中國(guó)大型民用機(jī)場(chǎng)節(jié)能減排優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)研究

肖志成 潘健 張秋 王超 李冬

摘 要：為平衡民航運(yùn)輸發(fā)展與氣候環(huán)境之間的關(guān)系，切實(shí)履行“平安機(jī)場(chǎng)、綠色機(jī)場(chǎng)、智慧機(jī)場(chǎng)、人文機(jī)場(chǎng)”建設(shè)的要求，以保證民航持續(xù)安全發(fā)展為前提，以節(jié)約能源和減少二氧化碳排放為重點(diǎn)，以強(qiáng)化精細(xì)化管理和科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新為支撐，積極探索適用于中國(guó)民航的機(jī)場(chǎng)運(yùn)行節(jié)能減排對(duì)策。本文立足不同角度、不同維度提出了適用于中國(guó)國(guó)情的民用機(jī)場(chǎng)節(jié)能減排優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，其中涉及到空管、航空公司和機(jī)場(chǎng)等多家不同單位。主要從進(jìn)場(chǎng)交通管理、地面運(yùn)行管控模式、跑道運(yùn)行模式、機(jī)坪運(yùn)行效率等方面進(jìn)行優(yōu)化，為機(jī)場(chǎng)運(yùn)行節(jié)能環(huán)保優(yōu)化提供新思路。其中有部分措施已經(jīng)成功實(shí)施并產(chǎn)生了實(shí)際效果，也有部分舉措正在探索與驗(yàn)證之中，總而言之都以建設(shè)“四型”機(jī)場(chǎng)為目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排;點(diǎn)融合;地面運(yùn)行管控;跑道運(yùn)行模式

中圖分類號(hào)：V19 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）02-0013-02

航空運(yùn)輸在便捷公眾出行的同時(shí)，對(duì)全球和地區(qū)的環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。統(tǒng)計(jì)表明，民用航空運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放量約占人類活動(dòng)碳排放總量的2%，成為增長(zhǎng)最快的溫室氣體排放者，民航運(yùn)輸節(jié)能減排迫在眉睫。

國(guó)外多個(gè)組織和機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行了大量研究，當(dāng)前成果主要包括持續(xù)下降運(yùn)行/持續(xù)爬升運(yùn)行（CDO/CCO）、通過(guò)排序改善交通流（AMAN/DMAN）、先進(jìn)的場(chǎng)面指引和控制系統(tǒng)（A-SMGCS）、機(jī)場(chǎng)協(xié)同決策（A-CDM）、基于性能導(dǎo)航（PBN）技術(shù)等。出于不同的國(guó)情和運(yùn)行要求，大部分運(yùn)行技術(shù)中國(guó)民航不能直接照搬使用。根據(jù)2011年民航局《關(guān)于加快推進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，本文從進(jìn)場(chǎng)交通優(yōu)化、地面運(yùn)行管控模式優(yōu)化、跑道運(yùn)行模式優(yōu)化和機(jī)坪運(yùn)行優(yōu)化等方面，提出機(jī)場(chǎng)節(jié)能環(huán)保優(yōu)化新思路。

1 基于點(diǎn)融合技術(shù)的進(jìn)場(chǎng)交通優(yōu)化

1.1 點(diǎn)融合系統(tǒng)及系統(tǒng)組成

點(diǎn)融合（Point Merge System）是一種系統(tǒng)化的進(jìn)場(chǎng)排序方法，作為ICAO航空系統(tǒng)組塊升級(jí)（ASBU）的一部分，可支持CCO/CDO運(yùn)行。為了更好地將多條進(jìn)場(chǎng)交通流順暢地整合為一條有序的交通流，點(diǎn)融合進(jìn)近程序的航路結(jié)構(gòu)包含下列組成部分：

（1）融合點(diǎn)：融合點(diǎn)是終端區(qū)內(nèi)的一個(gè)物理上坐標(biāo)點(diǎn)，該點(diǎn)負(fù)責(zé)將進(jìn)場(chǎng)過(guò)程中的多個(gè)交通流進(jìn)行整合，通過(guò)該點(diǎn)排好進(jìn)場(chǎng)順序的航空器沿著統(tǒng)一的進(jìn)場(chǎng)航路飛行直到離開(kāi)點(diǎn)融合進(jìn)近系統(tǒng);

