CN106469349A - 一种多跑道系统航班容量的数学模型评估方法 - Google Patents

一种多跑道系统航班容量的数学模型评估方法 Download PDF

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Abstract

一种多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，包括以下步骤：确定跑道构型及允许运行模式；进行基本前提假设；进行运行模式参数设置；确定交通需求状况；计算得到两两航空器连续进近航班最小时间间隔、连续离场航班最小时间间隔、先进近后离场最小时间间隔和先离场后进近最小时间间隔；针对各跑道安排起降航班；获得全部航班队列整个运行情况；得到各跑道总航班容量。本发明能够非常方便地计算得到多跑道系统容量。

Description

一种多跑道系统航班容量的数学模型评估方法
技术领域
本发明涉及一种数学模型评估方法，特别是一种多跑道系统航班容量的数学模型评估方法。
背景技术
“十二五”以来，随着我国航空运输市场的持续快速发展，国内主要机场在基础设施建设和运营方面受到土地、空域等资源的制约作用越来越明显。大型机场的航空需求和航空资源间的矛盾日趋尖锐，已经影响到这些地区和航空运输服务的持续健康发展。
对航空运输系统的容量实施评估是世界航空运输发达国家提高航空资源使用效率的普遍手段。通过评估机场及空域的航空容量来识别其航空服务的瓶颈环节和制约因素，找到提高航空服务能力和资源利用效率的具体办法，对促进民航运输持续健康发展意义重大。
目前，国内外主要采用计算机仿真工具来评估机场及空域的运行容量。其原理是建立尽可能逼近现实场景的计算机仿真模型，然后不断增大模型的输入参数——航班流量，直到仿真的航班平均延误时间已经达到给定值，这个值通常代表了机场所能接受的最高延误水平。
但计算机仿真因隐含“超级管制员”而与实际情况存在较大差距，评估结果不理想。
发明内容
本发明提供了一种多跑道系统航班容量的数学模型评估方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，包括以下步骤：
(a)确定跑道构型及允许运行模式，其中，确定跑道构型包括确定跑道数量N、长度及相对位置，确定允许运行模式包括确定同一跑道及平行跑道采取同一方向运行前提下的运行方向；
(b)进行基本前提假设，包括假设周边军用机场活动不影响跑道系统效能，假设复飞航迹及复飞航班不影响跑道系统效能，假设地面运行效率不构成容量瓶颈；
(c)进行运行模式参数设置，包括对航班架次计量、雷达间隔、尾流间隔、进近飞行、着陆速度、跑道占用时间和跑道截获距离进行设置；
(d)确定交通需求状况，具体为选取某一日实际航班时刻表，得到全部航班M的队列，其中到达航班架次M1，起飞架次M2；航空器类型为重型机架次Mz，航空器类型为大中型机架次Md，将队列按照ETA/ETD进行排序，得到航班进离场序列；
(e)将前N个航班均设定为进场航班，并设定在零时刻，依次由跑道1、跑道2直至跑道N对应的FAF点开始进近；
(f)针对航空器不同起降类型分类计算得到两两航空器连续进近航班最小时间间隔、连续离场航班最小时间间隔、先进近后离场最小时间间隔和先离场后进近最小时间间隔；
(g)针对各跑道安排起降航班，先假定跑道给定，然后计算要安排的航空器所应保持的最小时间间隔，计算得到对应的绝对起飞(或降落)时刻，然后换一条跑道重新计算，得到安排在该跑道时的绝对起飞(或降落)时刻，如此继续，直到所有可能的跑道都计算一遍，将起降航班安排到绝对起飞(或降落)时刻中最小的跑道；
(h)根据步骤(g)的计算方法，获得全部航班队列整个运行情况，包括总运行时间S、每一小时段内各跑道上完成的架次数量、每一小时段内各跑道起飞/降落架次数量、每一小时段内各跑道上航空器各机型数量；
(i)根据R＝N/S，得到各跑道总航班容量R。
在上述多跑道系统航班容量的数学模型评估方法中，所述跑道数量N为3，分别为跑道1、跑道2和跑道3，三个跑道为平行跑道，均为南北走向，长度均为3600米，具体构型为：跑道1和跑道2及跑道2和跑道3中心线相距均为1525米，跑道2北端与跑道1南端向南错开1040米，跑道3和跑道2南北两端平齐；跑道1、跑道2和跑道3运行模式均为向北运行。
