湛江進近管制區(qū)空域與進離場航線規(guī)劃方案研究

王笑天,徐 晨,黃建強,劉 博

(民航中南空管設備工程(廣州)有限公司,廣東 廣州 510000)

1 引 言

2005年中國成為世界航空運輸量第二大國家,民航局制定了中國由民航大國向民航強國發(fā)展的戰(zhàn)略目標。民航發(fā)展,空管先行,要把我國建設成為民航強國,加快空中交通管理系統(tǒng)的建設和發(fā)展成為極為重要的要素[1]。空管基礎設施經過“十五”時期和“十一五”時期的建設,也有了突飛猛進的發(fā)展,飛行安全保障的手段得到進一步的加強,但是仍然難以適應民航快速發(fā)展的需要。根據(jù)民航局統(tǒng)計數(shù)據(jù),2019年全行業(yè)完成旅客運輸量65 993.42萬人次,比2018年增長 7.9%,全行業(yè)運輸航空公司完成運輸起飛架次496.62萬架次, 比上年增長5.8%[2]。民航業(yè)的快速發(fā)展亟須空管基礎建設項目的擴增與之匹配。

為了進一步提高安全保障能力,民航局空管局在“十一五”規(guī)劃中將湛江進近管制區(qū)列為重點項目進行規(guī)劃建設。2019年,湛江進近管制中心工程正式列為國家民航局“十三五”規(guī)劃的重點建設項目,并作為廣東省及湛江市重點建設項目,也是湛江機場遷建工程的重要配套工程。湛江進近管制中心主體工程于2020年10月正式動工,2022年6月基本完工并通過初步驗收。與此同時,2022年4月21日,根據(jù)全國民航管制區(qū)優(yōu)化調整工作安排,湛江高空、中低空統(tǒng)一調整到了南寧,但隨著高空管制區(qū)的進一步調整,下一步湛江空管站將接回湛江進近管制區(qū)。湛江進近管制區(qū)除負責調配起降湛江機場的航空器外,同時也需要負責調配?？?、北海、玉林機場及通用航空機場起降的航空器。未來空域發(fā)展或將面臨空地資源不足、協(xié)同機制不強、質量效率不高等突出問題。

為了更好地支撐后期湛江空管站重新接管湛江進近管制區(qū)的運行,結合目前空域運行中存在的問題和管制運行需求,對湛江進近管制區(qū)空域與進離場航線規(guī)劃方案進行研究。通過優(yōu)化調整進離場航線網(wǎng)絡結構,提高安全裕度、縮短飛行里程、減少飛行沖突、降低航空器運行成本[3]。

2 湛江進近管制區(qū)空域概況

相比于廣州、珠海等繁忙進近管制區(qū),湛江進近管制區(qū)從飛行流量看不屬于非常繁忙的管制區(qū),但它的空域運行復雜程度較高,是一個比較有特點的管制區(qū)。首先取決于它所處的地理位置。湛江進近管制區(qū)地處珠三角和海南島機場群主要飛行流的上升下降交匯地段,航路航線結構復雜,航班交叉穿越飛行多,特別是湛江、北海、海口3個民用運輸機場呈三角形分布,機場間直線距離分別為135公里、215公里和172公里①,起降飛行相互穿越,運行安全壓力大;緊靠南中國海和北部灣,往返海上石油平臺的通用航空任務重;為確保南中國海及北部灣海上國家領土完整,軍航訓練任務重、戰(zhàn)斗出航頻繁,軍民航飛行沖突點較多。其次,管制區(qū)內空域運行復雜。區(qū)域內軍民航飛行活動共存,涉及航班運行、軍航訓練飛行、通航飛行等多種類的飛行,管制指揮比較復雜;管制區(qū)內航線距離短,可供調配的余地小;各機場管制方式不一致,執(zhí)行的間隔標準不同,管制調配壓力較大;軍民航管制區(qū)域范圍不統(tǒng)一,管制協(xié)調和移交環(huán)節(jié)多、時間長、難度大,影響飛行安全和運行效率。

2.1 空域現(xiàn)狀

湛江進近管制區(qū)位于粵西地區(qū),其水平范圍為以湛江機場為中心,半徑約150公里的不規(guī)則區(qū)域,面積約5.6萬平方公里,垂直范圍為標準氣壓高度6000米(含)以下②,與廣州、南寧、?？?、三亞、香港管制區(qū)相鄰,是海南島往返內陸及港澳臺、珠三角和長三角地區(qū)往返東南亞的主要航空通道,也是我國南中國海和北部灣地區(qū)的重要訓練空域。管制區(qū)內現(xiàn)有湛江、北海、玉林三個民用運輸機場,坡頭、新塘兩個直升機機場,以及兩個其他用戶機場,南側還與海口美蘭大型民用運輸機場相鄰,坡頭、新塘及兩個其他用戶機場距湛江吳川機場直線距離均在50公里以內,形成了密集的機場群。湛江吳川機場與周邊機場的位置關系如圖1所示。

