CN107679667A - 一种终端区航线规划优先级分类方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种终端区航线规划优先级分类方法，包括依据航线规划原则，构建终端区航线规划优先级评价指标体系；根据优先级评价指标体系建立终端区航线规划优先级计算模型；对优先级计算模型进行求解，得出优先级分类结果，从而确定航线规划次序。本发明考虑了多种评价指标，能够提供足够的理论依据、分类更加明确，评价结果更具说服力，终端区航线网络规划更加合理。

Description

一种终端区航线规划优先级分类方法
技术领域
本发明涉及一种终端区航线规划优先级分类方法，属于航空航天技术领域。
背景技术
航线优先级分类是终端区航线网络规划的重要环节，实现航线规划次序优化有利于安全、高效、节能、环保的使用终端区空域资源。航线优先级分类是提供终端区航线网络规划的重要决策信息依据，目前的航线优先级分类存在主观因素偏重、分类模糊等问题，导致分类结果缺乏理论依据。随着空中交通量的迅猛增加和公众环保意识的日益增强，终端区航线规划设计应满足运行效率、资源利用、绿色环保等多方面要求，以促进民航可持续发展，保障地区性生态系统稳定。
国内外学者主要侧重于解决交通运行能力与服务水平，规划评价目标较为单一，仅考虑交通需求，评价指标存在数量较少、缺乏理论依据、分类模糊等不足，因而导致评价结果缺乏说服力。考虑终端区运行需求，同时满足航线规划原则和终端区管制运行规则，从效能、利用率和环保等多角度建立终端区航线规划优先级评价指标体系，其研究目前尚为空白，由于终端区航线网络规划不合理，所导致的航空器航班延误、飞行冲突、环境恶化等问题层出不穷。因此终端区航线规划优先级分类方法研究是亟需开展的重要研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种终端区航线规划优先级分类方法，解决现有技术中终端区航线网络规划不合理的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种终端区航线规划优先级分类方法，包括如下步骤：
依据航线规划原则，构建终端区航线规划优先级评价指标体系；
根据优先级评价指标体系建立终端区航线规划优先级计算模型；
对优先级计算模型进行求解，得出优先级分类结果，从而确定航线规划次序。
构建终端区航线规划优先级评价指标体系的具体方法如下：
明确终端区航线规划评价目标，选取评价结构；
分解评价目标为若干评价准则；
进一步细化评价准则为若干评价指标。
分解评价目标时需满足航线规划要求、运行需求、管制规则。
所述评价指标包括：关联机场服务等级、航线时间利用率、航线空间利用率、航线容量利用率、航线污染排放率、航线噪声持续级。
进一步细化评价准则为若干评价指标的具体方法如下：
读取评价航线关联机场的最大小时起降架次、年服务客运总量和飞行区等级等因素，计算关联机场服务等级；
根据航线走向和历史流量数据，预测评价航线的预计年服务航空器架次；
根据航线运行模式，将评价航线分为进场航线和离场航线；
读取终端区雷达管制数据，统计航班每周使用航线时间，计算航线时间利用率，
通过终端区航图度量，获取评价航线边界移交点与航线汇聚点间距，计算航线空间利用率；
通过机载飞行数据提取，获取评价航线边界的移交高度，计算航线容量利用率；
通过航班计划获取机型参数，进一步得到如下的飞行性能数据，计算航线污染排放率；
统计终端区历史飞行流量数据，计算航线噪声持续级。
所述关联机场服务等级的计算方法为：
式中，A为终端区机场集合，为航线r关联机场a的航空器架次比例，为航线r的关联机场a的服务等级，为航线r关联机场a的航空器架次，Nr航线r关联机场的航空器总架次，JN、JP、JL为机场服务等级系数，为最大小时起降架次，Pa为机场年服务旅客总量，La为机场飞行区等级。
所述航线时间利用率的计算方法为：
式中，Rtime为航线时间利用率，Tr为每周实际使用航线r的时间，Tweek为每周航线r的开放时间，F为每周航班集合，为航班f每周使用航线r的时间。
所述航线空间利用率的计算方法为：
Vr＝Dr*Kr*Hr
式中，Rroom为航线空间利用率，Vr为航线r占用终端区空间，VTMA为终端区开放空间，Dr为航线边界移交点与航线汇聚点间距，Kr为航线占用宽度，Hr为航线占用高度。
所述航线容量利用率的计算方法为：
Cr＝H′r|h
CTMA＝H′TMA|h*n
式中，Rcapacity为航线容量利用率，Cr为航线r容纳的航空器数量，CTMA为终端区容纳的航空器数量，H′r为航线r边界移交点高度，h为高度层间隔，H′TMA为终端区空域高度，n为航线数量。
所述航线污染排放率的计算方法为：
式中，为航线r污染物m的排放率，EIm为污染物m的排放指数，为航空器i在飞行阶段x下的燃油流率，分别为爬升、下降、平飞阶段的燃油流率，VT为航空器真空速；F为航空器发动机推力，和Cfcr分别为第一单位推力燃油消耗系数、第二单位推力燃油消耗系数、第一下降阶段燃油消耗系数、第二下降阶段燃油消耗系数和巡航燃油消耗因子；
