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        基于阻塞流的多場(chǎng)景終端區(qū)容量影響機(jī)理

        2014-01-13 01:50:00李印鳳胡明華王宏偉
        關(guān)鍵詞:終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)雷暴

        李印鳳, 胡明華, 彭 瑛, 王宏偉

        (南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院,江蘇 南京211106)

        隨著航空運(yùn)量的飛速發(fā)展,機(jī)場(chǎng)終端區(qū)作為航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn),尤其京、滬、廣等大型樞紐機(jī)場(chǎng),供需矛盾突顯,為解決該問題,部分機(jī)場(chǎng)采取了新建跑道、增加機(jī)位、建設(shè)平行滑行道等措施,在一定程度上緩解了該問題,但終端區(qū)容量除了受場(chǎng)面制約外,也受空域的限制. 在我國(guó)現(xiàn)行空域管理體制下,空域制約因素更加突出. 空域容量受限、惡劣天氣等原因?qū)е碌暮桨嘌诱`已成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問題. 研究終端區(qū)容量影響機(jī)理,準(zhǔn)確地找出機(jī)場(chǎng)終端區(qū)容量瓶頸,提高機(jī)場(chǎng)建設(shè)規(guī)劃的有效性和實(shí)用性,增強(qiáng)空域容量保障能力,是當(dāng)前亟需解決的問題.

        發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)場(chǎng)終端區(qū)容量影響因素、容量提升方案等進(jìn)行了相關(guān)研究,并持續(xù)關(guān)注機(jī)場(chǎng)擴(kuò)容問題,定期發(fā)布《國(guó)家空域系統(tǒng)容量需求報(bào)告》,研究制定機(jī)場(chǎng)及機(jī)場(chǎng)群擴(kuò)容方案[1]. 早期研究更關(guān)注機(jī)場(chǎng)跑道容量的影響因素分析,曾提出假定服從泊松分布的到達(dá)流量模型,并分析了跑道的降落容量與間隔要求、下滑道長(zhǎng)度、飛機(jī)速度之間的關(guān)系[2-3].文獻(xiàn)[4]對(duì)美國(guó)多個(gè)機(jī)場(chǎng)及空域進(jìn)行了容量限制因素分析,包括場(chǎng)面滑行時(shí)間等因素,并分析了影響因素與延誤的關(guān)系.文獻(xiàn)[5]針對(duì)天氣情況對(duì)終端區(qū)容量的影響進(jìn)行了分析,尤其是在目視飛行以及儀表飛行模式下的影響程度. 文獻(xiàn)[6-7]分析了交通流特點(diǎn)對(duì)扇區(qū)容量的影響,包括主交通流及規(guī)模、混合、爬升、下降、匯合交通流的數(shù)量等,并對(duì)給定交通流模式下的扇區(qū)容量進(jìn)行了評(píng)估,并分析了惡劣天氣對(duì)空域容量的影響,建立了天氣影響容量評(píng)估模型。文獻(xiàn)[8]研究了惡劣天氣預(yù)測(cè)精度對(duì)進(jìn)離場(chǎng)率的影響以及可節(jié)省的延誤成本.文獻(xiàn)[9]對(duì)多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)容量的影響因素進(jìn)行了分析,研究了不同空域幾何形狀對(duì)容量的影響. 文獻(xiàn)[10-11]研究了機(jī)場(chǎng)容量的概率預(yù)測(cè)方法,并從經(jīng)驗(yàn)分析的角度,研究了空域結(jié)構(gòu)重新配置對(duì)機(jī)場(chǎng)容量的影響.

