王　維，李　龍

(中國民航大學(xué)　機場學(xué)院，天津　300300)

機場繞行滑行道運行策略及應(yīng)用研究

王維1，李龍2

(中國民航大學(xué)機場學(xué)院，天津300300)

摘要：繞行滑行道是一種新型機場滑行道，主要用于近距平行跑道機場。繞滑使用策略與跑道/滑行道幾何構(gòu)形、高峰小時架次、出發(fā)/到達架次比例、機型組合等因素有關(guān)。通過建模分析，分別給出了立即穿越跑道、等待穿越跑道和使用繞滑的地面滑行策略。計算表明，隨著高峰小時架次和出發(fā)航班比例的提高，使用繞滑的幾率增多、對繞滑的依賴度增強。開發(fā)了軟件EAT-RDS，為具有繞滑機場的空管人員進行地面滑行指揮提供了實用、便捷的工具。

關(guān)鍵詞：交通工程；繞行滑行道；仿真模擬；運行策略；地面滑行

0引言

繞行滑行道(簡稱繞滑，英文EAT—End Around Taxiway)是一種新型機場滑行道，它在跑道端外繞過、連接平行滑行道與機坪，旨在減少多跑道機場的飛機跑道穿越，目前在美國和歐洲的一些機場已有實際應(yīng)用[1-4]。2010年上海虹橋機場擴建時設(shè)置了繞滑，但目前尚未實現(xiàn)物理貫通[5-6]。我國《民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準》在2013年修訂時專門增加“繞行滑行道”內(nèi)容，對繞滑的設(shè)置條件和運行限制進行了概要描述[7]。但是，國內(nèi)在繞滑的作用和應(yīng)用方面尚缺乏系統(tǒng)研究。隨著我國多跑道機場、特別是近距跑道機場的增多，未來設(shè)置繞滑的機場將逐步增多，對其運行策略和使用進行前瞻性研究無疑對多跑道機場規(guī)劃設(shè)計和運行管理都具有重要意義。

1模型構(gòu)建

1.1模型原理

當(dāng)機場擁有一組近距平行跑道時，站坪肯定在跑道的同側(cè)。這樣，一條跑道距站坪較近(內(nèi)側(cè))、一條較遠(外側(cè))。通常，采用內(nèi)側(cè)跑道起飛、外側(cè)跑道著陸的運行策略。若沒有設(shè)置繞滑，外側(cè)跑道的出發(fā)/到達飛機都要穿越內(nèi)側(cè)跑道[8-10]；如果設(shè)置繞滑，外側(cè)跑道的出發(fā)/到達飛機還可以利用繞滑運行。此時的飛機滑行策略有兩種，應(yīng)根據(jù)確保安全和時間優(yōu)化原則來確定。具體來說，當(dāng)飛機到達穿越點時如跑道正處于空閑(沒有飛機起降)且剩余空閑時間大于飛機穿越時間，則應(yīng)采取“直接穿越” 策略；當(dāng)飛機到達穿越點時正處于跑道占用(有飛機起降)，若先等待、再穿越的時間小于使用繞滑時間，則應(yīng)采取“等待-穿越” 策略；否則，采用“繞滑策略”。

1.2建立模型

目標(biāo)函數(shù)：

(1)

約束條件：

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

式(1)～式(10)中各符號意義見表1。跑道占用起始時刻即飛機i起飛滑跑的時間點，記為:Tbi(i=0,1,2…)； 跑道占用終止時刻為飛機完成起飛初始爬升的時間點，記為:Tfi(i=0,1,2…)。由此組成跑道占用的時間集合C=[(Tb1,Tf1);(Tb2,Tf2);…(Tbn,Tfn)]； 飛機到達穿越點時刻的集合K={Tk1;Tk2;…;Tkn}，A={Ta1;Ta2;…;Tan} 是到達飛機著陸時刻集合，t={t1r；t1r；…；tnr}為飛機i從接地至穿越點r所需時間，K=A+t。te為每隔te時間可以使用一次繞滑；Φ為前后兩機平均距離；Φij為前機i與后機j距離；Pij為飛機i和j前后排列的概率。

