升空中交通流量管理效果。

1 終端區(qū)航線復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)屬性

1.1 終端區(qū)概述

所謂終端區(qū)空域，是指終端管制區(qū)所涉及的空域。終端區(qū)空域系統(tǒng)是空管系統(tǒng)中的組成部分，情況復(fù)雜性非常高，在此系統(tǒng)中，無(wú)論是任何一條航路上飛行的航班，均需要脫離航路，并融入到進(jìn)場(chǎng)航線中，最后，經(jīng)過(guò)不同的進(jìn)近路線，降落在對(duì)應(yīng)的跑道上。在同一個(gè)扇區(qū)終端區(qū)空域內(nèi)，各個(gè)航班之間的間隔要符合要求，同時(shí)，避免出現(xiàn)航班延誤現(xiàn)象。在終端區(qū)空域中，包含等待區(qū)、進(jìn)出走廊口、進(jìn)場(chǎng)航線、復(fù)飛航線等部分。

1.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)介紹

網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)系統(tǒng)，其中包含了數(shù)量眾多的個(gè)體，且個(gè)體之間在系統(tǒng)內(nèi)部相互作用，將個(gè)體及個(gè)體之間的相互作用進(jìn)行抽象化處理，便會(huì)形成圖。近年來(lái)，在地面交通網(wǎng)絡(luò)以及航空網(wǎng)絡(luò)中，開(kāi)始廣泛的應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并且進(jìn)行了比較多的研究，但只局限于宏觀航線網(wǎng)絡(luò)中，局部地區(qū)的康路網(wǎng)絡(luò)研究非常少。

1.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)屬性

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)主要有三個(gè)方面的屬性：第一，度分布，這是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)特性，也被稱之為連通度，在不同的網(wǎng)絡(luò)中，度的含義也有所區(qū)別，在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，個(gè)體的影響和重要程度即可采用度表示，度越大時(shí)，說(shuō)明個(gè)體的作用越大[1]；第二，平均路徑長(zhǎng)度，這是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的度量特性，網(wǎng)絡(luò)中包含眾多節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的平均最短距離就是平均路徑長(zhǎng)度；第三，介數(shù)，包含兩種，一種為頂點(diǎn)介數(shù)，一種為邊介數(shù)，為全局變量，節(jié)點(diǎn)或邊的作用及影響力用介數(shù)來(lái)表示。在終端區(qū)航線網(wǎng)絡(luò)中，航空導(dǎo)航的主要方式為陸基無(wú)線電導(dǎo)航，導(dǎo)航臺(tái)具有比較高的入度和出度，航線匯聚于導(dǎo)航臺(tái)，減少節(jié)點(diǎn)連接數(shù)量，從而說(shuō)明，航線網(wǎng)絡(luò)具有無(wú)標(biāo)度的特性。

2 終端區(qū)空域容量評(píng)估的策略及方法

2.1 評(píng)估策略

在終端區(qū)系統(tǒng)中，包含兩個(gè)部分，一個(gè)是所轄機(jī)場(chǎng)機(jī)動(dòng)區(qū)，包含跑道系統(tǒng)及滑行道系統(tǒng)，一個(gè)是終端區(qū)空域，進(jìn)場(chǎng)和離場(chǎng)的飛機(jī)就是流量主體。進(jìn)場(chǎng)的飛機(jī)來(lái)源于其他空域，進(jìn)入終端區(qū)空域入口后，沿著進(jìn)場(chǎng)航線飛行并降落；離場(chǎng)飛機(jī)自機(jī)場(chǎng)機(jī)動(dòng)區(qū)進(jìn)入，沿著離場(chǎng)航線飛行，達(dá)到終端區(qū)空域出口后離開(kāi)。終端區(qū)空域的容量比較小，交通擁堵的發(fā)生率比較高，空中交通管制中，采用尾隨間隔管理策略，讓飛機(jī)排隊(duì)進(jìn)入終端區(qū)空域?；诖?，在航班排隊(duì)的基礎(chǔ)上，建立仿真模型，評(píng)估終端區(qū)空域容量[2]。進(jìn)場(chǎng)飛機(jī)以及離場(chǎng)飛機(jī)達(dá)到終端區(qū)系統(tǒng)邊界之后，飛機(jī)均需要依照排隊(duì)規(guī)則依次進(jìn)入，進(jìn)入后，飛機(jī)依據(jù)自身的路徑飛行。終端區(qū)排隊(duì)仿真模型建立完成之后，即可展開(kāi)評(píng)估工作。