        針對(duì)交通需求、天氣等因素對(duì)終端區(qū)容量的影響,文獻(xiàn)[12]通過統(tǒng)計(jì)基于歷史天氣數(shù)據(jù)的容量概率分布,研究了天氣季節(jié)性變化對(duì)機(jī)場(chǎng)到達(dá)容量的影響.文獻(xiàn)[13]研究了基于簡(jiǎn)化空域運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的航空器飛行時(shí)間對(duì)空域扇區(qū)交通需求的影響.文獻(xiàn)[14]提出了一種危險(xiǎn)天氣影響下的動(dòng)態(tài)容量預(yù)測(cè)模型,利用仿真方法確定了機(jī)場(chǎng)的容量區(qū)間.

        上述文獻(xiàn)已對(duì)終端區(qū)容量影響因素進(jìn)行了較全面的定性分析,對(duì)跑道容量、扇區(qū)容量等影響因素做了較全面的歸納,但是缺少其機(jī)理和作用相互關(guān)系的研究,且主要關(guān)注對(duì)象是跑道、航路、區(qū)域扇區(qū),對(duì)終端區(qū)空域研究分析較少.

        本文將分析機(jī)場(chǎng)終端區(qū)運(yùn)行特點(diǎn)及交通流運(yùn)行特性,采用阻塞流理論,建立終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航線容量網(wǎng)絡(luò)模型,并以杭州機(jī)場(chǎng)終端區(qū)為例,研究惡劣天氣、雙跑道不同運(yùn)行模式等多場(chǎng)景下的容量影響機(jī)理,驗(yàn)證該方法的可行性. 本文提出的方法可用于指導(dǎo)終端區(qū)航線網(wǎng)絡(luò)布局和擴(kuò)容方案制定,可為流量管理提供及時(shí)準(zhǔn)確的容量數(shù)據(jù),對(duì)提升空域利用率、提高航班運(yùn)行效率和空域管理水平具有重要意義.

        1 機(jī)場(chǎng)終端區(qū)運(yùn)行特性分析

        機(jī)場(chǎng)終端區(qū)是整個(gè)航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)和終點(diǎn),進(jìn)場(chǎng)航空器在跑道匯聚,而離場(chǎng)航空器進(jìn)行發(fā)散飛行.進(jìn)場(chǎng)航空器對(duì)之間主要是保持水平間隔完成整個(gè)進(jìn)場(chǎng)飛行過程,進(jìn)離場(chǎng)航空器之間通常要保持足夠的垂直間隔.

        如圖1 所示,進(jìn)場(chǎng)航空器從不同方向朝機(jī)場(chǎng)跑道匯聚,機(jī)場(chǎng)終端區(qū)與航路飛行階段的銜接點(diǎn),稱為終端區(qū)入口移交點(diǎn)E.降落在同一跑道的所有進(jìn)場(chǎng)航空器都必須沿著跑道中心延長(zhǎng)線降落,航空器在最后進(jìn)近段具有相同的軌跡,稱為公共進(jìn)近段.公共進(jìn)近段的起始點(diǎn)稱為公共進(jìn)近段入口點(diǎn)F,從F 至跑道入口T 的距離稱為公共進(jìn)近段長(zhǎng)度.航空器在終端區(qū)入口移交點(diǎn)與跑道入口之間飛行需經(jīng)過多個(gè)導(dǎo)航臺(tái)或交叉點(diǎn)P,在點(diǎn)P 完成航線匯聚、航向變化等操作. 從移交點(diǎn)E 到第一個(gè)相鄰的點(diǎn)P,稱為移交段. 移交段到點(diǎn)F 之間的航段統(tǒng)稱為航線段.航空器從移交點(diǎn)E 經(jīng)移交段,再飛經(jīng)航線段,在公共進(jìn)近段匯聚,最終在跑道降落,構(gòu)成了進(jìn)場(chǎng)航空器在機(jī)場(chǎng)終端區(qū)的整個(gè)飛行過程.進(jìn)場(chǎng)航空器在從終端區(qū)入口向跑道入口的飛行過程中,逐漸降低飛行速度,速度變化是分階段的,在同一航段上速度保持不變,速度和航向變化一般同步進(jìn)行.

