擁擠機場的排隊問題和解決

1、擁擠機場的排隊問題和解決空管at啊文/呂小平(民航總局空管局)擁擠機場的排隊問題和解決solutionstoqueuingprobleminbusyairports伴譬ii的迅速增長,特別是中東和中國的機場.根據(jù)2006年theairportcouncilintemational(aci)的報告,北京首都機場的旅客流量增長了l8%,貨運流量增長了32%,航班起降架次增長了10%,首都機場的旅客流量在世界排名第15位,而在2000年,甚至還沒有進(jìn)入前30名.根據(jù)統(tǒng)計,2006年中國國內(nèi)起降架次前五名的機場分別是北京首都,廣州新白云,上海浦東,上海虹橋,深圳寶安機場,五個機場的起降架次占到全國總起

2、降的35%.排名前十的機場起降架次占到全國總起降的47.5%.附表2006年全國機場起降架次前5名嬲斕糕凝隳網(wǎng)麟黼嬲排名2006焦2005增減%全國3486397305652114.1北京首都378888341681】0.9廣州新白丟23199420504613.1上海浦東23240421130910.0上海虹橋1776261699574.5深圳寶安169493151430l1.9靈活使用(fua),開辟臨時空域,可以獲得更多的臨時航線.從理論上講空域的容量近乎無限.cfmu對歐洲地區(qū)航班的延誤情況顯示,盡管日均流量從2001年的23001架次提高到2006年的26286架次,但是航班在航路上

3、的平均延誤仍然從2.5分鐘下降到了1.1分鐘.空域的持續(xù)優(yōu)化,給機場帶來了更大的壓力,機場的跑道已經(jīng)成為空中交通流最主要的匯聚點,航班在空中飛行采用不同的航線和高度層,但是最后必然在機場的跑道上進(jìn)行著陸,位于機場不同停機位的航班,必須通過相應(yīng)滑行道,到達(dá)跑道一側(cè),進(jìn)行起飛.從2001年到2006年,由于機場原因造成的平均延誤基本沒有變化,始終維持在0.80.9分鐘左右,機場正在成為造成航班延誤的最主要的地點.為整個運營過程中的瓶頸所在.但是由于跑道本身的物理限制,而且修建新跑道的周期長,投資大,過程復(fù)雜,短時間內(nèi)難以起到效果.因此充分提高現(xiàn)有跑道的容量成為一種較為快捷,經(jīng)濟的方式.目前提高機場

4、跑道容量的較為成熟有效的方法是建立輔助決策系統(tǒng),對機場的進(jìn)港航班和離港航班進(jìn)行排隊管理,實現(xiàn)合理的降落隊列和起飛隊列.充分利用跑道資源,提高現(xiàn)有容量.在歐洲以及澳大利亞,不少繁忙機場和終端區(qū)以及區(qū)域都使用了該類型輔助決策系統(tǒng).目前使用進(jìn)港排隊系統(tǒng)的機場和系統(tǒng)名稱為:荷蘭阿姆斯特丹,asa;一一德國法蘭克福,compas,根據(jù)來自歐洲的經(jīng)驗,通過實行雷達(dá)管制,rvsm等一系列技術(shù)手段,空域的容量可以有較大的提高,而通過空域的圖1歐洲航班延誤情況分析機場跑道已經(jīng)成為整個飛行過程中f最為脆弱的環(huán)節(jié),跑道容量的限制已經(jīng)成1darts4daman;_法國巴黎,mae一一丹麥哥本哈根,maestro;瑞士

5、蘇黎世,cain.瑞典斯德哥爾摩,maestro;澳大利亞悉尼,墨爾本,布里斯班,maestro.目前使用離港排隊系統(tǒng)的機場和系統(tǒng)名稱為:76照嘲空管瑞士蘇黎世,darts4d-dman一一德國法蘭克福,darts4ddman:丹麥哥本哈根,prelude.航班甫助決策系統(tǒng)的功能包括(1)優(yōu)化航班進(jìn)港排序,提高機場流量水平;(2)向管制員提供進(jìn)港排序的管制決策建議;(3)優(yōu)化機場附近終端區(qū)/進(jìn)近以及部分區(qū)域范圍內(nèi)空中交通秩序;(4)縮短航空器進(jìn)近時間;(5)提高跑道使用率;(6)增強特殊情況下管制員處置進(jìn)港航班的能力.進(jìn)港排隊輔助決策系統(tǒng)的原理是:(1)動態(tài)航班著陸時間精確預(yù)測根據(jù)從雷達(dá)獲取的

6、航班實際位置(高度,坐標(biāo)),速度,航向,以及飛行計劃數(shù)據(jù),航班性能,高空風(fēng)和地面風(fēng)向風(fēng)速的影響,通過檢測在終端區(qū)內(nèi)實際飛行的路線來精確計算航班著陸時間,為航班進(jìn)港排序優(yōu)化提供實時精確的eta時間.(2)航班行為智能識別構(gòu)建運行知識庫,通過持續(xù)不斷的比較計劃順序和實際空中交通狀況來預(yù)測管制員的意圖,同時能夠自動識別和處理航班進(jìn)近失敗,復(fù)飛等情況.圖2進(jìn)港排隊管理流程圖3darts4d-aman系統(tǒng)圖4離港排隊管理流程(3)進(jìn)港航班著陸次序?qū)崟r持續(xù)優(yōu)化根據(jù)動態(tài)信息和計劃的差異來對進(jìn)港航班序列進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化.提供航班預(yù)計進(jìn)港時間,以及航班調(diào)配的預(yù)計落地時間提前/延遲數(shù)值;實時更新最優(yōu)化排序結(jié)果和管制輔