在上述多跑道系统航班容量的数学模型评估方法中，将航空器脱离跑道的时刻作为统计航班数量的时点，即进场航班滑行偏出跑道时、离场航班滑跑抬轮时，计算为一架次；在同一起落航线上，连续进近航空器的最小雷达间隔为6公里，即前机在FAF点时与后机保持6公里纵向雷达间隔；连续进近尾流间隔距离为4公里、连续放飞间隔时间为2分钟。
在上述多跑道系统航班容量的数学模型评估方法中，在FAF点处，重型机进近飞行速度为350公里/小时，大中型机进近飞行速度为300公里/小时；重型机着陆速度为270公里/小时，大中型机着陆速度为240公里/小时。
在上述多跑道系统航班容量的数学模型评估方法中，跑道占用时间包括降落滑行时间、起飞准备及滑跑时间，重型机降落滑行时间设定为50秒，起飞准备及滑跑时间设定为60秒；大中型机降落滑行时间为45秒，起飞准备及滑跑时间设定为55秒。
在上述多跑道系统航班容量的数学模型评估方法中，机场02L及20R跑道截获距离为10km。截获距离，指飞机在降落到跑道前的最后一段无转向飞行距离；飞机在进近过程中，不断调整高度、速度、航向，最终机头对正跑道，进行最后一个阶段的飞行，这个阶段航向不变，高度和速度平缓减小，以实现平稳着陆。
在上述多跑道系统航班容量的数学模型评估方法中，全部航班数量M为530个，其中到达航班架次M1为265个，起飞架次M2为265个；航空器类型为重型机架次Mz为64架次，航空器类型为大中型机架次Md为466架次。
在上述多跑道系统航班容量的数学模型评估方法中，确定连续离场航班最小时间间隔时按两种情况考虑，同一跑道按120秒处理，不同跑道按0秒处理；确定先进近后离场最小时间间隔时，在先降落后起飞情况下，对于采用跑道1降落而采用跑道2起飞的情形，则在航班纵向交汇点，即距跑道2起飞航空器抬轮点，距跑道1南端约2000米处，增加90秒的尾流间隔要求，并由此计算的两航空器最小时间间隔；确定先离场后进近最小时间间隔时，在先起飞后降落情况下，对于采用跑道2起飞而采用跑道1降落的情形，则在航班纵向交汇点，即距跑道2起飞航空器抬轮点，距跑道2南端约2000米处，增加90秒的尾流间隔要求，并由此计算的两航空器最小时间间隔。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
①本发明提供的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，由于是基于明确直观的物理原理，即，当跑道系统资源由航空器无间隙使用时，其航班流量达到了多跑道系统容量，因此，本发明有清晰的应用范围边界。
②本发明提供的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，由于给出了多跑道系统构型特征、跑道资源使用规则以及进离港航空器队列的描述步骤，因此，本发明能够对实践中类似问题的特征进行提炼，并加以有效指导。
③本发明提供的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，由于对按照②描述步骤得到的问题特征信息，提供了具体的计算和处理方法，因此，本发明能够非常方便地计算得到多跑道系统容量。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
所述多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，包括以下步骤：
(a)确定跑道构型及允许运行模式，其中，确定跑道构型包括确定跑道数量N、长度及相对位置，确定允许运行模式包括确定同一跑道及平行跑道采取同一方向运行前提下的运行方向；
(b)进行基本前提假设，包括假设周边军用机场活动不影响跑道系统效能，假设复飞航迹及复飞航班不影响跑道系统效能，假设地面运行效率不构成容量瓶颈；
(c)进行运行模式参数设置，包括对航班架次计量、雷达间隔、尾流间隔、进近飞行、着陆速度、跑道占用时间和跑道截获距离进行设置；
(d)确定交通需求状况，具体为选取某一日实际航班时刻表，得到全部航班M的队列，其中到达航班架次M1，起飞架次M2；航空器类型为重型机架次Mz，航空器类型为大中型机架次Md，将队列按照ETA/ETD进行排序，得到航班进离场序列；
