機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究

1、機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究超大型機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行系統(tǒng)龐大 ,關(guān)鍵設(shè)施的跑道、滑行道、效勞車(chē)道之間相互交叉,運(yùn)行條件非常復(fù)雜,如何在這種龐大而又復(fù)雜系統(tǒng)條件下保證地面運(yùn)作的平安、高效與順暢一直以來(lái) 就是機(jī)場(chǎng)治理當(dāng)局與學(xué)者研究的問(wèn)題.我國(guó)機(jī)場(chǎng)開(kāi)展迅速,根據(jù)民航局全國(guó)機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)公報(bào),到2021年,境內(nèi)民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng) 210個(gè),旅客年吞吐量超過(guò)1000萬(wàn)人次的機(jī)場(chǎng)26個(gè),飛機(jī)年起降架次超過(guò) 20萬(wàn)架次的機(jī)場(chǎng) 16個(gè),實(shí)施多跑道兩條以上跑道運(yùn)行的機(jī)場(chǎng)12個(gè).隨著機(jī)場(chǎng)設(shè)施規(guī)模擴(kuò)大與飛機(jī)起降架次 的快速增長(zhǎng),我國(guó)大型機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題已開(kāi)始顯現(xiàn).本文從航空器地面運(yùn)行角度出發(fā) 從航班在機(jī)位上的保證、機(jī)位編排與滑行

2、通道使用、滑行路徑選擇、跑道系統(tǒng)構(gòu)型與運(yùn)行等 四個(gè)方面來(lái)探討機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題.一、我國(guó)機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題根據(jù)民航局運(yùn)行監(jiān)控中央的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國(guó)21個(gè)時(shí)刻協(xié)調(diào)機(jī)場(chǎng)離港航班平均滑出時(shí)間與航班平均延誤時(shí)間呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì).|梆調(diào)機(jī)場(chǎng)平均得出時(shí)間圖1:我國(guó)21個(gè)時(shí)刻協(xié)調(diào)機(jī)場(chǎng)2021-2021年平均滑出時(shí)間分鐘機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究ZQ15與2.14年月度航班平均延誤時(shí)間O 54 3 3D,5 O圖2:我國(guó)2021-2021年航班平均延誤時(shí)間分鐘與美國(guó)主要機(jī)場(chǎng)相比,我國(guó)機(jī)場(chǎng)的平均滑出時(shí)間要高出不少.例如：亞特蘭大機(jī)場(chǎng)五條平行跑道構(gòu)形與浦東機(jī)場(chǎng)就是一樣的,亞特蘭大機(jī)場(chǎng)飛機(jī)起降架次就是浦東機(jī)場(chǎng)的1、6

3、5倍,但地面滑行時(shí)間卻只有浦東機(jī)場(chǎng)的0、65.雖然影響飛機(jī)滑出時(shí)間的因素很多,但可以從總體上反響出我國(guó)主要機(jī)場(chǎng)的地面運(yùn)行效率與美國(guó)等國(guó)家還有較大差距.表1:2021年8月中國(guó)與美國(guó)機(jī)場(chǎng)平均滑出時(shí)間比照機(jī)場(chǎng)名稱(chēng)平均滑出時(shí)間分鐘離港班次亞特蘭大ATL16、934166芝加哥ORD19、422226丹彳(DEN)16、120884洛杉磯LAX19、119726達(dá)拉斯DFW18、917277首都PEK26、524709浦東(PVG)26、220657白云CAN19、318709數(shù)據(jù)來(lái)源：1、美國(guó)運(yùn)輸部交通統(tǒng)計(jì)局BTS;2、民航局?關(guān)于 2021年8月份航班正常情況的通報(bào)?.二、提升地面運(yùn)行效率的研究方

4、向機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究下面從航班在機(jī)位上的保證、航班機(jī)位編排與滑行通道使用、滑行路徑選擇、跑道系統(tǒng)構(gòu)型與運(yùn)行等四個(gè)方面來(lái)探討機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題.一航班在機(jī)位上的保證航班在機(jī)位上的彳障工程較多 ,如何在方案離港時(shí)間或者目標(biāo)離港時(shí)間前完成旅客、行 李、貨物保證,完成飛機(jī)加油、排污、客艙清潔效勞工程,航班具備離港條件,涉及航班保證調(diào)度的各個(gè)方面.為了明確了航班各個(gè)保證環(huán)節(jié)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),民航局在2021年印發(fā)了?機(jī)場(chǎng)航班運(yùn)行保證標(biāo)準(zhǔn)?,機(jī)場(chǎng)與各保證機(jī)構(gòu)要對(duì)照標(biāo)準(zhǔn),增強(qiáng)保證調(diào)度,提升保證效率.機(jī)坪保證設(shè) 施、設(shè)備、人力資源的優(yōu)化調(diào)度就是提升航班保證效率的重要課題,在此不過(guò)多闡述.二航班機(jī)位編排與滑行

