CN114973782A - 一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，包括如下步骤：第一步、计算航空器从机位滑行至跑道外等待区所需时间的平均值、标准差；第二步、计算航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内机场跑道服务能力的平均值和标准差；第三步、计算等待区内航空器数量的最小目标值；第四步、当等待区内航空器的实际数量小于最小目标值时，机坪管制员指挥航空器推出滑行至等待区；否则停止指挥航空器推出滑行。本发明方法确定的航空器地面滑行移交控制策略，既能避免跑道在某时段内处于闲置状态，同时又能规避过多的航空器在机坪积压，降低航空器地面滑行中碳排放。同时，可用于指导机场科学划设机坪管理移交区域。

Description

一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法
技术领域
本发明涉及一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法。
背景技术
以往在管制移交时航空器运行控制领域的研究主要体现在空域中扇区之间的移交，自2013年以来，国内学者陆续在航空器机坪运行管理移交领域开展相关研究。但是相关研究主要集中在场面运行优化、移交模式、机坪管制风险管理、移交过程的控制优化等运行安全方面的研究，关于移交方法的研究侧重于移交效率提升方面。而且，航空器机坪管制移交后，管制员指挥航空器推出滑行移交时缺乏智慧化方法提供决策支持，难以实现航班运行的精细化管理。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，包括如下步骤：
第一步、根据航空器地面滑行时间，计算航空器从机位滑行至跑道外等待区所需时间的平均值μT、标准差σT；
第二步、计算航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内机场跑道服务能力的平均值μRS和标准差σRS；
第三步、计算等待区内航空器数量的最小目标值P；
第四步、判断等待区内航空器的实际数量是否小于P：若是，则机坪管制员指挥航空器推出滑行至等待区；若否，则机坪管制员停止指挥航空器推出滑行；
第五步、返回第二步。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明在结合实际运行中跑道服务能力、航空器地面滑行时间的前提下，同时考虑了航空器开车、停产等不同状态下燃油消耗不同等因素，确定了以航空器从机位滑行至等待区这个时间内，等待区内航空器数量能确保跑道资源充分利用，并且该区域内等待的航空器数量最少为目标，构建等待区航空器数量控制模型，当等待区内航空器数量少于最小目标值时，要指挥航空器从机位滑行至等待区，进而实现航空器地面滑行移交的最优控制。以机坪管理移交后的某机场为例，验证了模型的适用性。
通过本发明方法确定的航空器地面滑行移交控制策略，可以用于解决机坪管理移交后航空器在机坪管制区域和塔台管制区域之间滑行移交的控制问题，能避免跑道在某时段内处于闲置状态，同时能规避过多的航空器在机坪积压，提高航空器在机场场面的运行效率；可以科学控制等待区内航空器数量，减少机场场面航空器滑行等待时间，进而降低航空器地面滑行中碳排放。同时，该方法还可用于指导机场科学划设机坪管理移交点或移交区域。
附图说明
本发明将参照附图的方式说明，其中：
图1机场跑滑结构和等待区示意图；
图2离港航空器地面管制指挥流程图；
图3低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法的执行图。
具体实施方式
一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，包括如下内容：
1、机坪管理移交后航空器地面滑行分析
如图1所示，航空器机坪管制移交后，其在地面部分区域内，包含机坪、机坪以外的部分滑行道等，具体取决于移交点或区域的划设，航空器在该区域的滑行由机坪管制负责。以离港航空器为例，空管塔台管制员发布放行许可后，将航空器移交给机坪管制员，机坪管制员给出推出、开车、滑行指令，航空器滑行至管制移交点后移交给空管塔台，空管塔台管制员指挥航空器继续滑行至跑道外，等待或进入跑道起飞，如图2所示。
初步调研发现，在新的管制运行模式下，为保证机坪区域交通顺畅，航班获得塔台放行许可后，机坪管制员通常指挥执行该航班任务的航空器推出、开车、滑行离开机坪，进入塔台管制区域，尽可能保障航空器在规定的地面滑行时间内起飞。但是，当某时段内机场航班起降架次较高时，该种管制思路容易造成运行效率低、资源浪费等现象，具体表现在：
(1)未同时考虑跑道服务水平和机坪运行状况。当机场起降航班量较大时，指挥航空器连续推出开车并滑向塔台管制区域，容易导致大量离港航空器在跑道外等待，严重时导致进、离港航班滑行冲突。而滑向塔台管制区的航空器之间间隔时间过长时，会导致航空器在机坪积压，给机坪运行安全带来压力，跑道闲置，在一定程度上降低了跑道使用效率。
(2)不符合“绿色机场”理念。航空器开车状态在跑道外等待，较在机坪停车状态下等待，造成航油浪费与环境污染。
2、等待区航空器数量控制模型构建
2.1模型原理
航空器机坪管理移交后，机场场面会划设机坪管制与空管塔台管制之间的移交点，移交点与航空器进跑道前在跑道外等待的位置之间有一块区域，本发明中称为等待区。对于离港的航空器，当移交后，航空器均在等待区等待进跑道，即该等待区内会同时存在多架航空器等待起飞。等待区内航空器数量应尽可能保证其他离港航空器从机位滑行至等待区这个时段内，跑道资源充分使用，避免该时段跑道资源闲置，同时又能保证等待区内航空器数量最少，确保等待区域低碳运行。当等待区内航空器数量少于最小目标值时，要指挥航空器从机位滑行至等待区，进而实现航空器地面滑行移交的最优控制。
2.2模型构建
等待区内航空器数量覆盖k倍的∑SR的标准差，能满足确保跑道资源充分利用，并且等待区内等待的航空器数量最少目标要求。∑SR为航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内跑道服务能力的总量。
目标函数：
Figure BDA0003639813670000041
式中，P为等待区航空器数量，是最小目标值；k为一定的跑道服务水平满足率下的安全系数；σRS为航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内跑道服务能力的标准差；μT为航空器从机位滑行至跑道外等待区所需时间的平均值；μRS为航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内跑道服务能力的平均值；σT为航空器从机位滑行至跑道外等待区所需时间的标准差。
航空器从机位滑行至跑道外等待区所需时间T服从参数μT和σT的正态分布，即
Figure BDA0003639813670000042
航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内跑道服务能力SR服从参数μRS和σRS的正态分布，即
Figure BDA0003639813670000043
式中，SR为航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内跑道服务能力。
一定的跑道服务水平下的安全系数k应满足与跑道服务水平满足率呈正态分布的对应关系，可查表获得，也可通过下面的函数计算获得
k＝NORMSINV(SL) (4)
式中，NORMSINV()为Excel中的函数；SL为跑道服务水平，为实际的跑道服务能力与机场的跑道服务能力最大值之比。
根据上述分析，得出低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法的执行图，如图3所示，具体包括如下步骤：
第一步、根据航空器地面滑行时间，计算航空器从机位滑行至跑道外等待区所需时间的平均值μT、标准差σT；
第二步、判断机场跑道服务能力是否固定：若固定，则σRS值为0，转第四步；若不固定，转第三步；
第三步、统计跑道服务能力，计算航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内跑道服务能力的平均值μRS、标准差σRS；
第四步、确定一定的跑道服务水平满足率下的安全系数k；
第五步、计算等待区航空器数量P；
第六步、判断等待区内航空器的实际数量是否等于P：若是，则机坪管制员停止指挥航空器推出滑行；若小于P，则机坪管制员指挥航空器推出滑行至等待区；
第七步、更新跑道服务能力，返回第二步。
3、本发明的工作原理是：
本发明以航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内，等待区内航空器数量能确保跑道资源充分利用，并且该区域内等待的航空器数量最少为目标，构建等待区航空器数量控制模型，当等待区内航空器数量少于最小目标值时，要指挥航空器从机位滑行至等待区，进而实现航空器地面滑行移交的最优控制；该方法还可用于指导机场科学划设机坪管理移交点。
本发明在分析航空器在机场场面不同区域的运行状态和不同运行状态下燃油消耗情况的前提下，提出了通过减少等待区内航空器数量，来减少机场场面航空器滑行等待时间，进而降低航空器滑行等待状态的碳排放的思路，确定了实现等待区内低碳运行的航空器最少数量目标。
本发明基于对航空器在机场机位与跑道之间运行的关联性和后效影响分析，确定了通过维续等待区内航空器数量，避免跑道在某时段内处于闲置状态，造成跑道资源浪费的思路。
本发明提出了当等待区内航空器数量减少时，管制员应指挥航空器从机位推出开车滑行至等待区，确保等待区航空器数量满足最小目标要求的航空器地面滑行移交的控制方法。
本发明确定了一种机场科学划设机坪管理移交点的方法，即当管制移交点与跑道外等待点之间不能够容纳本发明确定的等待区内航空器的数量时，需要调整移交点位置，以满足要求。

