CN115116274B - 一种机场集群结构划设的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机场集群结构划设的方法，包括如下步骤：首先确定主要机场和次要机场，其次确定机场集群和每个机场集群中包含的主要机场，然后确定每个机场集群中包含的次要机场，之后确定每个机场集群内部的主要机场和次要机场的过渡区范围，最后划设机场集群过渡区。本发明为机场集群中的进离场航班提供了高空快速航路与机场终端区之间的过渡区，在其内部可以完成航空器的飞行冲突调配。本发明节约了航空器在高空快速航路上的运行时间，使高空快速航路运行更高效、安全。

Description

一种机场集群结构划设的方法
技术领域
本发明涉及机场集群划设，特别涉及一种机场集群结构划设的方法。
背景技术
民航运输业快速发展，空中交通流量不断增大，航路航线越发拥堵。机场集群结构划设为机场集群中的进离场航班提供了高空快速航路与机场终端区之间的过渡区。在过渡区内，脱离高空快速航路的航空器能够下降到规定的高度进入机场终端区边界，离场航空器通过终端区离港点能够上升到规定的高度进入高空快速航路。过渡区内还可以完成各种飞行冲突调配。过渡区可以节约航空器在高空快速航路的运行时间，提高高空快速航路的运行效率，增强航空运输业的竞争力。该方法将有力地支撑高空快速航路运行的实施。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种高效、安全的机场集群结构划设的方法。
技术方案：本发明提供的所述的机场集群结构划设的方法，包括如下步骤：
步骤1：确定主要机场和次要机场；
步骤2：确定机场集群和每个机场集群包含的主要机场；
步骤3：确定每个机场集群包含的次要机场；
步骤4：确定每个机场集群中包含的主要机场和次要机场的过渡区范围；
步骤5：划设机场集群过渡区。
进一步地，所述步骤2的方法：确定机场集群和每个机场集群包含的主要机场：采用OPTICS聚类方法对步骤1中确定的全中国主要机场进行聚类，根据最后生成的表示全中国主要机场的簇序-可达距离坐标系选择半径值ε。
进一步地，所述半径值ε的选择应满足以下条件：
(1)ε≥50km，即每个机场集群范围应该大于以该主要机场的VOR/DME台为圆心，50km为半径的范围。
(2)应使聚类的结果中包含的最大点数不大于4，即每个机场集群中包含的主要机场个数不大于4。
按照(1)和(2)条件进行聚类，得到所有机场集群及每个机场集群包含的主要机场。
进一步地，所述步骤3的方法：确定每个机场集群中包含的次要机场：首先计算每个机场集群的节点，然后确定各机场集群包含的次要机场。当机场集群中只有一个主要机场时，以该主要机场的VOR/DME为圆心，半径80km范围作为该机场集群影响范围，此范围内的次要机场划分到该机场集群中，成为该机场集群的次要机场；当机场集群中主要机场数量≥2时，以该机场集群节点为圆心，半径150km范围作为该机场集群影响范围，该范围内的次要机场划分到该机场集群中，成为该机场集群的次要机场。
进一步地，所述步骤4的方法：确定每个机场集群中包含的主要机场和次要机场的过渡区边界。主要机场和次要机场的终端区边界与过渡区边界之间的空域为过渡区范围。
确定每个机场集群中包含的主要机场和次要机场的过渡区边界，过程如下所述：
(1)机场过渡区范围应大于该机场的终端区范围，且机场过渡区边界到机场终端区进离港点之间的距离需要满足所有航空器上升/下降高度时所需的水平距离。因此，令r1≥max(di)+max(lj)，di为机场到其终端区边界的距离，lj为航空器上升/下降高度的水平距离，航空器上升/下降的高度由高空快速航路高度和机场进离港点高度之差确定。
(2)过渡区内的航线会出现交叉汇聚点。为解决该情况的飞行冲突，会有一段平飞距离，因此机场过渡区范围需要扩大距离r2，能够满足航空器在该情况下的平飞距离要求。
(3)如果过渡区内有平行航线情况，机场过渡区范围需要扩大距离r3，使得过渡区内的航空器平行航线运行顺畅。
(4)若机场航班量较大且过渡航线结构复杂的机场，则该机场过渡区范围可以根据实际情况向外扩大距离r4。
(5)机场过渡区范围过大不仅增加航空器在过渡区内的运行时间，也会对该机场集群的周边机场运行产生影响，因此，规定机场过渡区范围R≤200km。
(6)综上所述，机场过渡区范围边界半径R满足：r1+r2+r3+r4≤R≤200km。最后根据综合考量各机场终端区实际条件确定R的值。