5、通道使用我國(guó)很多機(jī)場(chǎng)的航站樓采用指廊式構(gòu)型,這種構(gòu)型的航站樓優(yōu)點(diǎn)就是在相同場(chǎng)地條件下 可以建更多的近機(jī)位廊橋機(jī)位工但存在兩條指廊之間的港灣地區(qū)多個(gè)機(jī)位共用一條滑行 通道問(wèn)題,進(jìn)位、離位飛機(jī)滑行通道占用時(shí)間沖突的概率較高.滑行通道占用時(shí)間沖突存在三種形式,即:同時(shí)離位時(shí)間沖突、同時(shí)進(jìn)位時(shí)間沖突、進(jìn)位與離位時(shí)間沖突,如何定義上述三種沖突狀態(tài)與航空器滑行規(guī)那么有關(guān).一種相對(duì)保守的規(guī)那么 就就是在一條通道上只允許一架飛機(jī)進(jìn)位或者離位；另一種規(guī)那么就就是在滿(mǎn)足平安間距條件下,可以允許一架飛機(jī)先推出后等待開(kāi)始滑行指令,另一架飛機(jī)可以根據(jù)既定路線(xiàn)滑行進(jìn)位.上述第一種規(guī)那么可以到達(dá)很高的平安系數(shù),但就是以犧牲

6、效率為前提；第二種規(guī)那么的難點(diǎn)在于平安間距的限制,地面管制人員通過(guò)目視或者經(jīng)驗(yàn)判斷顯然無(wú)法滿(mǎn)足平安運(yùn)行要求,這就需要以更強(qiáng)大的系統(tǒng)支撐為前提.機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究圖3:洛杉磯國(guó)際機(jī)場(chǎng)機(jī)坪布置圖圖4:指廊式航站樓港灣地區(qū)機(jī)位布置圖在航班停放機(jī)位的優(yōu)化編排方面,目前國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)的機(jī)位分配治理系統(tǒng),一方面只關(guān)注單一機(jī)位自身的沖突情況,不關(guān)注相鄰機(jī)位的使用與毛t行通道的占用情況,在這種分配模式下,通道沖突情況可能會(huì)變得非常普遍,進(jìn)港飛機(jī)在通道外等待進(jìn)位或者離港飛機(jī)在機(jī)位上等待 推出情況變得嚴(yán)重；另一方面就是優(yōu)化分配模型根本未發(fā)揮作用,根本就是人工或半自動(dòng)分配狀態(tài).因此,要提升飛機(jī)在機(jī)坪區(qū)域運(yùn)行效率,可

7、以從以下幾個(gè)方面入手,一就是在可接受平安 水平條件下,研究建立更加高效的機(jī)坪滑行通道使用規(guī)那么；二就是將滑行通道使用規(guī)那么作為約束條件,參加機(jī)位分配模型中；三就是航班機(jī)位預(yù)分配的優(yōu)化編排,如:同一通道兩側(cè)機(jī)位的 始發(fā)早離港航班,離港時(shí)間間隔相互錯(cuò)開(kāi) 15分鐘以上如圖5所示；四就是機(jī)位與通道沖突 的實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警,根據(jù)航班運(yùn)行時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化,通過(guò)系統(tǒng)手段實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)位與通道的沖 突狀態(tài),根據(jù)機(jī)位容量、區(qū)域限制等約束條件,自動(dòng)搜索并形成調(diào)整目標(biāo)機(jī)位列表,為機(jī)位治理人員提供決策依據(jù).機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究滑行通道O 5 0 5 a 4 r OF 1 -VJ/X A A X圖5:始發(fā)航班機(jī)位優(yōu)化編排結(jié)

8、果理想條件下三滑行路徑選擇路徑規(guī)劃就是運(yùn)籌學(xué)研究的問(wèn)題,目前 與車(chē)載導(dǎo)航軟件已經(jīng)具備這方面的功能,它可以提供應(yīng)用戶(hù)多種選擇方案,如:路線(xiàn)最短、時(shí)間最短以及其她偏好選擇等.事實(shí)上,飛機(jī)在地面的滑行路線(xiàn)優(yōu)化與車(chē)輛道路交通線(xiàn)路選擇就是類(lèi)似的,根據(jù)到達(dá)飛機(jī)的預(yù)計(jì)落地時(shí)間、離港飛機(jī)的預(yù)計(jì)從通道滑出時(shí)間,實(shí)時(shí)預(yù)判進(jìn)入滑行道系統(tǒng)的飛機(jī)數(shù)量,然后根據(jù)確定的滑 行模式、滑行道上飛機(jī)流量、每架飛機(jī)實(shí)時(shí)位置與速度、沖突預(yù)判等,采用計(jì)算機(jī)模型不斷運(yùn)算在各種可選擇滑行路徑情況下的總滑行時(shí)間,選取最短時(shí)間min方案.從機(jī)場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)角度來(lái)瞧,多跑道機(jī)場(chǎng)航站樓構(gòu)型選擇對(duì)于飛機(jī)地面滑行效率影響就是 顯而易見(jiàn)的.以?xún)蓷l寬距平行跑