圖1 湛江吳川機場與周邊機場的位置關系

2.2 周邊航路航線結構

湛江進近管制區(qū)內航路結構以湖光導航臺(LH)為中心,呈傘狀向四周發(fā)散。主要有國際(地區(qū))航路航線R339、R200、G221、A202,對外開放航路航線W70、W71,對外開放進離場航線W605,對外開放臨時航線V19,國內航路航線H81、H82,國內臨時航線X28,國內進離場航線J200?，F(xiàn)有航路航線網(wǎng)絡相對豐富,屬性多樣。湛江進近管制區(qū)內航路航線結構如圖2所示。

圖2 湛江進近管制區(qū)內航路航線結構

2.3 現(xiàn)有管制區(qū)劃設情況

湛江進近管制區(qū)公布高度為標準氣壓高度6000米(含)以下。區(qū)域內分布有三個民用機場塔臺管制區(qū),分別是:湛江機場塔臺管制區(qū)、北海機場塔臺管制區(qū)和玉林機場塔臺管制區(qū)。湛江進近管制區(qū)內民航管制空域分布如圖3所示。

圖3 湛江進近管制區(qū)內民航管制空域分布

3 現(xiàn)有運行沖突分析

湛江進近管制區(qū)內民航運輸機、戰(zhàn)斗機和直升機活動共存,涉及航班運行、軍航訓練飛行、通航飛行等多種類的飛行,相互之間產生影響,以下從民航之間、民航與其他用戶、民航與通用航空三個方面分析目前空域運行中存在的主要問題。

3.1 民航之間的主要飛行矛盾

受限于可用空域資源不足,湛江進近管制區(qū)內航線布局密集且復雜,主要航路航線流量較大,交叉匯聚及相對運行風險較大。主要體現(xiàn)在四個區(qū)域:一是BIGRO上空的對頭和匯聚沖突;二是南康上空的對頭和匯聚沖突;三是湖光上空的交叉匯聚沖突;四是GIVIV和ISBIG上空的匯聚對頭沖突。湛江進近管制區(qū)進離場航線和?？陲w越航線及主要沖突區(qū)域分布如圖4所示。

圖4 湛江進近管制區(qū)進離場航線和?？陲w越航線及主要沖突區(qū)域分布

3.2 民航與其他用戶的主要飛行矛盾

其他用戶在湛江進近管制區(qū)內劃設了若干個訓練、特技和攔截空域,訓練空域密集,覆蓋范圍廣,湛江進近管制區(qū)內的進離場航線勢必穿越這些訓練空域,與其他用戶活動產生影響。當其他用戶活動時,民航可用調配空域有限,且部分進離場航線高度受到限制,進離場高度穿越難度增大,將造成空域擁擠,加大了管制調配的難度和工作量。

3.3 民航與通用航空的主要飛行矛盾

坡頭機場距湛江吳川機場西三邊的最小距離13公里,坡頭機場進離港直升機偏到其機場東側時,容易與吳川機場起降航空器造成飛行沖突。坡頭機場在外圍制定了多條低空航線,運行高度在900米(含)以下,與吳川機場進離場航線在高度上保持一定的垂直安全間隔,不存在運行沖突。

湛江吳川機場與南航通航直升機的主要矛盾是同場運行的問題,主要表現(xiàn)在兩個方面:一是由于通航飛機“低、慢、小”的特性,在五邊混合進近時,存在速度追趕問題,增加管制調配負荷;二是有進離港調配需要時,本場離港直升機與湛江吳川機場一邊、五邊距離較近。

4 空域與進離場航線規(guī)劃方案

結合相關研究經驗,空域規(guī)劃及進離場航線劃設需考慮在保證安全的前提下均衡管制負荷、提升管制運行效率、增大空域容量,從而提高空域資源規(guī)劃與配置的合理性[4-7]。基于湛江進近管制區(qū)內的機場分布、空域狀況等情況,針對現(xiàn)有空域結構和運行中存在的突出問題,統(tǒng)籌考慮與周邊地區(qū)包括南寧、海南及粵港澳大灣區(qū)空域和航路航線規(guī)劃方案的銜接,研究優(yōu)化調整未來湛江進近管制區(qū)空域范圍、航路航線及進離場航線,實現(xiàn)未來湛江空管站恢復使用湛江進近管制區(qū)后運行的高效順暢。

