機場平行跑道容量評估模型研究

任武玲

摘 要：為改善機場的地面運行效率，使航班的延誤率降低，對機場地面的容量研究是目前最有效的方法。在跑道容量評估中，跑道容量的影響因素對整個機場的運行效率起著至關(guān)重要的作用，它對跑道容量的評估起著至關(guān)重要的作用。本文在考慮了跑道穿越的情況下對四種構(gòu)型的平行跑道容量進行了建模分析。

關(guān)鍵詞：空中交通；平行跑道；跑道穿越

一、引言

空中交通運輸網(wǎng)絡(luò)是由航路、航線和機場組成，如果飛行流量增大到一定程度，則容易產(chǎn)生空中交通擁擠和堵塞，導(dǎo)致航班延誤。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和航空技術(shù)的進步，我國航空運輸業(yè)也取得了較快發(fā)展，航空運輸?shù)牡匚辉谖覈慕煌ㄟ\輸體系中已經(jīng)占據(jù)了越來越重要的地位。但是隨著航空運輸需求的增大，飛行流量的迅速增加，作為航空運輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的機場受容量的限制導(dǎo)致大量航班延誤的問題逐漸突出、機場承載的壓力也越來越大。機場作為整個空中交通的中心場所，必須得到科學(xué)合理的規(guī)劃。因此，本文通過建立平行跑道的相關(guān)數(shù)學(xué)模型，通過定性和定量相結(jié)合的分析方法，對典型的幾種平行跑道容量進行研究，為機場今后對跑道進行規(guī)劃和建設(shè)提供了可靠的理論依據(jù)。

一、跑道容量影響因素

跑道容量是指在給定時間段內(nèi)跑道體系處理飛機架數(shù)的最大能力，即當(dāng)有連續(xù)服務(wù)要求時，在單位時間間隔內(nèi)一個跑道體系所能容納的最大飛行航班架次。通過查閱文獻和相關(guān)資料可知影響跑道容量的因素主要有如下幾點：

第一，監(jiān)視設(shè)備、導(dǎo)航、輔助著陸系統(tǒng)。

第二，終端區(qū)空域規(guī)劃、進離場程序。

第三，跑道占用規(guī)則以及管制員的管制策略。

第四，跑到數(shù)量和長度、跑道配置、跑道運行方式。

第五，氣象條件（如能見度、降水量、風(fēng)向和風(fēng)速等）、噪聲限制和飛行規(guī)則。

第六，起飛流和到達(dá)流所占的百分比、跑道上的機隊組成。

第七，不同類型飛機最后進近路線長度、以及進近速度。

二、常用的跑道容量評估模型

我們知道，機場的運行效率主要體現(xiàn)在飛機起降的數(shù)量，即跑道的容量，它是提高機場運行效率的關(guān)鍵因素。常用的機場跑道容量評估模型有3種：

其一，基于歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析方法。此法利用機場目前的運行現(xiàn)狀搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進行整理分析，從而計算出機場跑道的容量，最初的跑道容量分析大多采用此法，其缺點是沒有把容量的各個影響因素考慮在內(nèi)，在固定的時間段內(nèi)航空器的架數(shù)是不固定的一個數(shù)。

其二，基于數(shù)學(xué)模型的方法。此法通過利用相關(guān)的參數(shù)，在考慮影響因素的條件下，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程式，從而計算出跑道容量。此法主要用于對可度量的影響因素進行評估，缺少對微觀因素的考慮，例如：天氣狀況。

其三，基于計算機仿真建模的方法。利用計算機編程的方法對當(dāng)今機場容量進行評估，這是目前使用最為廣泛的方法，主要使用的仿真軟件有Simmod、TAAM和RAMS。

其四，基于管制員工作負(fù)荷的方法。此法通過得知管制員每小時的工作負(fù)荷反推出航班的架次。此法的缺陷是并未考慮管制員工作時人為因素的影響。

三、平行跑道容量評估模型

根據(jù)ICAO（國際民航組織）的規(guī)定，平行跑道是指跑道中心線相互平行或跑道中心線的延長線之間夾角小于15度的非交叉跑道。

根據(jù)中國民用航空局第123號令《平行跑道同時儀表運行管理規(guī)定》的有關(guān)要求，并參考美國聯(lián)邦航空局的相關(guān)規(guī)則，將平行跑道運行模式及所需跑道間距進行總結(jié)[5]。