9、道、航站樓位于兩條跑道之間這種布局為例,傳統(tǒng)的單體式航站樓布局方式,停放在航站樓中部機(jī)位的航班需要到另一側(cè)跑道起飛時(shí),需要從兩側(cè)聯(lián)絡(luò)道繞滑較長(zhǎng)距離才能到達(dá)跑道端等待起飛,不僅滑行距離長(zhǎng),而且沖突點(diǎn)多,相比之下衛(wèi)星式航站樓布局如亞特蘭大、希斯羅 T5、仁川等工由于每個(gè)衛(wèi)星廳之間設(shè)置了單條或者多條滑 行通道,進(jìn)離場(chǎng)飛機(jī)可直接穿越無(wú)需繞滑,距離與時(shí)間可明顯降低.根據(jù)白云機(jī)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),繞滑飛機(jī)可能比單側(cè)滑行飛機(jī)增加60%以上的地面滑行時(shí)間.機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究圖6:亞特蘭大機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星式航站樓布局衛(wèi)星廳之間設(shè)置兩條通道圖7:白云機(jī)場(chǎng)指廊式航站樓布局T1-T4就是兩側(cè)跑道的聯(lián)絡(luò)滑行道四跑道系統(tǒng)構(gòu)型與運(yùn)行

10、機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究以跑道系統(tǒng)及配套設(shè)施規(guī)劃建設(shè)、跑道運(yùn)行模式角度,從跑道等待位置設(shè)置,跑道入口設(shè)置,跑道快速出口設(shè)置,跑道穿越道與繞滑道設(shè)置,多跑道運(yùn)行模式下跑道使用均衡性等方面 探討跑道系統(tǒng)運(yùn)行效率問(wèn)題.1、跑道等待位置設(shè)置.繁忙機(jī)場(chǎng),離場(chǎng)飛機(jī)在跑道端等待起飛現(xiàn)象非常普遍,當(dāng)跑道端部等待空間缺乏時(shí),排隊(duì)等待飛時(shí)機(jī)占用滑行道空間,造成滑行道堵塞.如白云機(jī)場(chǎng)在西跑道北端空間有限,等待起飛的飛機(jī)經(jīng)常在T4滑或者F滑上排隊(duì),對(duì)于從東側(cè)落地需要通過(guò) T4滑繞行至西區(qū)機(jī)位的進(jìn)港 飛機(jī)造成堵塞.圖8:白云機(jī)場(chǎng)19號(hào)跑道飛機(jī)等待情況示意圖圖9:達(dá)拉斯機(jī)場(chǎng)35L號(hào)跑道的等待坪2、跑道入口設(shè)置.增加跑道入

11、口數(shù)量可以為飛機(jī)進(jìn)入跑道提供更多項(xiàng)選擇擇,當(dāng)前面飛機(jī)故障或其她特殊原因無(wú)法進(jìn)入跑道起飛時(shí),其她飛機(jī)可以通過(guò)側(cè)邊入口進(jìn)入跑道 ,不會(huì)造成堵塞.國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)一般只機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究在跑道端設(shè)置一個(gè)或者兩個(gè)跑道入口,而美國(guó)機(jī)場(chǎng)一般會(huì)根據(jù)使用情況在跑道端設(shè)置多個(gè)入口,如圖9中的達(dá)拉斯機(jī)場(chǎng),在35L號(hào)跑道端就設(shè)置了三個(gè)入口.3、跑道快速出口設(shè)置.合理的跑道出口應(yīng)當(dāng)就是落地飛機(jī)在減速到適當(dāng)速度標(biāo)準(zhǔn)上,飛機(jī)在93km/h速度下可以從30度角的快速出口脫離跑道時(shí)就能夠找到相應(yīng)出口脫離跑道,盡可能減少落地飛機(jī)的跑道占用時(shí)間,提升跑道使用效率. 美國(guó)FAA曾資助弗吉尼亞理工學(xué)院對(duì)跑道快速出口位置 設(shè)置問(wèn)題做過(guò)深