(7)划设机场集群各主要机场和次要机场过渡区边界，以机场集群中各主要机场和次要机场的VOR/DME位置为圆心，R为半径分别作圆，即为该机场集群各主要机场和次要机场的过渡区边界。
进一步地，所述步骤5的方法：划设机场集群过渡区：
(1)对于只有一个主要机场的单机场的机场集群，该主要机场的机场过渡区边界即为该机场集群过渡区边界。
(2)对于多机场的机场集群，根据步骤4中得到的机场集群内各主要机场和次要机场的过渡区边界，作相邻机场过渡区边界的切线，将相邻机场过渡区边界连接起来，即为该机场集群的边界。该机场集群内各主要机场和次要机场终端区边界与机场集群边界之间的空域即为该机场集群的过渡区。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：为机场集群中的进离场航班提供了高空快速航路与机场终端区之间的过渡区，在其内部可以完成航空器的飞行冲突调配。本发明节约了航空器在高空快速航路上的运行时间，使高空快速航路运行更高效、安全。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为交叉汇聚点建议高度；
图3为规划平行航路；
图4为机场集群中各机场的机场过渡区范围边界；
图5为机场集群结构划设边界。
具体实施方式
本实施例的机场集群结构划设方法，具体步骤如下：
步骤1：确定全中国主要机场和全中国次要机场；
确定全中国主要机场：将近三年旅客流量均达到20,000,000人次以上、商业运输年飞行架次均达到160,000以上的机场确定为主要机场。
确定全中国次要机场：因为2019年全中国排名前64个机场的起降架次可以达到全中国总量的85％，因此将起降架次达到全中国总量的85％的前n个机场中的非主要机场确定为次要机场。
步骤2：确定机场集群和每个机场集群包含的主要机场：
确定机场集群和每个机场集群包含的主要机场：采用OPTICS聚类方法对步骤1中确定的全中国主要机场进行聚类，根据最后生成的表示全中国主要机场的簇序-可达距离坐标系选择半径值ε，半径值ε的选择应满足以下条件：
(1)ε≥50km，即每个机场集群范围应该大于以该主要机场的VOR/DME台为圆心，50km为半径的范围。
(2)应使聚类的结果中包含的最大点数不大于4，即每个机场集群中包含的主要机场个数不大于4。
按照(1)和(2)条件进行聚类，得到所有机场集群及每个机场集群包含的主要机场。
步骤3：确定每个机场集群中包含的次要机场：
(1)计算机场集群节点，将每个机场集群的各主要机场的VOR/DME台的地理位置的中心作为集群节点：
对于只包括一个主要机场gk的机场集群，其集群节点为：
对于包括两个或两个以上的主要机场的机场集群，其集群节点为：
其中：lo、la分别为该机场集群节点的经度、纬度，loi(i＝1，2，3，4)、lai(i＝1，2，3，4)分别为是该机场集群包含的主要机场的VOR/DME台的经度、纬度。
(2)确定各机场集群包含的次要机场。当机场集群中只有一个主要机场时，以该主要机场的VOR/DME为圆心，半径80km范围作为该机场集群影响范围，此范围内的全中国次要机场划分到该机场集群中，成为该机场集群的次要机场；当机场集群中主要机场数量≥2时，以该机场集群节点为圆心，半径150km范围作为该机场集群影响范围，该范围内的全中国次要机场划分到该机场集群中，成为该机场集群的次要机场。
步骤4：确定每个机场集群中包含的主要机场和次要机场的过渡区边界。主要机场和次要机场的终端区边界与过渡区边界之间的空域为过渡区范围。
确定每个机场集群中包含的主要机场和次要机场的过渡区边界，过程如下所述：
(1)机场过渡区范围应大于该机场的终端区范围，且机场过渡区边界到机场终端区进离港点之间的距离需要满足所有航空器上升/下降高度时所需的水平距离。因此，令r1≥max(di)+max(lj)，di为机场到其终端区边界的距离，lj为航空器上升/下降高度的水平距离，航空器上升/下降的高度由高空快速航路高度和机场进离港点高度之差确定。
(2)过渡区内的航线会出现交叉汇聚点。为解决该情况的飞行冲突，会有一段平飞距离，因此机场过渡区范围需要扩大距离r2，能够满足航空器在该情况下的平飞距离要求。
(3)如果过渡区内有平行航线情况，机场过渡区范围需要扩大距离r3，使得过渡区内的航空器平行航线运行顺畅。
(4)若机场航班量较大且过渡航线结构复杂的机场，则该机场过渡区范围可以根据实际情况向外扩大距离r4。