（2）排序邊：在點(diǎn)融合之前，排序邊被設(shè)計(jì)用來(lái)專門進(jìn)行航空器飛行路徑的延伸或縮短，航空器飛行在排序邊上任意時(shí)刻，都可以被管制員引導(dǎo)直飛到融合點(diǎn);

（3）距融合點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)距離：為了方便管制員可直觀地根據(jù)航空器實(shí)際運(yùn)行情況以確定向每架航空器發(fā)出直飛指令的時(shí)機(jī)，同時(shí)在這些指令發(fā)布的時(shí)候，管制員只需要考慮如何建立并保持與序列中前面航空器之間的間隔，而不需要建立或依賴新的其他地面支持工具。圖1給出了基本的點(diǎn)融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

1.2 點(diǎn)融合系統(tǒng)的運(yùn)行效果

2019年12月5日零時(shí)，融入了“點(diǎn)融合”、“航線外等待”等運(yùn)行新理念的飛行程序正式在上海浦東、虹橋機(jī)場(chǎng)實(shí)施。這是中國(guó)民航首次實(shí)踐“點(diǎn)融合”、“航線外等待”等程序，將對(duì)繁忙機(jī)場(chǎng)飛行程序調(diào)整優(yōu)化起到良好的示范作用。經(jīng)評(píng)估，上海浦東、虹橋機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率提升了10% 以上。

2 地面運(yùn)行管控模式優(yōu)化

地面運(yùn)行管控模式設(shè)計(jì)將充分利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、微服務(wù)、人工智能（AI）、移動(dòng)（4G/5G）等最新技術(shù)，進(jìn)一步按照客機(jī)、貨機(jī)全流程保障節(jié)點(diǎn)貫穿整個(gè)地面運(yùn)行管控模式的指導(dǎo)思想，優(yōu)化業(yè)務(wù)管理細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“四全”。

2.1 全流程保障預(yù)警

實(shí)時(shí)匯聚、分析天氣、空管、A-CDM等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)客機(jī)、貨機(jī)全流程保障節(jié)點(diǎn)以WTOT（延誤預(yù)警時(shí)間）為基礎(chǔ)預(yù)警，對(duì)落后于保障節(jié)點(diǎn)時(shí)間航班進(jìn)行告警。

2.2 全覆蓋保障人員通知提醒

消息、數(shù)據(jù)能夠大容量、可靠、及時(shí)傳送給機(jī)場(chǎng)用戶，是機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)信息系統(tǒng)的關(guān)鍵能力之一。在高性能分布式消息總線技術(shù)支撐下，實(shí)現(xiàn)對(duì)全體保障人員進(jìn)行保障預(yù)警消息提醒，不但對(duì)PC端實(shí)現(xiàn)提醒，也對(duì)移動(dòng)端進(jìn)行提醒，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全覆蓋式統(tǒng)一提醒。

2.3 全自動(dòng)切換運(yùn)營(yíng)視頻監(jiān)控

通過(guò)AI智能算法，按照航班信息、全流程保障節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)調(diào)出航班對(duì)應(yīng)需要監(jiān)控的視頻點(diǎn)圖像，可大大提高操作效率。應(yīng)用該技術(shù)后，可不再需要操作人員手工切換監(jiān)控視頻查看保障情況，也避免了經(jīng)常出現(xiàn)的“無(wú)人查看保障監(jiān)控”、“固定監(jiān)控個(gè)別視頻”、“運(yùn)營(yíng)視頻監(jiān)控切換不及時(shí)”的情況，大大加強(qiáng)了保障監(jiān)控管理力度。

2.4 全口徑運(yùn)行管控?cái)?shù)據(jù)目錄管理

在高性能分布式消息總線、全量數(shù)據(jù)目錄管理等技術(shù)的支撐下，實(shí)現(xiàn)把天氣、空管、A-CDM等方面與機(jī)場(chǎng)運(yùn)行管控相關(guān)的數(shù)據(jù)集中，從而實(shí)現(xiàn)全量數(shù)據(jù)目錄管理，這作為全流程保障預(yù)警、全覆蓋保障人員通知提醒等功能實(shí)現(xiàn)的前提。

