基于AirTop的白云機場02L/20R跑道關(guān)閉地面運行影響計算機仿真評估

李丘+張澍葳

摘 要：為了科學快速地評估機場因地面保障設(shè)施關(guān)閉等臨時因素導致的機場地面運行效率降低情況，為民航管理部門有效決策提供較為準確的定量參考，建立可靠的機場地面運行計算機仿真模型具有重要意義。以廣州白云機場02L/20R跑道關(guān)閉為例，構(gòu)建了白云機場地面跑滑系統(tǒng)模型并設(shè)計了仿真場景，對比研究了因跑道關(guān)閉對白云機場地面運行效率帶來的影響。仿真結(jié)果表明，因跑道關(guān)閉，使得白云機場地面運行效率下降了10%-15%，高峰小時容量降低到65-66架次/小時。

關(guān)鍵詞：地面運行；快時模擬；AirTop；容量評估；績效指標

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.105

0 引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟水平的高速發(fā)展，白云機場作為國家三大樞紐機場之一，航空運輸量迅速增長，2016年，白云機場旅客吞吐量達到了5900萬人次，貨郵吞吐量達到了165萬噸，年起將架次超過43.5萬架次，起降架次年增速達到6.2%。對于機場的運行保障能力提出了更高的要求。當機場處于特殊施工時期需要關(guān)閉跑道或者滑行道時，對于機場地面運行影響的快速評估和定量分析就顯得尤為重要。本文基于AirTop快時仿真平臺，構(gòu)建了廣州白云機場整體地面跑滑系統(tǒng)仿真模型，并針對2016年10月因珠三角城際軌道施工關(guān)閉02R/20L跑道，進行了仿真場景設(shè)計，通過高峰小時架次和進離場平均延誤時間來定量評估施工期對白云機場地面運行的影響，并為民航管理部門提供數(shù)據(jù)參考。

1 機場地面運行指標

機場地面運行效率[1]可以通過以下常用績效指標進行定量分析與評估：

（1）機場高峰小時容量在一定時間階段內(nèi)，機場在可接受延誤時間內(nèi)，能夠容納航空器運行的最大頻次。一般以高峰小時的航空器運行次數(shù)計，稱為機場高峰小時容量。

（2）高峰小時平均進場延誤。平均航班進場延誤時間的小時高峰，包含了航路延誤、終端區(qū)內(nèi)排序延誤、滑行道延誤等。

（3）高峰小時平均離場延誤。平均航班離場延誤時間的小時高峰，包括機坪延誤、滑行道延誤、跑道頭等待延誤。

另外還有：平均地面滑行時間、無延誤平均地面滑行時間、平均地面滑行距離、滑行道沖突次數(shù)、滑行道沖突熱點、停機坪沖突次數(shù)及平均跑道占用時間等。

2 評估方法

參考以往地面運行評估方法[3-14]，通過構(gòu)建白云機場三跑道典型日的地面仿真模型作為基準場景，用實際運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計參數(shù)驗證基準模型的可靠性，然后構(gòu)建白云機場關(guān)閉02R/20L跑道后雙跑道運行的地面運行仿真場景，得到相關(guān)運行績效指標。

本文選取機場高峰小時容量及高峰小時平均進離場延誤作為績效指標進行評估分析。

3 評估模型構(gòu)建

3.1 AirTop仿真平臺

目前常用的機場及空域系統(tǒng)仿真平臺有SIMMOND和TAAM[2]，本文采用先進復雜機場系統(tǒng)快時模擬仿真軟件AirTOp作為計算機仿真平臺。AirTOp由比利時Airtopsoft公司開發(fā)，可支持包括終端區(qū)空域（進近、離場、起飛、降落等），空中航道，空中交通流量管理，機場地面（跑道、滑行道、停機坪、除冰坪等），機場服務車輛（油罐車、消防車、擺渡車等），以及航站樓旅客的運行模擬仿真。

3.2 地面跑滑系統(tǒng)模型

根據(jù)白云機場地面跑滑系統(tǒng)總體布局，使用AirTop仿真平臺的地面模塊進行地面跑滑系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，主要包括Runway、BaseRunway、Parking Position、TaxiwaySegment、TaxiwayPoint、RunwayEntry、RunwayExit以及RunwayCrossing等子模塊。