表1　定義變量

根據(jù)上述原理、公式和圖1所示步驟，即可通過計算確定具有繞滑的多跑道機場的飛機地面滑行策略。

圖1　滑行策略確定Fig.1　Taxiing strategy decision

2模型應(yīng)用

某機場的飛行區(qū)構(gòu)形見圖2，高峰小時到達、出發(fā)航班信息見表2、表3。設(shè)每架進離場飛機占用跑道時間均不超過60 s。節(jié)點3，2，1對應(yīng)的快滑出口位置與跑道20 L入口的距離分別為2 000，2 300 m和2 600 m。上述3條快滑的長度均為S=400 m。繞滑長度LEAT=2 000 m。

跑道采用“內(nèi)側(cè)出發(fā)、外側(cè)到達”分工模式。繞滑為無限制運行，即繞滑使用與飛機離場互不影響。飛機在繞滑上為單向滑行，如圖2所示。穿越點1，2，3處，每處只能放置1架飛機。

圖2　機場飛行區(qū)構(gòu)型Fig.2　Configuration of airfield area

到達航班機型接地時刻使用出口Arr01B7388:031Arr02A3208:073Arr03B7388:121Arr04B7388:182Arr05A3208:223Arr06A3208:262Arr07A3208:303Arr08A3208:323Arr09B7388:352Arr10B7388:392Arr11B7388:491Arr12B7388:522Arr13A3208:563

表3　出發(fā)航班信息

利用上節(jié)原理和方法對到達航班的滑行策略進行優(yōu)化決策，得到表4的計算結(jié)果。表中，“Cr”表示直接穿越、“W-Cr”表示等待穿越、“EAT”表示繞滑。計算表明，到達航班在優(yōu)化決策條件下的總滑行耗時為T1=3 733 s；如果全部穿越跑道(含直接穿越和無條件等待穿越)，總耗時T2=9 316 s；如果全部繞滑，則總耗時為T3=4 146 s。相同條件下，與沒有設(shè)置繞滑的情況相比，機場到達航班的總滑行時間減少了(T2-T1)/T2=59.93%。 如全部使用繞滑，則總滑行時間減少了(T2-T3)/T2=55.50%?？梢?，繞滑作用是非常顯著的。

表4　到達航班滑行策略

為對繞滑有更深入的認識，作者進一步分析了具有繞滑的近距平行跑道機場，在高峰小時航班分別為30，35，40，45，50，55架次，出發(fā)航班比例分別為33%，54%，67%的條件下的繞滑運用策略。計算中，兩條跑道仍采用“內(nèi)側(cè)出發(fā)、外側(cè)到達”的分工模式。計算結(jié)果詳見圖3。

圖3　不同高峰小時架次、出發(fā)比例的繞滑架次比例 Fig.3　Proportion of using EAT under different peak-hour movements and departure ratios

基于上圖結(jié)果，出發(fā)航班比例較低(33%)時，隨著高峰小時架次的增多，使用繞滑的到達航班略有增加，但架次基本上低于10%。即由于內(nèi)側(cè)跑道空閑時段多，大部分到達航班可通過跑道穿越方式抵達站坪；當(dāng)出發(fā)航班比例較高(67%)時，隨著高峰小時架次的增多，使用繞滑的到達航班快速增加。當(dāng)高峰小時架次達到55時，幾乎所有到達航班都要使用繞滑；當(dāng)出發(fā)、到達航班比例大體相當(dāng)(54%)時，繞滑使用情況介乎上述兩種情況之間。

3結(jié)論

(1)繞行滑行道是一種新型機場滑行道，旨在提高近距平行跑道的安全性和運行效率。

(2)機場設(shè)有繞滑時，飛機的地面滑行策略有3種，即立即穿越跑道、等待穿越跑道、使用繞滑。與不設(shè)繞滑的情況相比，具有繞滑且采用優(yōu)化策略的地面滑行能顯著降低總體地面滑行時間。

(3)具體的地面滑行策略選擇，要在綜合考慮跑道/滑行道幾何構(gòu)形、高峰小時架次、出發(fā)/到達架次比例等多種因素情況下確定。一般而言，隨著高峰小時架次和出發(fā)航班比例的提高，使用繞滑的幾率增多、對繞滑的依賴度增強。

參考文獻：

References:

[1]MASSIDDA A，MATTINGLY S P. Empirical Assessment of the End-around Taxiway’s Operational Benefits at Dallas/Fort Worth International Airport Using ASDE-X Data[C]// Transportation Research Board 92nd Annual Meeting. Washington， D.C.: Transportation Research Board,2013:29-41.