2.2 評(píng)估步驟及方法

首先，在跑道構(gòu)型和空域結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建終端區(qū)系統(tǒng)仿真模型，評(píng)估終端區(qū)空域容量時(shí)，與滑行道系統(tǒng)之間并無(wú)直接關(guān)系，因此，在終端區(qū)系統(tǒng)仿真模型中，共包含兩個(gè)部份，一部分為跑道系統(tǒng)，另一部分為終端區(qū)空域。其次，將航班計(jì)劃導(dǎo)入到模型中，對(duì)飛機(jī)達(dá)到終端區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行仿真序列編排，我國(guó)民航在運(yùn)行的過(guò)程中，航班計(jì)劃以周為周期，因此，在相同的運(yùn)行模式下，只需將一周的航班執(zhí)行輸入導(dǎo)入到模型即可，隨后，仿真每日的運(yùn)行情況，通過(guò)每日航班計(jì)劃起降時(shí)間，可以大致的了解各個(gè)航班飛機(jī)達(dá)到的先后順序，航班流向不同時(shí)，運(yùn)行安全及運(yùn)行效率受到的影響也不相同，在此作用下，管制員接收的優(yōu)先等級(jí)就會(huì)有所不同，在充分考慮這些因素的基礎(chǔ)上，完成每日飛機(jī)達(dá)到終端區(qū)系統(tǒng)的方針序列編排[3]。最后，利用計(jì)算機(jī)對(duì)模型進(jìn)行仿真，仿真按照一定的流程來(lái)進(jìn)行，仿真結(jié)果出來(lái)之后，將運(yùn)行效能指標(biāo)計(jì)算出來(lái)，最終獲得評(píng)估結(jié)果。為了保證評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行多次仿真，進(jìn)而以具備普適性的流量高位穩(wěn)態(tài)水平作為仿真結(jié)果。

2.3 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證仿真模型評(píng)估效果的準(zhǔn)確性，以國(guó)內(nèi)某機(jī)場(chǎng)中終端區(qū)空域?yàn)槔?，進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。某機(jī)場(chǎng)終端區(qū)空域每日承載的進(jìn)離場(chǎng)飛機(jī)數(shù)量達(dá)到500架次，空中交通非常繁忙，并且航空運(yùn)輸需求保持在增長(zhǎng)的趨勢(shì)中。首先先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，接著采集和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，選取某機(jī)場(chǎng)2015年3月一周的航班數(shù)據(jù)，編排仿真序列，完成后，將仿真序列輸入到仿真模型中，共進(jìn)行仿真5次，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的觀察分析可知，其與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)相符合，說(shuō)明，仿真模型具有比較高的實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

評(píng)估終端區(qū)空域容量時(shí)，以航班排隊(duì)特性為基礎(chǔ)，建立航班仿真模型，以便于科學(xué)的評(píng)估多扇區(qū)終端區(qū)空域容量。經(jīng)過(guò)某機(jī)場(chǎng)的實(shí)例驗(yàn)證可知，仿真模型的仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相符合，由此可見(jiàn)，仿真模型終端區(qū)空域容量評(píng)估具備比較高的準(zhǔn)確性，可以有效地評(píng)估終端區(qū)空域容量，進(jìn)而降低航班延誤發(fā)生率，提升航班的運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

[1]溫媛媛，戴福青.基于TAAM機(jī)場(chǎng)終端區(qū)容量評(píng)估方法研究[J].中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，6：9-14.

[2]張明，韓松臣.基于空域靈活使用的終端空域規(guī)劃設(shè)計(jì)方法[J].交通信息與安全，2013，5：5-9.

[3]張進(jìn)英，江慧娟，任利民.機(jī)場(chǎng)跑道容量評(píng)估方法研究綜述[J].中國(guó)工程咨詢，2011，2：27-29.