        圖1 終端區(qū)三維結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Three-dimensional structure schematic of the terminal area

        2 阻塞流網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

        2.1 阻塞流基本概念

        定義1 設(shè)有向連通圖G =(V,R),其中V 是節(jié)點(diǎn)的集合,R 是弧的集合.在V 中存在一個(gè)僅有出弧而沒有入弧的發(fā)點(diǎn)vr,以及一個(gè)僅有入弧而沒有出弧的收點(diǎn)vw,其余節(jié)點(diǎn)稱為中間點(diǎn). 每條弧(vi,vj)∈R,對(duì)應(yīng)一個(gè)弧容量C(vi,vj)≥0,簡(jiǎn)寫為Cij,以及一個(gè)弧流量f(vi,vj)≥0,簡(jiǎn)寫為fij.

        定義2 如果網(wǎng)絡(luò)G =(V,R)中的一個(gè)交通流ξ 使G 中任意一條連通路徑上至少存在一條邊阻塞,即fij=Cij,則稱ξ 為G 中的一個(gè)阻塞流,流量值最大的阻塞流稱為最大阻塞流,流量值最小的阻塞流稱為最小阻塞流.

        定義3 網(wǎng)絡(luò)中除收點(diǎn)和發(fā)點(diǎn)外,各頂點(diǎn)引出的每個(gè)弧的容量小于或等于進(jìn)入該頂點(diǎn)的各弧容量之和時(shí),該網(wǎng)絡(luò)稱為規(guī)范化網(wǎng)絡(luò).

        根據(jù)阻塞流的定義可以看出,網(wǎng)絡(luò)G 的最大阻塞流是網(wǎng)絡(luò)所能承擔(dān)的最大流量,對(duì)于機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò),就是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大容量,也稱為理論容量.假設(shè)通過機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò)的流量為F,根據(jù)阻塞流的定義,可把求解進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò)容量問題轉(zhuǎn)換成求解線性規(guī)劃問題.

        使用阻塞流理論求解網(wǎng)絡(luò)的最大流,必須確定以下兩個(gè)已知條件:

        (1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及指定的發(fā)點(diǎn)和收點(diǎn);

        (2)網(wǎng)絡(luò)中各弧的容量值.

        2.2 進(jìn)場(chǎng)航線容量模型

        航線段是移交段與公共進(jìn)近段之間的航段.定義給定航線段容量為單位時(shí)間內(nèi)航線段入口點(diǎn)所允許的最大航空器通過率(即單位時(shí)間內(nèi)所放行的航空器架次)與航段自身容納航空器數(shù)量之和.根據(jù)終端區(qū)運(yùn)行特性分析,可將進(jìn)場(chǎng)航空器視為在二維平面中飛行,且在相鄰兩航路點(diǎn)vi與vj之間是勻速飛行,航空器之間不存在超越.

        設(shè)sij為某相鄰航路點(diǎn)vi與vj之間航空器的平均速度,航線段長(zhǎng)度為L(zhǎng)ij,d1為航線段管制間隔,管制員考慮導(dǎo)航設(shè)備的定位精度、通信延遲以及管制員能力等因素所增加的管制間隔裕度為Δd1,則該航線段容量為

        公共進(jìn)近段為航空器在五邊匯聚后的航段,計(jì)算公共進(jìn)近段容量時(shí),需要考慮不同機(jī)型的進(jìn)場(chǎng)跑道占用時(shí)間,不同機(jī)型對(duì)的尾流間隔,以及五邊的航線間隔要求,最終取其較大值.