3 跑道運(yùn)行模式優(yōu)化

通過(guò)優(yōu)化跑道運(yùn)行模式，深入發(fā)掘提升跑道使用效率，可大幅提高航班放行正常率，減少航空器地面等待時(shí)間，在提升運(yùn)行效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3.1 跑道運(yùn)行情況分析

以廣州白云機(jī)場(chǎng)為例，基于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前跑道使用情況進(jìn)行分析，如圖2所示。

基于以上數(shù)據(jù)分析，可得出以下結(jié)論：在早高峰時(shí)間段離港航空器數(shù)量明顯多于進(jìn)港航空器，且使用東、西跑道離港起飛的航空器數(shù)量不均衡，在大多數(shù)情況下西跑道較為繁忙。當(dāng)實(shí)施分流時(shí)，可緩解東、西跑道使用不均的情況，從而減少部分航班等待時(shí)間，挽救可能因?yàn)榈却痫w而造成延誤的航班。

3.2 優(yōu)化運(yùn)行方法

（1）實(shí)施分流。若預(yù)判得知兩側(cè)跑道使用情況分布嚴(yán)重不均，在無(wú)其他影響且保證安全的前提下，可實(shí)施分流方法，將部分使用繁忙跑道離港起飛的航空器安排至非繁忙跑道起飛，以緩解單側(cè)繁忙的航班積壓情況。

（2）控制西跑道落地。若預(yù)判得知使用西跑道的離港航空器數(shù)量遠(yuǎn)大于進(jìn)港航空器，且進(jìn)港航空器對(duì)起飛造成影響時(shí)，可減少甚至不使用西跑道落地。在進(jìn)港航班較少的情況下，僅使用東外跑道落地對(duì)整體運(yùn)行效率無(wú)影響，但對(duì)于消化排隊(duì)航空器的效率將大幅提高。

4 機(jī)坪運(yùn)行節(jié)能提效

4.1 航班推出預(yù)管理

機(jī)坪管制員根據(jù)空管放行時(shí)間，確定推出時(shí)間和推出次序，航司將信息發(fā)給各相關(guān)保障單位，在完成關(guān)艙門、撤廊橋等保障工作后，機(jī)務(wù)則根據(jù)預(yù)推出的時(shí)間、次序提前做好拖車保障，實(shí)現(xiàn)“閃燈即推”。

4.2 機(jī)坪滑行通道“同進(jìn)同出”

“同進(jìn)同出”是一個(gè)全新的概念和工作，也是在全國(guó)民航業(yè)內(nèi)的首次嘗試。廣州白云機(jī)場(chǎng)在“同進(jìn)同出”項(xiàng)目上已取得第一階段的運(yùn)行成功，其“同進(jìn)同出”優(yōu)化方法主要包括：機(jī)位分組，增設(shè)啟動(dòng)點(diǎn)，優(yōu)化進(jìn)出規(guī)則及實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管控。

5 結(jié)論

本文立足不同角度、不同維度提出了機(jī)場(chǎng)節(jié)能減排優(yōu)化運(yùn)行對(duì)策，其中涉及到空管、航空公司和機(jī)場(chǎng)等多家不同單位。從終端區(qū)空域角度提出了通過(guò)采用點(diǎn)融合系統(tǒng)化進(jìn)場(chǎng)排序方法對(duì)目標(biāo)機(jī)場(chǎng)飛行程序進(jìn)行優(yōu)化;從信息化角度提出了地面運(yùn)行管控模式優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)“四全”管控;通過(guò)對(duì)跑道端積壓航班情況與空管協(xié)調(diào)優(yōu)化跑道運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)跑道靈活使用;通過(guò)對(duì)航班放行和滑行通道管控環(huán)節(jié)的節(jié)能優(yōu)化，減少進(jìn)離港航班滑行等待。其中部分措施已經(jīng)成功實(shí)施并產(chǎn)生了實(shí)際效果，也有部分舉措正在探索與驗(yàn)證之中，總而言之都以建設(shè)“四型”機(jī)場(chǎng)為目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。