機(jī)場運(yùn)行與管理論文關(guān)于機(jī)場飛行區(qū)運(yùn)行模式的研究

1、關(guān)于機(jī)場飛行區(qū)運(yùn)行模式的研究1緒論/改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國航空運(yùn)輸業(yè)以平均每年近15%勺速度迅猛增長。據(jù)國際民航組織統(tǒng)計(jì)，2005年我國航空公司定期航班完成的總周轉(zhuǎn)量為億噸公里，比2004年增長了12%世界排名由2004年第3位上升至第2位，超過了航空強(qiáng)國德國（億）,成為僅次于美國的世界第二航空運(yùn)輸大國。2005年，全行業(yè)共有運(yùn)輸飛機(jī)863架，比2000年凈增336架，全國通航機(jī)場共保障飛機(jī)起降架次為萬架次，2004年增長%。根據(jù)預(yù)測，今后5年內(nèi)我國民航將以每年100150架的速度引進(jìn)飛機(jī)，到2010年，全國民航運(yùn)輸飛機(jī)總量將接近1600架。從“十一五”開始，中國民航將啟動(dòng)

2、建設(shè)新一代工程，并將實(shí)現(xiàn)2010年航空運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量、旅客運(yùn)輸量和貨郵運(yùn)輸量均比2005年翻一番，航空運(yùn)輸和機(jī)場建設(shè)均面臨著良好的發(fā)展前景。這對國內(nèi)一些主要機(jī)場的發(fā)展既是難得的機(jī)遇，也是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這些機(jī)場的飛行流量持續(xù)大幅增長。2005年上海浦東機(jī)場實(shí)現(xiàn)飛機(jī)起降萬架次，旅客吞吐量萬人次，貨郵吞吐量萬噸，與2004年相比分別增長了%、%、%。航空運(yùn)輸量的快速增長導(dǎo)致空中交通網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷加大，引起交通擁擠，結(jié)果不僅給管制員帶來繁重的工作負(fù)荷，形成事故隱患，還有航班延誤，給航空公司造成巨大損失，給旅客帶來諸多不便，同時(shí)也給航班時(shí)刻的編排帶來極大困難。為了緩解這些問題，更好地維護(hù)空中秩序、保證飛行安全、提

3、高飛行效率、改善服務(wù)質(zhì)量，以適應(yīng)未來航空運(yùn)輸需求，迫切需要對我國主要機(jī)場當(dāng)前的和未來的運(yùn)行狀況進(jìn)行分/析評估，并尋求提高空中交通系統(tǒng)運(yùn)行效率，擴(kuò)充系統(tǒng)容量的可行方案。1機(jī)場系統(tǒng)介紹/機(jī)場系統(tǒng)是由許多子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，如圖1所示。按照功能不同，可分為飛行區(qū)、航站區(qū)和進(jìn)出機(jī)場的地面交通系統(tǒng)。其中，飛行區(qū)主要是飛機(jī)的活動(dòng)區(qū)，其范圍包括跑道系統(tǒng)、滑行道系統(tǒng)、機(jī)坪門位系統(tǒng)和航站空域；航站區(qū)包括了航站樓、機(jī)場內(nèi)部道路交通系統(tǒng)以及停車場等；進(jìn)出機(jī)場地面交通系統(tǒng)是聯(lián)系機(jī)場與外界的通道。兇兇 尋 ,T進(jìn)出機(jī)場地面交通系就)等候機(jī)也機(jī)坪;圖2-1機(jī)場交通系統(tǒng)組成示意(1)飛行區(qū)有跑道、滑行道和機(jī)場凈空區(qū)構(gòu)成。

4、跑道是機(jī)場規(guī)模的重要標(biāo)志，它直接與飛機(jī)起降安全有關(guān)?；械朗翘峁╋w機(jī)從跑道到航站區(qū)的通道，使已著落的飛機(jī)迅速離開跑道，避免干擾其它起飛、降落、滑跑的飛機(jī)。飛機(jī)在機(jī)場降落或起飛時(shí)，必須按照規(guī)定的起落航線飛行，飛機(jī)的起降安全與機(jī)場內(nèi)外的地形和人工建筑物密切相關(guān)。因此，對沿著起落航線附近的一定空域，不應(yīng)有影響飛機(jī)爬無、降落下滑和目視盤旋的障礙物，這個(gè)空域就是機(jī)場凈空區(qū)。(2)航站區(qū)使飛行區(qū)與機(jī)場其它部分的結(jié)合部分。航站區(qū)包括：旅客航站樓、停機(jī)坪、停車場等。航站樓的一側(cè)與停機(jī)坪相連，另一側(cè)與地面交少W相連。航站樓是旅客、行室和貨郵辦理各種手續(xù)進(jìn)行必要的檢查變運(yùn)輸方式而提供建筑設(shè)施。航站設(shè)施布局的方式通