根據(jù)白云機場實際跑道運行模式，在Runway及RunwayDependency

子模塊中對跑道運行模式及相關(guān)間隔標準進行建模，遵循進港航班使用02R/20L、01/19號跑道相關(guān)進近著陸；出港航班使用02L/20R、01/19號跑道獨立起飛，聯(lián)邦快遞航班因停機坪位于東側(cè)跑道以東，盡量使用東側(cè)跑道進離港的使用原則。當02L/20R跑道關(guān)閉以后，采用雙跑道獨立離場、相關(guān)進近模式。

廣州白云機場共172個正常停機位，其中包含68個廊橋機位，19個自滑機位，15個貨機位，26個聯(lián)邦機位，在ParkingPosition子模塊中對停機位分配原則進行建模。

使用TaxiwaySegment子模塊對白云機場場面運行程序進行建模，以向北運行為例，具體滑行方案如圖3所示。

航班計劃采用白云機場2015年8月12日實際航班計劃，經(jīng)統(tǒng)計分析該日白云機場總的航班流量為1180架次，高峰小時流量：72架次/小時，延誤水平：平均離場延誤7分鐘。

本次評估假設(shè)天氣狀況良好、無空軍活動并且不考慮地面服務車輛的運行。

3.3 場景設(shè)置

根據(jù)研究目的，在評估模型的基礎(chǔ)上設(shè)計了仿真場景，與基準場景進行對比研究，場景設(shè)計如下表。

4 仿真結(jié)果與分析

以白云機場向北運行的仿真結(jié)果為例，進行分析說明。

基準場景仿真結(jié)果統(tǒng)計分析：

基準場景高峰小時離場延誤7分鐘。該場景離場高峰小時出現(xiàn)在早上11：45左右，達到46架次/小時，與所用航班計劃日實際統(tǒng)計高峰小時平均離場延誤水平基本一致，仿真模型基本可靠，場景一仿真結(jié)果統(tǒng)計：

場景一模擬白云機場關(guān)閉02L/20R跑道后，仿真所用航班計劃依然采用典型日的1180架次，高峰小時離場延誤提高到了14分鐘，高峰小時離場延誤超過了可接受延誤水平10分鐘，機場運行受到影響較大。由于離場延誤水平的提高，該場景中離場高峰小時推后至中午12：30左右，達到42架次/小時。endprint

場景二仿真結(jié)果統(tǒng)計分析：

場景二中將當天航班計劃進行減量處理，刪除延誤水平大于正常延誤時間7分鐘的航班計劃。高延誤航班共118個架次占總航班數(shù)10%，刪除后航班計劃為1062架次。

場景二中白云機場關(guān)閉02L/20R道后，刪減高于正常離場延誤水平航班后，全天平均離場延誤均低于10分鐘，高峰時刻離場平均地面延誤約8分鐘，稍高于基準模型延誤水平。離場高峰小時出現(xiàn)時間與基準模型基本一致，為早上11：45左右，達到33架次/小時。說明關(guān)閉02L/20R跑道在正常航班計劃基礎(chǔ)上減量10%，延誤水平將與正常運行時基本一致。

各場景仿真結(jié)果如表所示。

根據(jù)仿真結(jié)果建議，在02R/20L跑道關(guān)閉期間，白云機場日航班流量應較正常情況總體削減10%-15%，控制高峰小時流量在65-66架次/小時，可基本保證機場地面運行航班延誤水平在正常范圍。

5 結(jié)束語

通過使用AirTop仿真平臺構(gòu)建機場地面跑滑系統(tǒng)模型并設(shè)計仿真場景開展模擬仿真對比評估，可以快速直觀地預測機場實施臨時地面運行策略或者機場地面保障設(shè)施臨時開放或關(guān)閉對機場運行能力的影響，對于民航主管部門決策提供科學有效的參考及建議。

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作者簡介：李丘（1988-），男，四川自貢人，碩士，助理工程師，主要研究方向：機場及空域規(guī)劃與仿真。endprint