        設(shè)pmn和Wmn分別為n 型航空器尾隨m 型航空器的概率分布和尾流距離間隔要求,tm為m 型航空器的跑道占用時(shí)間,航空器在跑道入口速度為se,中間進(jìn)近定位點(diǎn)速度為sIF,則公共進(jìn)近段的平均速度

        設(shè)d2和Δd2為公共進(jìn)近段管制間隔要求及間隔裕度,則航空器在公共進(jìn)近段保持的間隔為

        公共進(jìn)近段容量為

        對(duì)于有兩(多)條跑道用于進(jìn)場(chǎng)的終端區(qū),還需考慮跑道的運(yùn)行模式,例如,對(duì)相關(guān)進(jìn)近還需考慮不同跑道降落航空器間的斜距要求,設(shè)斜距間隔為δ,可將其作為限制條件,計(jì)算平行雙跑道系統(tǒng)同時(shí)儀表著陸的公共進(jìn)近段容量. 如圖2 所示,跑道中心線距離為D,δmg、δgn分別為前后機(jī)型對(duì)m、g與g、n 沿跑道方向的最小縱向距離,則

        跑道入口處的時(shí)間間隔為

        當(dāng)平行雙跑道采用相關(guān)進(jìn)近方式降落時(shí),公共進(jìn)近段的總?cè)萘繛?/p>

        每條跑道對(duì)應(yīng)的公共進(jìn)近段容量為

        圖2 相關(guān)平行進(jìn)近時(shí)空?qǐng)DFig.2 Time-space graph of related parallel approach

        移交段除需考慮航路間隔外,還需保證移交間隔,假定移交間隔距離為dtr,航空器在移交點(diǎn)E 的平均速度為str,則移交容量為Ct=str/dtr,令移交航段容量Ctr=min(Cij,Ct).

        2.3 阻塞流網(wǎng)絡(luò)模型

        機(jī)場(chǎng)終端區(qū)網(wǎng)絡(luò)是由不同航向和不同高度層的航路(航線)構(gòu)成的復(fù)雜立體網(wǎng)絡(luò),進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò)是從航路和終端區(qū)的移交點(diǎn)向跑道匯聚的一個(gè)有向網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)中的每條弧(航段)都有容量限制.將移交點(diǎn)作為發(fā)點(diǎn),跑道入口點(diǎn)作為收點(diǎn),進(jìn)場(chǎng)流量在網(wǎng)絡(luò)中從發(fā)點(diǎn)向收點(diǎn)有序流動(dòng). 將進(jìn)場(chǎng)移交點(diǎn)E 作為網(wǎng)絡(luò)的發(fā)點(diǎn),可以看出,進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò)是個(gè)多發(fā)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),虛擬一個(gè)節(jié)點(diǎn)S0,將S0與所有發(fā)點(diǎn)E 相連,弧容量為∞. 將跑道入口T 作為收點(diǎn),對(duì)于有多條用于進(jìn)場(chǎng)的跑道,則虛擬一個(gè)節(jié)點(diǎn)T0,將T0與所有收點(diǎn)T 相連,弧容量為∞.將機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成一有向網(wǎng)絡(luò),以平行雙跑道相關(guān)進(jìn)近為例,阻塞流網(wǎng)絡(luò)模型如圖3 所示.

        圖3 阻塞流網(wǎng)絡(luò)模型Fig.3 Flow decomposition barrier network model

        2.4 基于阻塞流的最大流求解

        網(wǎng)絡(luò)流理論中,求解最大流的典型方法是最大流-最小截算法,該算法存在因增廣鏈選取不當(dāng)而造成的計(jì)算復(fù)雜性問題,改進(jìn)算法-Dinic 最短路算法[15]的計(jì)算復(fù)雜性為O(k2h)(k 為網(wǎng)絡(luò)頂點(diǎn)數(shù),h 為弧數(shù)),增加了計(jì)算量. 本文利用阻塞流概念,使用VC+ +編寫了最大流求解算法,計(jì)算復(fù)雜性為O(kh),算法步驟如下:

        (1)建立網(wǎng)絡(luò)求出初始阻塞流解;

        (2)尋找給定阻塞流解的改進(jìn)解(即流量更大的阻塞流);

        (3)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中不存在改進(jìn)的阻塞流解時(shí),所得的解即為最優(yōu)解,計(jì)算終止.