4.1 湛江進近管制區(qū)范圍規(guī)劃方案

湛江進近管制區(qū)現(xiàn)有空域面積約5.6萬平方公里,南北跨度約220公里,東西跨度約300公里,南側邊界與?？谶M近管制區(qū)北側邊界重合,垂直高度6000米(含)以下。根據(jù)湛江進近管制區(qū)垂直高度范圍,綜合考慮航空器進離場爬升及下降性能要求,取5%的平均梯度,從而得到最佳空域使用范圍為以湛江機場為圓心,半徑120公里的圓。

圖5 調整后的湛江進近管制區(qū)及玉林機場塔臺管制區(qū)

目前湛江進近管制區(qū)東西跨度300公里,符合進近管制區(qū)上升及下降的高距比要求,且現(xiàn)行進近管制區(qū)西側已涵蓋北海機場塔臺管制區(qū)及其進離場飛行程序,東側涵蓋湛江機場塔臺管制區(qū)及其進離場飛行程序,因此暫不考慮湛江進近管制區(qū)東、西外擴問題。湛江進近管制區(qū)南北跨度220公里,按高距比要求,結合運行需求,可適當擴大進近管制區(qū)的南北跨度,考慮南側邊界已銜接?？谶M近管制區(qū)北側邊界,而北側進近管制區(qū)未完全涵蓋玉林機場塔臺管制區(qū)及其進離場飛行程序,同時玉林機場管制指揮方式為程序管制,為充分發(fā)揮湛江進近管制區(qū)的作用,為未來“大終端小進近”的空域結構打下基礎,實現(xiàn)整體運行效率提升,建議結合外圍航路航線分布及玉林機場進離場航線布局情況,調整湛江進近管制區(qū)北側邊界及玉林機場塔臺管制區(qū)水平范圍。調整后的湛江進近管制區(qū)及玉林機場塔臺管制區(qū)范圍如圖5所示。

4.2 湛江進近管制區(qū)進離場航線規(guī)劃方案

考慮各機場的運行需求和現(xiàn)有的空域矛盾,為了最大限度地減少進離場航班之間的沖突,合理優(yōu)化空域組織結構,針對現(xiàn)有湛江進近管制區(qū)進離場航線密集,且多數(shù)為雙向對頭運行等問題進行優(yōu)化,結合周邊南寧、海南地區(qū)及粵港澳大灣區(qū)空域和航路航線規(guī)劃方案,梳理湛江進近管制區(qū)外圍的航班流走向,對BIGRO、ALEKI、P125等流量較大的進出港點采用進離場分離的設計,合理利用進近管制區(qū)內的水平空間,建立互不干擾的進離場航線,徹底實現(xiàn)進離場航線的分離,使運行更加安全高效。

湛江進近管制區(qū)內三個機場(湛江、北海、玉林)同時向南運行時的進離場航線規(guī)劃方案如圖6所示。

圖6 湛江、北海、玉林同時向南運行時的進離場航線規(guī)劃方案

規(guī)劃方案結合其他用戶和通用航空的實際運行情況,在盡量不影響其他用戶和通用航空運行的基礎上,著重解決民航運行的難點和堵點,具體如下:

針對BIGRO上空的對頭和匯聚沖突,結合粵港澳大灣區(qū)空域統(tǒng)籌規(guī)劃方案,在BIGRO北側20km新辟Z2走廊口,供湛江地區(qū)去往珠三角、汕頭以遠方向的航班使用,實現(xiàn)BIGRO處進離場航班的分離。

針對南康上空的對頭和匯聚沖突,結合南寧機場二跑道建設空域規(guī)劃初步方案,在ALEKI南側新辟Z3走廊口,供西南、西北方向落地湛江地區(qū)的航班使用;同時,由于P125走廊口航班流量較大,且進離場共用同一走廊口,對頭沖突顯著,考慮固化X28航線,供鄭州、武漢及華北方向落地湛江、玉林機場的航班使用,從而減輕南康上空的航班流量壓力,實現(xiàn)進離場航班的分離。

受機場地理位置和其他用戶影響,湖光上空存在交叉匯聚和高度穿越問題,未來可考慮結合海上大通道空域方案和W169航線的常態(tài)化使用,實現(xiàn)“打開兩廂,緩解中央”的目標,從而緩解湖光上空的交叉匯聚沖突。

針對GIVIV和ISBIG上空的匯聚對頭沖突,結合海南地區(qū)航路航線規(guī)劃方案,調整?？跈C場往SIKOU方向離場航班走向,從而緩解GIVIV和ISBIG上空的匯聚對頭沖突。