5、常將旅客分為少港旅客到港旅客中轉(zhuǎn)旅客和經(jīng)停旅客；同時(shí)又將旅客劃分為國際旅客和國內(nèi)旅客。航站樓將空港分為空側(cè)和路側(cè)：空側(cè)包括停機(jī)坪、飛行區(qū)等受機(jī)場當(dāng)局嚴(yán)格控制的區(qū)域；路側(cè)是公眾能夠自由出入為航空運(yùn)輸提供服綣的場所。33)進(jìn)出機(jī)場的地面交通設(shè)施是連接到機(jī)場的道路、交通軌道或水運(yùn)碼頭,它是客貨出入機(jī)場的地面通道。由于航空運(yùn)輸?shù)难诱`沖突等問題與機(jī)場飛行區(qū)的運(yùn)行模式有很大的關(guān)系，本文針對機(jī)場飛行區(qū)的運(yùn)行模式進(jìn)行研究。4.飛行區(qū)運(yùn)行分析的發(fā)展概況由圖1所示，機(jī)場飛行區(qū)分為機(jī)場地面和終端區(qū)兩部分。目前，針對這兩部分的研究，國內(nèi)外大多數(shù)都采用相互獨(dú)立的方法，分別對機(jī)場地面運(yùn)行和終端區(qū)運(yùn)行進(jìn)行分析。/由于最初主

6、要影響航空運(yùn)輸運(yùn)行和容量的因素是跑道，因此針對地面運(yùn)行的研究開始的相對較早。1948年，Bowen和Pearcelf最早提出假定飛機(jī)服從泊松分布的到達(dá)流模型；1959年，Blumstein對跑道的運(yùn)行與容量問題作了進(jìn)一步的研究，分析了跑道的降落容量與空管間隔、下滑道長度以及飛機(jī)速度之間的關(guān)系；1977年，將跑道當(dāng)作服務(wù)臺(tái)，用穩(wěn)態(tài)排隊(duì)論的方法對其進(jìn)行分析；1999年，南京航空航天大學(xué)的胡明華教授等人研究了單跑道機(jī)場容量評估；2002年,Amedeo詳細(xì)介紹了機(jī)場容量的定義、影響因素、飛行間隔要求和單跑道容量評估模型；2003年蔣兵建立了到達(dá)和離場容量估計(jì)模型；2005年傅建軍等人從理論上探討了機(jī)

7、場跑道、滑行道和停機(jī)位容量的分析與評估模型；2006年中國民航大學(xué)的徐肖豪教授等人研究了基于飛機(jī)性能的跑道運(yùn)行仿真。相對地面運(yùn)行的研究而言，國內(nèi)外對于終端區(qū)的研究開始的比較晚，所做的工作較少。1991年，MilanJanic等人對終端區(qū)容量估計(jì)問題做了初步研究，對空域結(jié)構(gòu)做了很大程度的抽象和簡化，建立了終端區(qū)容量估計(jì)模型，但這種方法/很難建立一個(gè)能夠精確描述管制區(qū)域的數(shù)學(xué)模型；2001年Saleh提出了機(jī)場空域容量評估的仿真模型，在考慮各種限制的情況下對空域運(yùn)行進(jìn)行仿真，再對結(jié)果進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)得到容量結(jié)果；1999年，胡明華教授和張志龍、杜駿等人對終端區(qū)容量模型進(jìn)行了研究，討論了影響終端區(qū)容量的

8、諸因素，建立了航路諸單元的容量估計(jì)模型，并先后用網(wǎng)絡(luò)流理論和仿真的方法分析了終端區(qū)運(yùn)行容量。1.2機(jī)場飛行區(qū)運(yùn)行分析研究的意義隨著航空運(yùn)輸規(guī)模的增長，航空器的數(shù)量迅速增加，機(jī)場系統(tǒng)越來越復(fù)雜。機(jī)場的規(guī)模性和復(fù)雜性使機(jī)場規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營管理等難度增加，機(jī)場系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)人員無法確切把握機(jī)場系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和交通特性，因而無法根據(jù)預(yù)測的航空需求情況做出合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，也無法根據(jù)不斷變化的條件及時(shí)調(diào)整運(yùn)營方式和策略；機(jī)場系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造錯(cuò)雜復(fù)雜，人流、物流、飛機(jī)流交錯(cuò)，相互制約影響，需要診斷機(jī)場運(yùn)行瓶頸時(shí)，傳統(tǒng)的方法難以勝任；新建或擴(kuò)建機(jī)場，制定的設(shè)計(jì)方案是否符合設(shè)計(jì)要求，需要經(jīng)過程序復(fù)雜而縝密的科學(xué)論證，