[2]ENGELLAND S A, RUSZKOWSKI L M. Analysis of DFW Perimeter Taxiway Operations[C]//the 10th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations (ATIO) Conference. Fort Worth, TX: AIAA, 2010.

[3]MCNERNEY M T, HEINOLD D. The Case to Build End-Around Taxiways at George Bush Intercontinental Airport

for Air Quality Benefit[C]//First Congress of Transportation and Development Institute (TDI). Chicago: ASCE, 2011.

[4]O'DONNELL M J. Opportunity To Comment on the Draft Airport Design Advisory Circular 150/5300-13A[J]. Federal Register, 2012,77(88):52-80.

[5]宿百巖.繞行滑行道應(yīng)用初探[M]//吳念祖.上海空港.上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2009: 30-33.

SU Bai-yan. A Preliminary Study on Detour Taxiway Application[M]//WU Nian-zu. Shanghai Airport. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press. 2009:30-33.

[6]劉晏滔.虹橋機場繞滑運行模式探討[M]//吳念祖.上?？崭?上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2013:19-26.

LIU Yan-tao. Study of EAT Operation Mode in Hongqiao Airport[M]//WU Nian-zu. Shanghai Airport. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press,2013:19-26.

[7]MH5001—2013,民航機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準[S].

MH5001—2013,Aerodrome Technical Standards[S].

[8]尹嘉男.平行跑道機場地面容量評估技術(shù)研究[D]. 南京:南京航空航天大學(xué), 2011.

YIN Jia-nan. Research on Capacity Evaluation at Airport Airside with Parallel Runways[D].Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2011.

[9]李雄,李冬賓,衛(wèi)東選. 機場典型平行跑道容量仿真分析[J].計算機應(yīng)用，2012，32(9):2648-2651.LI Xiong, LI Dong-bin, WEI Dong-xuan. Airport Capacity Analysis for Typical Parallel Runways Based on Simulation Method[J].Journal of Computer Applications，2012，32(9):2648-2651.

[10]王維,李偉.機場近距平行跑道一起一降模式下的容量計算[J].中國民航大學(xué)學(xué)報,2009,27(3):20-22.

WANG Wei, LI Wei. Airport Capacity Calculation of Closely Spaced Parallel Runway Under Operation Mode of One Arrival and One Departure[J]. Journal of Civil Aviation University of China,2009,27(3):20-22.

Study on Operation Strategy of End-around Taxiway and Its Application

WANG Wei1, LI Long2

(School of Airport, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China)

Abstract：End-around taxiway is a new kind of airport taxiway, mainly used in airport with closer parallel runways. The operation strategy of end-around is related to runway/taxiway geometry configuration, the peak hour aircraft movements, the proportion of departure/arrival, and aircraft combination, etc. Through the modeling analysis, the ground taxiing strategies, including crossing runway immediately, waiting for crossing runway, and using end-around taxiway are given respectively. The computation result shows that the chances of using EAT and the degree of dependency to it increase with the peak hour movements and ratio of departure/arrival. The software EAT-RDS is developed as a practical and convenient tool for the air traffic controllers of the airport with EAT to direct taxiing.

Key words：traffic engineering; operation strategy; analogue simulation; end-around taxiway (EAT); ground taxiing

收稿日期：2015-02-09

作者簡介：王維(1960-)，男，河北豐南人，教授.(zgmh19871120@163.com)

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.06.019

中圖分類號：U491.2

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-0268(2016)06-0119-04