(e)将前N个航班均设定为进场航班，并设定在零时刻，依次由跑道1、跑道2直至跑道N对应的FAF点开始进近；
(f)针对航空器不同起降类型分类计算得到两两航空器连续进近航班最小时间间隔、连续离场航班最小时间间隔、先进近后离场最小时间间隔和先离场后进近最小时间间隔；
(g)针对各跑道安排起降航班，先假定跑道给定，然后计算要安排的航空器所应保持的最小时间间隔，计算得到对应的绝对起飞(或降落)时刻，然后换一条跑道重新计算，得到安排在该跑道时的绝对起飞(或降落)时刻，如此继续，直到所有可能的跑道都计算一遍，将起降航班安排到绝对起飞(或降落)时刻中最小的跑道；
(h)根据步骤(g)的计算方法，获得全部航班队列整个运行情况，包括总运行时间S、每一小时段内各跑道上完成的架次数量、每一小时段内各跑道起飞/降落架次数量、每一小时段内各跑道上航空器各机型数量；
(i)根据R＝N/S，得到各跑道总航班容量R。
在本实施例中，所述跑道数量N为3，分别为跑道1、跑道2和跑道3，三个跑道为平行跑道，均为南北走向，长度均为3600米，具体构型为：跑道1和跑道2及跑道2和跑道3中心线相距均为1525米，跑道2北端与跑道1南端向南错开1040米，跑道3和跑道2南北两端平齐；跑道1、跑道2和跑道3运行模式均为向北运行。
在本实施例中，将航空器脱离跑道的时刻作为统计航班数量的时点，即进场航班滑行偏出跑道时、离场航班滑跑抬轮时，计算为一架次；在同一起落航线上，连续进近航空器的最小雷达间隔为6公里，即前机在FAF点时与后机保持6公里纵向雷达间隔；连续进近尾流间隔距离为4公里、连续放飞间隔时间为2分钟。
在本实施例中，在FAF点处，重型机进近飞行速度为350公里/小时，大中型机进近飞行速度为300公里/小时；重型机着陆速度为270公里/小时，大中型机着陆速度为240公里/小时。
在本实施例中，跑道占用时间包括降落滑行时间、起飞准备及滑跑时间，重型机降落滑行时间设定为50秒，起飞准备及滑跑时间设定为60秒；大中型机降落滑行时间为45秒，起飞准备及滑跑时间设定为55秒。
在本实施例中，机场02L及20R跑道截获距离为10km。
在本实施例中，全部航班数量M为530个，其中到达航班架次M1为265个，起飞架次M2为265个；航空器类型为重型机架次Mz为64架次，航空器类型为大中型机架次Md为466架次。
在本实施例中，确定连续离场航班最小时间间隔时按两种情况考虑，同一跑道按120秒处理，不同跑道按0秒处理；确定先进近后离场最小时间间隔时，在先降落后起飞情况下，对于采用跑道1降落而采用跑道2起飞的情形，则在航班纵向交汇点，即距跑道2起飞航空器抬轮点，距跑道2南端约2000米处，增加90秒的尾流间隔要求，并由此计算的两航空器最小时间间隔；确定先离场后进近最小时间间隔时，在先起飞后降落情况下，对于采用跑道2起飞而采用跑道1降落的情形，则在航班纵向交汇点，即距跑道2起飞航空器抬轮点，距跑道1南端约2000米处，增加90秒的尾流间隔要求，并由此计算的两航空器最小时间间隔。
根据本实施例中给定参数的数学模型，可以确定530个航班在三条跑道上完成起飞和降落共用时4.88小时，据此可以计算得到机场三跑道整体容量为：530/4.88＝109架/小时。同时根据本实施例中给定参数的数学模型，还可以确定各运行时段三条跑道上完成架次、各运行时段三条跑道上完成的起飞和降落架次和各运行时段三条跑道上完成的重型机和大中型机的架次，分别如下表所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)确定跑道构型及允许运行模式，其中，确定跑道构型包括确定跑道数量N、长度及相对位置，确定允许运行模式包括确定同一跑道及平行跑道采取同一方向运行前提下的运行方向；
(b)进行基本前提假设，包括假设周边军用机场活动不影响跑道系统效能，假设复飞航迹及复飞航班不影响跑道系统效能，假设地面运行效率不构成容量瓶颈；
(c)进行运行模式参数设置，包括对航班架次计量、雷达间隔、尾流间隔、进近飞行、着陆速度、跑道占用时间和跑道截获距离进行设置；
(d)确定交通需求状况，具体为选取某一日实际航班时刻表，得到全部航班M的队列，其中到达航班架次M1，起飞架次M2；航空器类型为重型机架次Mz，航空器类型为大中型机架次Md，将队列按照ETA/ETD进行排序，得到航班进离场序列；