9、動(dòng)用的人、財(cái)、物資源巨大，而且論證過程和結(jié)果不直觀，效果不理想。因此，對機(jī)場飛行區(qū)進(jìn)行分析建模，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行仿真，不僅能很好地解決傳統(tǒng)方法面臨的難題，而且具有更廣闊的應(yīng)用范圍，能達(dá)到更高的精度，對提高機(jī)場設(shè)計(jì)和管理水平，優(yōu)化空域結(jié)構(gòu)和扇區(qū)設(shè)置，改進(jìn)進(jìn)離場飛行程序設(shè)計(jì),以及降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，都具有重要意義。飛行區(qū)運(yùn)行的影響因素影響機(jī)場飛行區(qū)運(yùn)行的因素比較復(fù)雜，既包括機(jī)場終端區(qū)的影響因素，又包括機(jī)場地面的影響因素，同時(shí)還包括機(jī)場終端區(qū)與地面交通在運(yùn)行上的耦合問題；既包括地面和空域資源的影響因素，又包括交通流向的影響因素，還包括管制間隔的影響因素；既包括靜態(tài)影響因素，又包括動(dòng)態(tài)影響因素。靜態(tài)影響因素是指由

10、機(jī)場飛行區(qū)本身的結(jié)構(gòu)所決定的一些因素，主要有：1、跑道的條數(shù)及布局；2、脫離道的種類、位置和條數(shù)，指是否快速脫離道；3、滑行道的布局、運(yùn)行方式及限制，指是單一滑行道還是多重滑行道，是/單向運(yùn)行、雙向運(yùn)行或臨時(shí)關(guān)閉，各滑行段是否對所有機(jī)型開放；4、停機(jī)位/登機(jī)門的布局、數(shù)量和限制。停機(jī)位的個(gè)數(shù)、與滑行道的關(guān)系、可以停放的機(jī)型種類都將直接影響到飛行區(qū)的吞吐量；5、危險(xiǎn)區(qū)、限制區(qū)、禁區(qū)的分布情況；/6、軍用空域的分布及其使用情況；7、地形及障礙物分布情況;8、通訊、導(dǎo)航、監(jiān)視設(shè)施的種類和分布。動(dòng)態(tài)因素主要有： TOC o 1-5 h z 1、飛行所需達(dá)到的安全目標(biāo)等級(jí)；2、管制服務(wù)方式（雷達(dá)管制、雷

11、達(dá)監(jiān)控下的程序管制、程序管制）；3、有關(guān)最小間隔規(guī)定，包括落地飛機(jī)之間、起飛飛機(jī)之間、起飛/落地飛機(jī)之間的間隔規(guī)定；/4、管制員能力；5、飛行規(guī)則（目視飛行規(guī)則、儀表飛行規(guī)則、目視/儀表飛行規(guī)則）；6、飛機(jī)使用的進(jìn)離場程序；7、起降飛機(jī)的比例；8、飛機(jī)機(jī)型比例，按起降的航空器的尾流分類，通常劃分為重、中、輕；9、跑道使用策略，對雙平行跑道，有隔離運(yùn)行，半混合運(yùn)行，混合運(yùn)行；10、影響機(jī)場最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的氣象條件，包括能見度、風(fēng)向風(fēng)速等。飛行區(qū)運(yùn)行概況1.航空器在飛行區(qū)運(yùn)行描述在飛行區(qū)系統(tǒng)中，飛機(jī)由航路空域進(jìn)入終端區(qū)，經(jīng)過進(jìn)場航線向機(jī)場進(jìn)近，在跑道著陸，經(jīng)出口滑行道、滑行道系統(tǒng)滑行至停機(jī)坪，下客卸

12、貨完畢，完成飛機(jī)的進(jìn)港過程；而飛機(jī)的離港過程則是從在停機(jī)坪上客裝貨開始，/通過滑行道系統(tǒng)滑行至起飛等待位置，對準(zhǔn)跑道起飛，經(jīng)終端區(qū)沿離場航線飛行進(jìn)入航路空域。其中，等待起飛機(jī)坪設(shè)置在跑道端部或非常接近跑道端部的地方，用于試車或預(yù)熱，供活塞式飛機(jī)在起飛前做最后的檢查，以及供所有各類型的飛機(jī)起飛排序，等待放行。而等候機(jī)位機(jī)坪是設(shè)置在機(jī)場上一個(gè)方便地點(diǎn)的一種相對較小的機(jī)坪，作為臨時(shí)停放飛機(jī)之用。這是為了適應(yīng)這種情況：當(dāng)機(jī)場門位數(shù)目不足以滿足一天中繁忙時(shí)段的需求時(shí)，由空中交通管制部門指揮飛機(jī)先到等候機(jī)位機(jī)坪，在那里等候直至有了可用的門位。如果容量與需求相稱，一般就用不到等候機(jī)位機(jī)坪。飛行區(qū)運(yùn)行的建模通