所述航线噪声持续级的计算方法为：
NCr＝10·lg(N1+3·N2+10·N3)-C
式中，NCr为航线r的噪声持续级，N1为日间时段07:00～19:00的飞机数量，N2为傍晚时段19:00～23:00的飞机数量，N3为夜间时段23:00～07:00的飞机数量；C为基准常数。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、考虑了终端区运行需求，同时满足航线规划原则和终端区管制运行规则，搭建了塔式评价结构，从效能、利用率和环保等多角度建立了终端区航线规划优先级评价指标体系；
2、根据航线规划评价准则，细化出关联机场服务等级、航线年服务架次、航线运行模式、航线时间利用率、航线空间利用率、航线容量利用率、航线污染排放率、航线噪声持续级，考虑了多种评价指标，能够提供足够的理论依据、分类更加明确，评价结果更具说服力；
3、将终端区航线规划优先级作为评价目标，引入层次分析法，为航线规划设计、网络运行提供决策信息，终端区航线网络规划合理，弥补了国内外在终端区航线规划优先级分类技术研究上的空白。
附图说明
图1为本发明其中一种实施例的流程图；
图2为终端区航线规划优先级计算流程示意图；
图3为终端区航线规划评价体系结构；
图4为航线规划优先级分析梯阶层次；
图5为判断矩阵的标度比较值说明图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-2所示，一种终端区航线规划优先级分类方法，包括以下步骤：
步骤一、依据航线规划原则，构建终端区航线规划优先级评价指标体系；具体包括以下步骤：
(1.1)考虑评价目标与评价指标间的关系，选取适当的评价结构模型，具体包括：
优选地，考虑到终端区航线规划研究的涉及面较为广泛、内容复杂，评价指标考虑因素较多，因此，所述终端区航线规划评价结构为塔式结构；
(1.2)考虑航线规划要求、运行需求、管制规则，将评价目标划分为若干评价准则，具体划分依据包括：
优选地，除了满足DOC 8168中规定的飞行程序设计要求外，需同时考虑终端区的运行需求，最大程度利用终端区空域资源和减小对环境的影响，同时尽量物理上规避飞行冲突，因而终端区航线规划可从运行效能、空域利用、环境影响3大类评价准则来评价航线优先级。
(1.3)在航线规划评价准则基础上进一步细化出若干评价指标，具体包括：
(1.3.1)：读取评价航线关联机场的最大小时起降架次、年服务客运总量和飞行区等级等因素，计算关联机场服务等级，可表示为：
式中，A为终端区机场集合，为航线r关联机场a的航空器架次比例，为航线r的关联机场a的服务等级，为航线r关联机场a的航空器架次，Nr航线r关联机场的航空器总架次，JN、JP、JL分别为机场服务等级系数，JN优选0.01，JP优选0.001，JL优选1，为最大小时起降架次，Pa为机场年服务旅客总量，La为机场飞行区等级。
(1.3.2)：根据航线走向和历史流量数据，预测评价航线的预计年服务航空器架次；
(1.3.3)：根据航线运行模式，将评价航线分为进场航线和离场航线；
(1.3.4)：读取终端区雷达管制数据，统计航班每周使用航线时间，计算航线时间利用率，可表示为：
式中，Rtime为航线时间利用率，Tr为每周实际使用航线r的时间，Tweek为每周航线r的开放时间，优选为168小时，F为每周航班集合，为航班f每周使用航线r的时间。
(1.3.5)：通过终端区航图度量，获取评价航线边界移交点与航线汇聚点间距，计算航线空间利用率，可表示为：
Vr＝Dr*Kr*Hr
式中，Rroom为航线空间利用率，Vr为航线r占用终端区空间，VTMA为终端区开放空间，Dr为航线边界移交点与航线汇聚点间距，Kr为航线占用宽度，优选为1千米，Hr为航线占用高度，优选为300米。
(1.3.6)：通过机载飞行数据提取，获取评价航线边界的移交高度，计算航线容量利用率，可表示为：
Cr＝H′r|h
CTMA＝H′TMA|h*n
式中，Rcapacity为航线容量利用率，Cr为航线r容纳的航空器数量，CTMA为终端区容纳的航空器数量，H′r为航线r边界移交点高度；h为高度层间隔，优选为300米，H′TMA为终端区空域高度，n为航线数量。
(1.3.7)：通过航班计划获取机型参数，进一步得到如下的飞行性能数据，计算航线污染排放率，可表示为：
式中，为航线r污染物m的排放率，EIm为污染物m的排放指数，为航空器i在飞行阶段x下的燃油流率，分别为爬升、下降、平飞阶段的燃油流率，VT为航空器真空速；F为航空器发动机推力，和Cfcr分别为第一单位推力燃油消耗系数、第二单位推力燃油消耗系数、第一下降阶段燃油消耗系数、第二下降阶段燃油消耗系数和巡航燃油消耗因子。
(1.3.8)：统计终端区历史飞行流量数据，计算航线噪声持续级，可表示为：
NCr＝10·lg(N1+3·N2+10·N3)-C
式中，NCr为航线r的噪声持续级，N1为日间时段07:00～19:00的飞机数量，N2为傍晚时段19:00～23:00的飞机数量，N3为夜间时段23:00～07:00的飞机数量；C为基准常数，优选为39.4。