        3 多場(chǎng)景容量影響機(jī)理分析

        以杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)終端區(qū)為例,有兩條跑道,采用雷達(dá)管制方式和相關(guān)進(jìn)近運(yùn)行模式,跑道方向?yàn)?6/07 和24/25,跑道中心線距離為2 km,進(jìn)場(chǎng)移交點(diǎn)包括IGRAT、UGAGO、SHZ、NGB 和AND.以北向進(jìn)場(chǎng)為例,終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航線二維平面結(jié)構(gòu)如圖4 所示.

        通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集,獲得經(jīng)驗(yàn)飛行速度和前后機(jī)型跟隨概率分布,如表1 和表2 所示.

        根據(jù)杭州終端區(qū)與區(qū)域的移交協(xié)議規(guī)定,可確定AND、NGB、SHZ 連續(xù)進(jìn)場(chǎng)航空器移交間隔為40 km,UGAGO、IGRAT 移 交 間 隔 分 別 為 20、30 km.在雷達(dá)管制模式下,終端區(qū)內(nèi)同航線縱向間隔為10 km,間隔裕度為5 km;公共進(jìn)近段間隔為6 km,間隔裕度設(shè)為2 km;斜距要求為4 km,間隔裕度設(shè)為1 km. 重型航空器進(jìn)場(chǎng)跑道占用時(shí)間為50 s,中型航空器為45 s,輕型航空器為42 s.

        表1 終端區(qū)經(jīng)驗(yàn)飛行速度Tab.1 Experience flight speed in the terminal area km/h

        表2 前后機(jī)型跟隨概率分布Tab.2 Aircraft type probability distribution of two continuous aircrafts

        圖4 杭州終端區(qū)雙跑道進(jìn)場(chǎng)航線示意圖Fig.4 Schematic of dual runways routes in Hangzhou terminal area

        根據(jù)上述參數(shù)和平行雙跑道采用相關(guān)進(jìn)近時(shí)的公共進(jìn)近段容量模型,可計(jì)算出

        利用阻塞流理論求得進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò)最大容量為58 架次/h,最小割集為{(v5,T2),(v4,T1)},容量瓶頸在公共進(jìn)近段,受到跑道資源的限制. 若要提升整個(gè)終端區(qū)容量,則需進(jìn)一步縮小五邊間隔要求,可采用目視飛行或獨(dú)立進(jìn)近等方式增大公共進(jìn)近段的容量.

        圖5 杭州終端區(qū)雙跑道進(jìn)場(chǎng)航線規(guī)范化容量網(wǎng)絡(luò)Fig.5 Standardized capacity network of dual runways arrival routes in Hangzhou terminal area

        3.1 惡劣天氣分布容量影響機(jī)理

        天氣變化一直是影響終端區(qū)容量的重要因素,尤其是雷暴、冰雹和龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流性危險(xiǎn)天氣,具有隨機(jī)性強(qiáng)、難以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、發(fā)生頻率高等特點(diǎn),對(duì)終端區(qū)容量影響最為顯著.

        為建立雷暴天氣的簡(jiǎn)易強(qiáng)度模型,假定雷暴天氣輻射一圓形空域,雷暴中心位置以終端區(qū)范圍為邊界,對(duì)終端區(qū)進(jìn)行經(jīng)緯度網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)作為雷暴天氣中心位置,雷暴中心半徑15 km 范圍內(nèi)為完全避讓空域,航空器必須避讓,15 ~30 km 為可能避讓空域,允許航空器增大間隔飛行,間隔為正常運(yùn)行的2 倍.選擇SIMMOD 空域仿真系統(tǒng),判斷雷暴天氣對(duì)進(jìn)場(chǎng)航線的影響,圖6 為系統(tǒng)仿真界面.