(e)将前N个航班均设定为进场航班，并设定在零时刻，依次由跑道1、跑道2直至跑道N对应的FAF点开始进近；
(f)针对航空器不同起降类型分类计算得到两两航空器连续进近航班最小时间间隔、连续离场航班最小时间间隔、先进近后离场最小时间间隔和先离场后进近最小时间间隔；
(g)针对各跑道安排起降航班，先假定跑道给定，然后计算要安排的航空器所应保持的最小时间间隔，计算得到对应的绝对起飞(或降落)时刻，然后换一条跑道重新计算，得到安排在该跑道时的绝对起飞(或降落)时刻，如此继续，直到所有可能的跑道都计算一遍，将起降航班安排到绝对起飞(或降落)时刻中最小的跑道；
(h)根据步骤(g)的计算方法，获得全部航班队列整个运行情况，包括总运行时间S、每一小时段内各跑道上完成的架次数量、每一小时段内各跑道起飞/降落架次数量、每一小时段内各跑道上航空器各机型数量；
(i)根据R＝N/S，得到各跑道总航班容量R。
2.根据权利要求书1所述的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，其特征在于：所述跑道数量N为3，分别为跑道1、跑道2和跑道3，三个跑道为平行跑道，均为南北走向，长度均为3600米，具体构型为：跑道1和跑道2及跑道2和跑道3中心线相距均为1525米，跑道2北端与跑道1南端向南错开1040米，跑道3和跑道2南北两端平齐；
跑道1、跑道2和跑道3运行模式均为向北运行。
3.根据权利要求书2所述的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，其特征在于：将航空器脱离跑道的时刻作为统计航班数量的时点，即进场航班滑行偏出跑道时、离场航班滑跑抬轮时，计算为一架次；在同一起落航线上，连续进近航空器的最小雷达间隔为6公里，即前机在FAF点时与后机保持6公里纵向雷达间隔；连续进近尾流间隔距离为4公里、连续放飞间隔时间为2分钟。
4.根据权利要求书2或3所述的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，其特征在于：在FAF点处，重型机进近飞行速度为350公里/小时，大中型机进近飞行速度为300公里/小时；重型机着陆速度为270公里/小时，大中型机着陆速度为240公里/小时。
5.根据权利要求书2-4任一所述的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，其特征在于：跑道占用时间包括降落滑行时间、起飞准备及滑跑时间，重型机降落滑行时间设定为50秒，起飞准备及滑跑时间设定为60秒；大中型机降落滑行时间为45秒，起飞准备及滑跑时间设定为55秒。
6.根据权利要求书2-5任一所述的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，其特征在于：机场02L及20R跑道截获距离为10km。
7.根据权利要求书2-6任一所述的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，其特征在于：全部航班数量M为530个，其中到达航班架次M1为265个，起飞架次M2为265个；航空器类型为重型机架次Mz为64架次，航空器类型为大中型机架次Md为466架次。
8.根据权利要求书2-7任一所述的多跑道系统航班容量的数学模型评估方法，其特征在于：
确定连续离场航班最小时间间隔时按两种情况考虑，同一跑道按120秒处理，不同跑道按0秒处理；
确定先进近后离场最小时间间隔时，在先降落后起飞情况下，对于采用跑道1降落而采用跑道2起飞的情形，则在航班纵向交汇点，即距跑道2起飞航空器抬轮点，距跑道1南端约2000米处，增加90秒的尾流间隔要求，并由此计算的两航空器最小时间间隔；
确定先离场后进近最小时间间隔时，在先起飞后降落情况下，对于采用跑道2起飞而采用跑道1降落的情形，则在航班纵向交汇点，即距跑道2起飞航空器抬轮点，距跑道2南端约2000米处，增加90秒的尾流间隔要求，并由此计算的两航空器最小时间间隔。
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