12、入研究,從跑道物理特性標(biāo)高、坡度等、氣象條件大氣溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、 機(jī)型組合各種型號(hào)飛機(jī)所占比率 卜飛機(jī)著陸性能使用減速板、剎車(chē)、反噴等 卜跑道干濕 條件干跑道與濕跑道所占比率 等因素入手,研究飛機(jī)著陸過(guò)程,建了跑道快速出口優(yōu)化模型, 優(yōu)化目標(biāo)就就是研究機(jī)隊(duì)加權(quán)平均跑道占用時(shí)間最短條件下的出口位置、數(shù)量與類(lèi)型角度.國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),一般就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn),如在距離跑道端1900m、2300m、2700米 位置設(shè)置30度夾角的出口,而不就是根據(jù)上述因素的詳細(xì)計(jì)算得出快速出口的最正確位置.因此,在實(shí)際運(yùn)彳T過(guò)程中,跑道出口效率并不就是處于最正確狀態(tài).4、跑道穿越道與繞滑道設(shè)置.在近距平行跑道構(gòu)形條件

13、下,外側(cè)跑道落地的飛機(jī)需要穿越內(nèi)側(cè)跑道才能到達(dá)停機(jī)坪,內(nèi)側(cè)跑道起飛飛機(jī)必須留出足夠的時(shí)間間隔來(lái)滿(mǎn)足飛機(jī)穿越要求.因此,當(dāng)飛機(jī)穿越量不斷增加后,對(duì)內(nèi)側(cè)跑道起飛時(shí)刻白占用會(huì)不斷增加,跑道運(yùn)行效率受到一定影響.為減小飛機(jī)穿越對(duì)跑道時(shí)刻占用影響,一種方案就是在內(nèi)側(cè)跑道兩側(cè)修建多條穿越道,多架落地飛機(jī)在穿越道口等待,當(dāng)內(nèi)側(cè)跑道留出足夠穿越間隔時(shí),多架飛機(jī)同時(shí)穿越,減少穿越次數(shù)；另一種方案就就是在跑道端修建繞滑道,到達(dá)飛機(jī)無(wú)需在穿越道口等待,可通過(guò)繞滑道到達(dá)機(jī)坪.圖10:達(dá)拉斯機(jī)場(chǎng)35L與35C跑道繞滑道機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率問(wèn)題研究圖11:亞特蘭大機(jī)場(chǎng)8R跑道繞滑道繞滑道設(shè)置要考慮兩個(gè)方面因素,一個(gè)就是進(jìn)近面

14、與起飛爬升面的限制,另一個(gè)就就是 要防止從跑道另一端起飛飛機(jī)目視到繞滑飛機(jī)機(jī)組可能會(huì)誤以為繞滑飛機(jī)就是跑道入侵飛機(jī).亞特蘭大機(jī)場(chǎng)采取了一種方案來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,其8R跑道繞滑道距跑道端僅 480米,為了防止繞滑飛機(jī)垂直尾翼穿透進(jìn)近面或起飛爬升面,采取降低繞滑道標(biāo)高、限制 B757以下機(jī)型通行的方式,同時(shí),在距跑道端約325米位置修建遮蔽墻來(lái)阻擋飛行員視線(xiàn).5、跑道使用均衡性.在多跑道運(yùn)行條件下,要盡量保持跑道使用的均衡,這種均衡表現(xiàn)在兩個(gè)方面,一方面就 是各條跑道使用量相對(duì)平衡,一旦使用量向其中一條跑道傾斜,就可能會(huì)導(dǎo)致一條跑道在滿(mǎn) 負(fù)荷或者超負(fù)荷運(yùn)行,大量飛機(jī)在排隊(duì)起飛或著陸,另一條跑道那么負(fù)荷較低甚至處于空閑狀 態(tài);另一方面就是時(shí)間上的相對(duì)平衡 ,要將起降時(shí)刻根據(jù)更小的時(shí)間區(qū)間加以細(xì)分以往都就是以1小時(shí)間隔來(lái)排時(shí)刻,例如在1小時(shí)的區(qū)間內(nèi)起降量就是低于跑道系統(tǒng)容量的,但就是細(xì)分到15分鐘的時(shí)候就可能會(huì)超容.一般地,國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)跑道使用與空中走廊口使用相對(duì)應(yīng),而走廊口又與航線(xiàn)相對(duì)應(yīng),因此,要做到跑道使用均衡,就需要在航班方案時(shí)刻編排時(shí)將時(shí)間區(qū)間平衡性與航線(xiàn)分布平衡性?xún)蓚€(gè) 因素考慮在內(nèi).例如,以下就是國(guó)內(nèi)某機(jī)場(chǎng)兩條跑道以15分鐘為間隔的使用情況,從中可以瞧出,兩條跑道使用不均衡,局部時(shí)段內(nèi)一條跑道接近滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行,而