        圖6 雷暴天氣影響航線網(wǎng)絡(luò)仿真界面Fig.6 Simulation interface of route network under the influence of thunderstorm weather

        根據(jù)雷暴天氣中心位置的移動(dòng),判定雷暴天氣覆蓋航線的程度和范圍,分別計(jì)算各航段容量,并構(gòu)建雷暴中心處于不同位置的進(jìn)場(chǎng)航線阻塞流網(wǎng)絡(luò)模型,利用阻塞流理論求解網(wǎng)絡(luò)最大流,即進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò)容量.通過大量仿真實(shí)驗(yàn),獲得不同雷暴中心位置對(duì)應(yīng)的容量值,利用Matlab 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,如圖7 和圖8 所示.

        圖7 雷暴天氣影響下的等容量三維包線圖Fig.7 Three-dimensional envelope capacity chart under the influence of thunderstorm weather

        圖7 和圖8 可以看出,隨著雷暴中心位置向跑道中心和公共進(jìn)近段移動(dòng),終端區(qū)容量呈階梯狀不同程度的遞減,產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是航路段的可替代性不同,若某方向進(jìn)場(chǎng)航班路徑唯一,則該航路段受雷暴天氣影響時(shí)容量下降梯度較大. 例如,AND 方向進(jìn)場(chǎng)是單一航路,當(dāng)受到雷暴天氣影響時(shí),容量下降較快,圖7 中AND 方向進(jìn)場(chǎng)航線所在的經(jīng)緯度位置則出現(xiàn)一個(gè)容量較低的平臺(tái),對(duì)應(yīng)圖8 中AND 進(jìn)場(chǎng)航線所在方位顏色較深,容量值較小.隨著進(jìn)場(chǎng)航空器逐漸向跑道匯聚,在接近跑道的范圍內(nèi)航班匯聚加劇,當(dāng)受到雷暴影響時(shí),容量會(huì)急劇下降,如圖8 所示在跑道周邊的顏色最深.

        圖8 雷暴天氣影響下的等容量灰度圖Fig.8 Equal capacity grey-scale map under the thunderstorm weather influence

        在實(shí)際運(yùn)行過程中,根據(jù)惡劣天氣的發(fā)生位置和移動(dòng)路線,參照?qǐng)D8 可直觀地判斷容量下降的趨勢(shì)和程度,制定相應(yīng)的預(yù)案. 當(dāng)雷暴中心運(yùn)動(dòng)到以跑道為中心的近似菱形區(qū)域時(shí),容量降為0,此時(shí)需關(guān)閉機(jī)場(chǎng);當(dāng)雷暴天氣發(fā)生在整個(gè)終端區(qū)的西南側(cè)時(shí),對(duì)整體運(yùn)行容量沒有影響,可將UGAGO 進(jìn)場(chǎng)航班調(diào)配到其他方向進(jìn)場(chǎng);雷暴天氣發(fā)生在西北角IGRAT 進(jìn)場(chǎng)移交點(diǎn)附近時(shí),容量受影響較大,終端區(qū)容量下降約20%,可對(duì)外發(fā)布適當(dāng)?shù)牧髁靠刂?當(dāng)雷暴天氣發(fā)生在東側(cè)AND 移交點(diǎn)附近時(shí),惡劣天氣阻斷了AND 方向直接匯聚到公共進(jìn)近段的航路,容量降低約10 ~20 架次/h,需嚴(yán)格控制該方向進(jìn)場(chǎng)航班的數(shù)量.

        3.2 雙跑道運(yùn)行模式容量的影響機(jī)理

        根據(jù)平行雙跑道的運(yùn)行模式以及不同的飛行規(guī)則,將雙跑道運(yùn)行場(chǎng)景分劃為儀表飛行規(guī)則下的隔離運(yùn)行、相關(guān)進(jìn)近、獨(dú)立進(jìn)近,以及目視飛行規(guī)則下的隔離運(yùn)行、相關(guān)進(jìn)近、獨(dú)立進(jìn)近,共6 類.