7、助建議;當(dāng)機場,終端區(qū)運行參數(shù)發(fā)生變化時,立即對進(jìn)港航班重新進(jìn)行優(yōu)化排序.航班進(jìn)港排序輔助決策系統(tǒng)的效果包括:縮短進(jìn)近時間;提高跑道利用率;自動優(yōu)化排序;連續(xù)優(yōu)化直到著陸;更加精確的上輪擋時間;降低管制員工作強度.以德國dfs的darts4d-aman系統(tǒng)為例,系統(tǒng)自動生成整個進(jìn)近的隊列順序,并且使整個過程對所有使用者透明.系統(tǒng)從整體考慮acc管制員和app管制員的交接工作,制定合理的航班進(jìn)入終端區(qū)的順序,并同當(dāng)前航班速度,位置相比較,提示acc管制員采取適當(dāng)?shù)拇胧?確保所有航班的交接盡可能的如期,而且該過程是持續(xù)優(yōu)化的.同時系統(tǒng)可以根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)的不斷更新,將飛機目前的方向,速度,高度動態(tài)同本

8、地的飛行程序庫相比較,識別app管制員的意圖,并根據(jù)app管制員的意圖自動提出航班的落地順序和相應(yīng)跑道建議.系統(tǒng)提供的隊列順序降低了誤差,提供了更為緊湊的隊列,預(yù)測的落地時間和實際時間的差精確到秒.整個過程中管制員基本不用進(jìn)行手工操作,系統(tǒng)可以識別管制員的意圖并重新安排隊列計劃,acc和app管制員間也可以不進(jìn)行語音通信,任何參數(shù)的更改都可以自動通知對方,實現(xiàn)了靜默協(xié)調(diào).使用了該系統(tǒng),法蘭克福機場的容量提高了3.5%,每天增加23個額外時隙,平均進(jìn)近時間減少1.1分鐘,給atc部門,機場和航空公司都帶來了巨大收益.航班離港排序輔助決策系統(tǒng)的功能是:(1)優(yōu)化航班離港排序;(2)提高跑道利用率;

9、(3)減少進(jìn)離場延誤;(4)優(yōu)化機場機動區(qū)的地面交通;(5)優(yōu)化航空器推出開車時間,減少航空器開車后地面等待時間;(6)通過電子進(jìn)程單,減少塔臺各個席位之間及塔臺與進(jìn)近間的協(xié)調(diào)工作負(fù)葡(7)提高塔臺管制特殊情況處置能力.航班離港排序輔助決策系統(tǒng)的原理是:(1)根據(jù)參數(shù)和優(yōu)化條件產(chǎn)生一個經(jīng)過優(yōu)化的起飛順序.根據(jù)這些限制條件,例如滑行時間,時刻表起飛時間,以及使用的跑道,每個航班都獲得了一個計劃起飛時間(ptot).(2)基于ptot,發(fā)動機開車或者推出的時間(pobt)都可以倒推出來.在此不同的滑行時間(從不同的停機位到計劃的跑道),不同機型的開車時間,不同推出程序的推出時間,穿越跑道需要消耗的

10、時間以及排隊等待放飛的時間都需要考慮.pobt對所有的機場運營參與者代表77空管tm了整個處理流程的開始.(3)根據(jù)外部事件不斷進(jìn)行隊列的更新,優(yōu)化,例如來自外部系統(tǒng)的新的etd時間(estimatedtimeofdeparture),由管制員輸入的新的計劃(例如推遲開車,手工序列調(diào)整等)或者機場運行條件的改變(跑道模式的變化,停機坪的占用等),重新計算并且更新計劃.排序算法可以根據(jù)機場不同的狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,這些計劃的變更會自動反饋給其它系統(tǒng)和相關(guān)管制人員.使用進(jìn)港排序系統(tǒng)的效果包括:接近實時的離場需求;降低離場延誤;優(yōu)化場面運行;系統(tǒng)的機場之一,該機場采用的darts4d-dman同機場多

11、個運行系統(tǒng)相連,飛機推出,滑行位置等信息都能通過系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換而獲得自動更新,管制員在整個過程中無需進(jìn)入繁瑣的數(shù)據(jù)錄入,只要很少的鼠標(biāo)操作即可完成工作,減少了管制員工作負(fù)荷,使管制員可以集中精力觀察地面情況.darts4d-dman系統(tǒng)為蘇黎世機場帶來的巨大的收益:增加了機場容量;一一擁有可以依賴的,經(jīng)過協(xié)調(diào)的及時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù);實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的交通流;提高了航班的準(zhǔn)時性;圖5蘇黎世機場darts4d-dman系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6提高終端區(qū)容量的利用率;降低管制員工作強度.瑞士蘇黎世機場是最早采用dman實現(xiàn)可預(yù)測的,健壯的運行;減少了滑行時間.根據(jù)對2004年的研究,機場共有270000個起降,減少了4.1%的滑行時間,節(jié)省燃油約1150噸.航班進(jìn)港排序和航班離港排序從降落和起飛兩個不同的方面建立了優(yōu)化流程,進(jìn)行了排隊建模,但是兩種方式是相互獨立的,之間沒有耦合關(guān)系.管制員必須依靠自己的經(jīng)驗,將兩種流程合并,這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的問題.第三代進(jìn)離港排序系統(tǒng),著眼于將進(jìn)港和離港融合為統(tǒng)一的流程進(jìn)行考慮,通過平衡進(jìn)離港之間的需求來進(jìn)一步提高容量,該類型系統(tǒng)(代表為darts4daman/dman)目前正在歐洲主要機場進(jìn)行試驗和驗證.o(編輯王璇)?簡訊?民航總局審議20一20年歐英遠(yuǎn)程國際航線分配方案caacexamines2oo8-2o0