5 計算機模擬仿真評估

5.1 評估關鍵條件

5.1.1 仿真關鍵指標閾值

根據(jù)《機場時刻容量評估技術規(guī)范》要求,本次仿真評估可接受延誤水平的閾值為:全天航班平均延誤時間不超過8分鐘,高峰小時平均延誤時間不超過15分鐘[8]。

5.1.2 典型日選取

考慮近三年受疫情影響,各機場航班量下降明顯,故統(tǒng)計2019年春運期間1月至3月湛江、北海、?？跈C場的航班情況。根據(jù)90%—95%的典型航班日[8]選取原則,最終選用航班正常率較高的1月24日航班數(shù)據(jù)作為典型日航班數(shù)據(jù)。由于玉林機場在2020年8月通航,根據(jù)典型航班日選取原則,確定采用其2021年1月24日的航班計劃。

5.2 仿真場景

5.2.1 仿真場景條件設置

新設計的湛江進近管制區(qū)空域與進離場航線規(guī)劃方案與現(xiàn)行方案對比仿真場景條件設置如表1所示。

表1 新設計方案與現(xiàn)行方案對比仿真場景條件設置

5.2.2 計算機模擬仿真場景

本文采用空域快速仿真軟件AirTOP進行方案的計算機仿真工作,AirTOp操作界面友好,功能全面,尤其在空側與陸側的結合上,在業(yè)界的認可度較高,是目前空域規(guī)劃相關研究與項目應用的主流仿真軟件[9-12]。仿真場景1如圖7所示,仿真場景2如圖8所示。

圖7 AirTOp仿真-場景1

圖8 AirTOp仿真-場景2

5.3 評估結果分析

新設計的湛江進近管制區(qū)空域與進離場航線規(guī)劃方案與現(xiàn)行方案評估結果對比分析如表2所示。

5.3.1 效率指標方面

(1)機場放行正常率

在流量等級為n3條件下,現(xiàn)行方案中湛江機場放行正常率僅為75.67%,新設計方案可達82.34%;現(xiàn)行方案中北海機場放行正常率為84.67%,新設計方案為89.28%;由于玉林機場航班體量較小,現(xiàn)行方案和新設計方案中的機場放行正常率均為100%。

(2)全天平均延誤

在流量等級為n3條件下,現(xiàn)行方案中湛江機場全天平均延誤為5分33秒,新設計方案為4分6秒;現(xiàn)行方案中北海機場全天平均延誤為4分36秒,新設計方案為3分11秒;現(xiàn)行方案中玉林機場全天平均延誤為58秒,新設計方案為53秒。

(3)高峰小時平均延誤

在流量等級為n3條件下,現(xiàn)行方案中湛江機場高峰小時平均延誤為15分3秒,新設計方案為13分20秒,均接近高峰小時平均延誤時間閾值15分鐘;現(xiàn)行方案中北海機場高峰小時平均延誤為13分15秒,新設計方案為11分57秒;現(xiàn)行方案中玉林機場高峰小時平均延誤為6分5秒,新設計方案為5分29秒。

5.3.2 安全指標方面

在流量等級為n3條件下,現(xiàn)行方案中湛江進近管制區(qū)內的沖突次數(shù)為63次,新設計方案中沖突次數(shù)減少至51次,下降約20%。

結合上述分析,新設計的空域與進離場航線規(guī)劃方案能夠滿足流量等級為n3,即湛江機場日起降130架次,北海機場日起降117架次,玉林機場日起降34架次,海口機場日起降885架次條件下的運行,且在效率指標(機場放行正常率、全天平均延誤、高峰小時平均延誤)和安全指標(沖突次數(shù))方面均優(yōu)于現(xiàn)行方案。另外,通過仿真分析發(fā)現(xiàn),目前制約各機場容量增長的因素除空域和進離場航線外,還有各機場的起降間隔。

6 結 論

本文考慮了湛江進近管制區(qū)及周邊多個機場的空域運行矛盾和未來發(fā)展需求,合理優(yōu)化空域組織結構和進離場航線布局,優(yōu)化調整后的空域與進離場航線規(guī)劃方案能夠滿足未來湛江空管站恢復使用湛江進近管制區(qū)后的運行需求,相比于現(xiàn)行方案在運行效率和安全性方面均有顯著提高。文中關于進近管制區(qū)空域與進離場航線規(guī)劃的研究方法具有普適性,同樣適用于其他進近管制區(qū)同類型的研究。

此外,目前制約湛江進近管制區(qū)內各機場容量增長的因素除空域和進離場航線外,還有各機場的起降間隔。隨著管制技術手段和指揮能力的不斷提升,應優(yōu)化調整機場起降間隔,以適應各機場的流量發(fā)展需求。

注 釋：

①②根據(jù)《中國民航國內航空資料匯編》中公布的坐標信息,錄入繪圖軟件測量所得。