(5)机场过渡区范围过大不仅增加航空器在过渡区内的运行时间，也会对该机场集群的周边机场运行产生影响，因此，规定机场过渡区范围R≤200km。
(6)综上所述，机场过渡区范围边界半径R满足：r1+r2+r3+r4≤R≤200km。最后根据综合考量各机场终端区实际条件确定R的值。
划设机场集群各主要机场和次要机场过渡区边界，以机场集群中各主要机场和次要机场的VOR/DME位置为圆心，R为半径分别作圆，即为该机场集群各主要机场和次要机场的过渡区边界。
步骤5：划设机场集群过渡区：
(1)对于只有一个主要机场的单机场的机场集群，该主要机场的机场过渡区边界即为该机场集群过渡区边界。
(2)对于多机场的机场集群，根据步骤4中得到的机场集群内各主要机场和次要机场的过渡区边界，作相邻机场过渡区边界的切线，将相邻机场过渡区边界连接起来，即为该机场集群的边界。该机场集群内各主要机场和次要机场终端区边界与机场集群边界之间的空域即为该机场集群的过渡区。

Claims (1)

1.一种机场集群结构划设的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：确定主要机场和次要机场；
步骤2：确定机场集群和每个机场集群包含的主要机场；所述步骤2中确定方法：采用OPTICS聚类方法对步骤1中确定的主要机场进行聚类，根据最后生成的表示主要机场的簇序-可达距离坐标系选择半径值ε，半径值ε的选择满足以下条件：
(1)ε≥50km，即每个机场集群范围应该大于以该主要机场的VOR/DME台为圆心，50km为半径的范围；
(2)应使聚类的结果中包含的最大点数不大于4，即每个机场集群中包含的主要机场个数不大于4；
(3)按照(1)和(2)条件进行聚类，得到所有机场集群及每个机场集群包含的主要机场；
步骤3：确定每个机场集群包含的次要机场；所述步骤3的确定方法：首先计算每个机场集群的节点，然后确定各机场集群包含的次要机场，当机场集群中只有一个主要机场时，以该主要机场的VOR/DME为圆心，半径80km范围作为该机场集群影响范围，此范围内的次要机场划分到该机场集群中，成为该机场集群的次要机场；当机场集群中主要机场数量≥2时，以该机场集群节点为圆心，半径150km范围作为该机场集群影响范围，该范围内的全中国次要机场划分到该机场集群中，成为该机场集群的次要机场；
步骤4：确定每个机场集群中包含的主要机场和次要机场的过渡区范围；所述步骤4中的确定方法：
(1)机场过渡区范围应大于该机场的终端区范围，且机场过渡区边界到机场终端区进离港点之间的距离需要满足所有航空器上升/下降高度时所需的水平距离，因此，令r1≥max(di)+max(lj)，di为机场到其终端区边界的距离，lj为航空器上升/下降高度的水平距离，航空器上升/下降的高度由高空快速航路高度和机场进离港点高度之差确定；
(2)过渡区内的航线会出现交叉汇聚点，为解决该情况的飞行冲突，会有一段平飞距离，因此机场过渡区范围需要扩大距离r2，能够满足航空器在该情况下的平飞距离要求；
(3)如果过渡区内有平行航线情况，机场过渡区范围需要扩大距离r3，使得过渡区内的航空器平行航线运行顺畅；
(4)若机场航班量较大且过渡航线结构复杂的机场，则该机场过渡区范围可以根据实际情况向外扩大距离r4；
(5)机场过渡区范围过大不仅增加航空器在过渡区内的运行时间，也会对该机场集群的周边机场运行产生影响，因此，规定机场过渡区范围R≤200km；
(6)综上所述，机场过渡区范围边界半径R满足：r1+r2+r3+r4≤R≤200km，最后根据综合考量各机场终端区实际条件确定R的值；
(7)划设机场集群各主要机场和次要机场过渡区边界，以机场集群中各主要机场和次要机场的VOR/DME位置为圆心，R为半径分别作圆，即为该机场集群各主要机场和次要机场的过渡区边界；
步骤5：划设机场集群过渡区；所述步骤5中划设机场集群过渡区：
(1)对于只有一个主要机场的单机场的机场集群，该主要机场的机场过渡区边界即为该机场集群过渡区边界；
(2)对于多机场的机场集群，根据步骤4中得到的机场集群内各主要机场和次要机场的过渡区边界，作相邻机场过渡区边界的切线，将相邻机场过渡区边界连接起来，即为该机场集群的边界，该机场集群内各主要机场和次要机场终端区边界与机场集群边界之间的空域即为该机场集群的过渡区。
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