Claims (8)

1.一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步、根据航空器地面滑行时间，计算航空器从机位滑行至跑道外等待区所需时间的平均值μT、标准差σT；
第二步、计算航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内机场跑道服务能力的平均值μRS和标准差σRS；
第三步、计算等待区内航空器数量的最小目标值P；
第四步、判断等待区内航空器的实际数量是否小于P：若是，则机坪管制员指挥航空器推出滑行至等待区；若否，则机坪管制员停止指挥航空器推出滑行；
第五步、返回第二步。
2.根据权利要求1所述的一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，其特征在于：按如下公式计算等待区内航空器数量的最小目标值P：
Figure FDA0003639813660000011
式中，k为一定的跑道服务水平满足率下的安全系数。
3.根据权利要求2所述的一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，其特征在于：k满足与跑道服务水平满足率呈正态分布的对应关系。
4.根据权利要求2所述的一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，其特征在于：k通过Excel中的如下函数计算得到：
k＝NORMSINV(SL)
式中，SL为跑道服务水平。
5.根据权利要求4所述的一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，其特征在于：SL等于实际的跑道服务能力与机场的跑道服务能力最大值的比值。
6.根据权利要求1所述的一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，其特征在于：当机场跑道服务能力固定时，σRS的值为0。
7.根据权利要求1所述的一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，其特征在于：航空器从机位滑行至跑道外等待区所需时间T服从参数μT和σT的正态分布：
Figure FDA0003639813660000021
8.根据权利要求1所述的一种低碳运行的航空器地面滑行移交辅助控制方法，其特征在于：航空器从机位滑行至跑道外等待区这个时间内跑道服务能力SR服从参数μRS和σRS的正态分布：
Figure FDA0003639813660000022
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