由總結(jié)和目前大多數(shù)多跑道機場的構(gòu)型，本文對下面4種典型平行跑道構(gòu)型的起飛和降落容量展開研究。

（一）跑道間距為近距，運行模式為一起一降

近距即兩條跑道的入口齊平，中心線間距小于762m，假設(shè)跑道與航站區(qū)之間的滑行道設(shè)置充足[5]。通過查閱相關(guān)資料可知，此構(gòu)型屬于近距平行跑道，一般離航站區(qū)較遠(yuǎn)的跑道用于降落，離航站區(qū)較近的跑道用于起飛。

本容量計算模型假設(shè)：①到達(dá)飛機具有優(yōu)先權(quán)；②出發(fā)飛機插縫放行。

降落航班有跑道穿越時的容量模型：

當(dāng)距離航站區(qū)較遠(yuǎn)的跑道用于降落時，跑道到達(dá)航空器時間間隔為：

（二）跑道間距為中距，運行模式為起降隔離

中距即跑道中心線間距大于762m，其他條件與近距模型相同。獨立平行離場運行與隔離運行都可在此跑道上實施。假設(shè)距離航站區(qū)較遠(yuǎn)的跑道用于降落，另一條跑道用于起飛。起、降之間互不影響，隔離運行，且起、降航班分別配備相應(yīng)的尾流間隔。在評估跑道容量時考慮跑道穿越。

其中，r為跑道上無航空器時，最后進近的航空器距離跑道入口的距離；AT（i）表示前機i的實際著陸時間；e為航空器距離間隔裕度，一般為1到2千米；AROT（i）為航空器i的跑道占用時間；AAST（ij）為航空器在連續(xù)到達(dá)時的五邊最小雷達(dá)尾流時間間隔；wij為前機i后機j連續(xù)到達(dá)時的雷達(dá)尾流安全間隔規(guī)定。

（三）跑道間距為遠(yuǎn)距，運行模式為起降混合

遠(yuǎn)距即兩條跑道中心線間距大于920m，其他條件與近距模型相同。通過查閱相關(guān)資料可知，相關(guān)平行儀表進近在此跑道構(gòu)型上是允許的。兩條跑道都為混合運行模式，模型中假設(shè)到達(dá)航班和起飛航班對跑道有同樣的優(yōu)先權(quán)。連續(xù)起飛或降落的航班若在同一條跑道上則須配備相應(yīng)的尾流間隔。同一跑道起降交替運行時，當(dāng)降落航班距離跑道入口小于等于7km時，起飛航班禁止從等待起飛位置滑出起飛。在兩條跑道同時降落的航班，進近過程中須保持6km以上的斜距間隔。

（四）跑道位于航站區(qū)的兩側(cè)，起降獨立運行模式

在此模型中兩條跑道中心線間距大約為1500m，航空器的起飛和降落均可以在兩跑道上進行。此跑道相當(dāng)于構(gòu)型兩條互不干擾的單跑道，航空器可做獨立平行儀表進近。若航空器一條跑道上連續(xù)起飛或降落，則須配備相應(yīng)的尾流間隔。同一跑道起降交替運行時，當(dāng)降落航班距離跑道入口小于等于7km時，起飛航班禁止從等待起飛位置滑出起飛。

五、總結(jié)

隨著航空運輸?shù)目焖侔l(fā)展，我國已成為世界上第二大航空運輸國，但是機場跑道容量遠(yuǎn)不能滿足需求，經(jīng)常造成航班延誤，機場運行效率低，所以我國多個機場在實施相應(yīng)的措施來提高機場的容量，主要包括修建多跑道、擴建機場和新建機場，以此來緩解日益增長的空中交通壓力。本文主要從平行跑道容量評估入手，考慮了近距、中距、遠(yuǎn)距平行跑道位于航站區(qū)同側(cè)和跑道位于航站區(qū)兩側(cè)四種構(gòu)型下的跑道容量，在進行跑道容量計算時考慮了跑道穿越的情況。（作者單位：中國民航大學(xué)）

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