13、過分析飛行區(qū)系統(tǒng)的組成，以及飛機(jī)在該系統(tǒng)中的運(yùn)行特點(diǎn)，本文采用網(wǎng)絡(luò)模型來描述機(jī)場飛行區(qū)系統(tǒng)的組成，即用一系列節(jié)點(diǎn)和鏈路來表示飛行區(qū)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上建立飛行區(qū)系統(tǒng)的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型。在節(jié)點(diǎn)檢查飛機(jī)與其它飛機(jī)的相對位置，而鏈路則用來規(guī)定飛機(jī)在兩節(jié)點(diǎn)間的飛行航跡。其中，飛行區(qū)網(wǎng)絡(luò)又分成機(jī)場地面網(wǎng)絡(luò)和終端區(qū)網(wǎng)絡(luò)。在機(jī)場地面網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)代表滑行道交叉點(diǎn)、跑道出口、停機(jī)位、起飛等待區(qū)、機(jī)位等候區(qū)、除冰區(qū)等，而鏈路則描述了滑行道、跑道、脫離道等；空域網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)代表導(dǎo)航臺(tái)、報(bào)告點(diǎn)、地理位置點(diǎn)、管制區(qū)邊界點(diǎn)等，而鏈路對應(yīng)著空中航段，這些航段的有序組合即表示了進(jìn)離場航線。另外，終端區(qū)網(wǎng)絡(luò)中有一類特殊節(jié)點(diǎn)耦合點(diǎn)，是

14、飛機(jī)在終端區(qū)網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的過渡點(diǎn)，通過在耦合點(diǎn)控制相關(guān)起降程序間的鎖定/解鎖關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)空地間的耦合。2.3.1飛機(jī)在機(jī)場地面網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)動(dòng)在機(jī)場地面網(wǎng)絡(luò)中，飛機(jī)的基本運(yùn)動(dòng)包括：在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的滑行段上以滑行速度運(yùn)動(dòng)和在滑行段上節(jié)點(diǎn)附近等待。但是，表示起飛等待隊(duì)列和機(jī)坪門位的節(jié)點(diǎn)處的等待發(fā)生在節(jié)點(diǎn)上。飛機(jī)在機(jī)場地面網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)規(guī)則是： TOC o 1-5 h z 1、飛機(jī)必須沿鏈路運(yùn)動(dòng)；/2、所有飛機(jī)應(yīng)當(dāng)與鏈路上的前機(jī)之間保持滑行間隔；,/3、飛機(jī)要以滑行速度滑行。/對于離場航班，在機(jī)場地面網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)流程如圖2-3所示：飛機(jī)運(yùn)動(dòng)流程圖2-3離場航班在機(jī)場地面網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)圖中，中間所示為飛機(jī)運(yùn)動(dòng)流

15、程，左側(cè)所示為飛機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中的一些事件處理模塊。離場航班在進(jìn)入仿真系統(tǒng)的這一時(shí)刻，按照選擇的機(jī)位并經(jīng)過機(jī)位沖突探測與解脫，出現(xiàn)在選定的機(jī)位，經(jīng)過機(jī)位占用時(shí)間，便可以從機(jī)位推出；接著航班沿著選定的滑行路徑開始滑行，到達(dá)每個(gè)節(jié)點(diǎn)就進(jìn)行滑行沖突探測與解脫處理，直至到達(dá)起飛等待隊(duì)列；經(jīng)過跑道使用沖突探測與解脫處理后，進(jìn)入并對準(zhǔn)跑道準(zhǔn)備起飛按照計(jì)算的起飛時(shí)間、距離和速度在跑道鏈路上進(jìn)行起飛滑跑，并加入空地耦合點(diǎn)。航班在有序鏈路上的運(yùn)動(dòng)即構(gòu)成了飛機(jī)在機(jī)坪門位系統(tǒng)、滑行道系統(tǒng)和跑道系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。對于進(jìn)場航班，在機(jī)場地面網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)流程如圖2-4所示：事件處理帙塊飛機(jī)運(yùn)動(dòng)流程機(jī)位選界空地朋合總者陸過程相美計(jì)算跑道上著陸滑跑