步骤二、建立终端区航线规划优先级计算模型，确定航线规划次序；具体包括以下步骤：
(2.1)依据步骤(1)中的终端区航线规划优先级评价指标体系，建立终端区航线规划优先级计算模型，具体包括：
(2.1.1)依据步骤(1.1)中的评价结构，建立阶梯层次结构计算模型；
优选地，所述航线规划优先级计算模型中，目标层为终端区航线规划优先级分析，指标层包括：关联机场服务等级、航线年服务架次、航线运行模式、航线时间利用率、航线空间利用率、航线容量利用率、航线污染排放率、航线噪声持续级，方案层为终端区规划航线；
(2.2)运用步骤(2.1)中的计算模型，选取层次分析法进行计算模型求解，确定终端区航线规划次序，具体包括以下步骤：
(2.2.1)：构造出各层次间的判断矩阵；
构造判断矩阵，是层次分析法的普遍存在的方法，固有步骤，通过计算各评价指标的量化表达，两两对比，可获取各指标对总目标的判断矩阵，贡献度大小标度如图5所示；
(2.2.2)：检验矩阵一致性；当CR＜0.10，则矩阵通过一致性检查，表明其中各元素的一致性符合要求；否则需要对矩阵一致性进行重新规划，之后再重新检验一致性；
计算一致性指标CI：
其中，n为指标层评价指标个数，λmax为矩阵的最大特征值。
计算一致性比例CR：
其中，RI是随机一致性指标，可通过评价指标个数查询表1获得；
表1
(2.2.3)：根据(2.2.1)中的判断矩阵，采用从下到上逐层计算，获取方案层对目标层的合成权重，即，方案层对目标的重要程度所占比例；依据各个方案的重要程度，得到方案对于总目标的重要性排序，进而获得航线排序结果，再对层次排序结果进行一致性检查；
其中，bi为指标层评价指标i的层次权重值，CIi为方案层对于评价指标i的一致性指标，RIi为相应的平均随机一致性指标。
本发明考虑终端区运行需求，同时满足航线规划原则和终端区管制运行规则，搭建塔式评价结构，从效能、利用率和环保等多角度建立终端区航线规划优先级评价指标体系；根据航线规划评价准则，细化出关联机场服务等级、航线年服务架次、航线运行模式、航线时间利用率、航线空间利用率、航线容量利用率、航线污染排放率、航线噪声持续级；在评价指标体系基础上，建立终端区航线规划优先级计算模型，确定航线规划次序，因此，本发明将终端区航线规划优先级作为评价目标，引入层次分析法，为航线规划设计、网络运行提供决策信息，且弥补了国内外在终端区航线规划优先级分类技术研究上的空白。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，包括如下步骤：
依据航线规划原则，构建终端区航线规划优先级评价指标体系；
根据优先级评价指标体系建立终端区航线规划优先级计算模型；
对优先级计算模型进行求解，得出优先级分类结果，从而确定航线规划次序。
2.根据权利要求1所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，构建终端区航线规划优先级评价指标体系的具体方法如下：
明确终端区航线规划评价目标，选取评价结构；
分解评价目标为若干评价准则；
进一步细化评价准则为若干评价指标。
3.根据权利要求2所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，分解评价目标时需满足航线规划要求、运行需求、管制规则。
4.根据权利要求2所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，所述评价指标包括：关联机场服务等级、航线时间利用率、航线空间利用率、航线容量利用率、航线污染排放率、航线噪声持续级。
5.根据权利要求2所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，进一步细化评价准则为若干评价指标的具体方法如下：
读取评价航线关联机场的最大小时起降架次、年服务客运总量和飞行区等级等因素，计算关联机场服务等级；
根据航线走向和历史流量数据，预测评价航线的预计年服务航空器架次；
根据航线运行模式，将评价航线分为进场航线和离场航线；
读取终端区雷达管制数据，统计航班每周使用航线时间，计算航线时间利用率，
通过终端区航图度量，获取评价航线边界移交点与航线汇聚点间距，计算航线空间利用率；
通过机载飞行数据提取，获取评价航线边界的移交高度，计算航线容量利用率；
通过航班计划获取机型参数，进一步得到如下的飞行性能数据，计算航线污染排放率；
统计终端区历史飞行流量数据，计算航线噪声持续级。
6.根据权利要求4或5所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，所述关联机场服务等级的计算方法为：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>&amp;lambda;</mi> <mi>r</mi> <mi>a</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>r</mi> <mi>a</mi> </msubsup> </mrow>