        以杭州蕭山機(jī)場(chǎng)終端區(qū)雙跑道進(jìn)場(chǎng)航線網(wǎng)絡(luò)為例,研究上述6 類場(chǎng)景下終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)容量與移交間隔的關(guān)系.

        設(shè)各移交點(diǎn)間隔均為50 km,通過逐步縮小移交間隔,探尋移交間隔對(duì)終端區(qū)容量影響的規(guī)律,結(jié)果如圖9 所示. 除隔離運(yùn)行模式外,其他4 種運(yùn)行場(chǎng)景終端區(qū)容量隨著移交間隔的增大呈遞減趨勢(shì),其中,目視飛行下獨(dú)立進(jìn)近和相關(guān)進(jìn)近容量曲線重合,原因是目視飛行時(shí)不需考慮側(cè)向間隔,這2 種場(chǎng)景受移交間隔影響最明顯,但整體容量仍大于其他運(yùn)行模式;儀表飛行規(guī)則下的相關(guān)進(jìn)近、獨(dú)立進(jìn)近具有相近的拐點(diǎn),當(dāng)移交間隔增大至35 km時(shí),終端區(qū)容量開始由穩(wěn)態(tài)逐漸減小,說(shuō)明整體容量開始受到移交間隔的制約,終端區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)容量不再是容量的瓶頸;在隔離運(yùn)行模式下,整體容量一直保持不變,說(shuō)明公共進(jìn)近段容量一直是整個(gè)終端區(qū)容量的瓶頸點(diǎn). 根據(jù)上述規(guī)律,可有針對(duì)性地制定不同移交間隔下的容量擴(kuò)容方案,并可根據(jù)終端區(qū)的保障能力,制定不同運(yùn)行場(chǎng)景下的流量控制策略.

        圖9 不同運(yùn)行策略下容量隨移交間隔的變化Fig.9 Variation of capacity with different transfer intervals under different operating strategies

        4 結(jié)束語(yǔ)

        本文在分析了終端區(qū)運(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航線阻塞流網(wǎng)絡(luò)模型,并以杭州蕭山機(jī)場(chǎng)終端區(qū)為例,研究了惡劣天氣發(fā)生位置、雙跑道運(yùn)行模式等對(duì)不同場(chǎng)景下終端區(qū)容量的影響機(jī)理,得出如下結(jié)論:

        (1)假定雷暴天氣強(qiáng)度一定,隨雷暴中心向跑道中心及公共進(jìn)近段移動(dòng),網(wǎng)絡(luò)容量發(fā)生不均勻遞減,且容量減弱程度與航線結(jié)構(gòu)關(guān)系密切,可根據(jù)雷暴天氣影響下的容量分布,制定相關(guān)的流量管理預(yù)案.

        (2)雙跑道不同運(yùn)行模式對(duì)進(jìn)場(chǎng)容量有較大影響隨著移交間隔的變化,整個(gè)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航線容量瓶頸也隨之改變. 當(dāng)移交間隔較大時(shí),瓶頸一般出現(xiàn)在公共進(jìn)近段之前;當(dāng)移交間隔減小到一定程度時(shí),容量瓶頸將出現(xiàn)在公共進(jìn)近段.

        本文研究成果能在長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略管理中有效指導(dǎo)終端區(qū)空域規(guī)劃以及空域擴(kuò)容措施的制定.在實(shí)時(shí)戰(zhàn)術(shù)管理中,可根據(jù)不同場(chǎng)景下的容量及其變化趨勢(shì),準(zhǔn)確制定相關(guān)流量管理策略,有效提升空域利用率,提升航班運(yùn)行效率. 可利用該方法繼續(xù)開展航空器運(yùn)行速度、航線段長(zhǎng)度、航線流量分布等因素對(duì)終端區(qū)容量影響機(jī)理的相關(guān)研究.

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