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式中，A为终端区机场集合，为航线r关联机场a的航空器架次比例，为航线r的关联机场a的服务等级，为航线r关联机场a的航空器架次，Nr航线r关联机场的航空器总架次，JN、JP、JL为机场服务等级系数，为最大小时起降架次，Pa为机场年服务旅客总量，La为机场飞行区等级。
7.根据权利要求4或5所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，所述航线时间利用率的计算方法为：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>r</mi> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>e</mi> <mi>e</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow>
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式中，Rtime为航线时间利用率，Tr为每周实际使用航线r的时间，Tweek为每周航线r的开放时间，F为每周航班集合，为航班f每周使用航线r的时间。
8.根据权利要求4或5所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，所述航线空间利用率的计算方法为：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>r</mi> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>M</mi> <mi>A</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow>
Vr＝Dr*Kr*Hr
式中，Rroom为航线空间利用率，Vr为航线r占用终端区空间，VTMA为终端区开放空间，Dr为航线边界移交点与航线汇聚点间距，Kr为航线占用宽度，Hr为航线占用高度。
9.根据权利要求4或5所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，所述航线容量利用率的计算方法为：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>a</mi> <mi>p</mi> <mi>a</mi> <mi>c</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mi>r</mi> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>M</mi> <mi>A</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow>
Cr＝H′r|h
CTMA＝H′TMA|h*n
式中，Rcapacity为航线容量利用率，Cr为航线r容纳的航空器数量，CTMA为终端区容纳的航空器数量，H′r为航线r边界移交点高度，h为高度层间隔，H′TMA为终端区空域高度，n为航线数量。
10.根据权利要求4或5所述的终端区航线规划优先级分类方法，其特征在于，所述航线污染排放率的计算方法为：
<mrow> <msubsup> <mi>ER</mi> <mi>r</mi> <mi>m</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>EI</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>FF</mi> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msubsup> </mrow>
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式中，为航线r污染物m的排放率，EIm为污染物m的排放指数，为航空器i在飞行阶段x下的燃油流率，分别为爬升、下降、平飞阶段的燃油流率，VT为航空器真空速；F为航空器发动机推力，和分别为第一单位推力燃油消耗系数、第二单位推力燃油消耗系数、第一下降阶段燃油消耗系数、第二下降阶段燃油消耗系数和巡航燃油消耗因子；
所述航线噪声持续级的计算方法为：
NCr＝10·lg(N1+3·N2+10·N3)-C
式中，NCr为航线r的噪声持续级，N1为日间时段07:00～19:00的飞机数量，N2为傍晚时段19:00～23:00的飞机数量，N3为夜间时段23:00～07:00的飞机数量；C为基准常数。
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