郭莉

【摘 要】深圳寶安國際機(jī)場（以下簡稱“深圳機(jī)場”）位于珠海終端區(qū)，由于該區(qū)域內(nèi)機(jī)場數(shù)量多，航班流量大，空域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常出現(xiàn)嚴(yán)重的航班延誤問題。本文主要目的是研究深圳“平安金融中心”對深圳機(jī)場航班容量的影響及對應(yīng)的空域優(yōu)化措施。以“平安金融中心”的建設(shè)為引，首先通過計算機(jī)仿真建模，研究其建設(shè)前后深圳機(jī)場航班容量的變化情況；隨后結(jié)合飛行程序設(shè)計方法與空域?qū)嶋H情況提出空域優(yōu)化方案；最后利用計算機(jī)仿真方法驗證方案的可行性與應(yīng)用效果。計算機(jī)仿真技術(shù)是當(dāng)前最先進(jìn)的容量評估技術(shù)，與傳統(tǒng)評估方法相比，更加貼近實際情況，具有仿真速度快、適用性強(qiáng)、數(shù)據(jù)分析便捷等優(yōu)勢。本文將容量評估理論與實踐緊密結(jié)合，將計算機(jī)仿真技術(shù)直接用于指導(dǎo)實際工作，論證了“平安金融中心”對深圳機(jī)場容量的影響，同時提出的空域優(yōu)化方案能夠有效提高深圳機(jī)場空域容量，結(jié)論科學(xué)，可行性強(qiáng)。

【關(guān)鍵詞】深圳寶安國際機(jī)場；計算機(jī)仿真；容量評估；空域優(yōu)化；SIMMOD

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，航空產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今發(fā)展最為迅猛的行業(yè)之一，但同時越來越嚴(yán)重的航班延誤問題，極大地制約了民航業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[1]，其主要原因就是機(jī)場系統(tǒng)的容量已趨于飽和。

近年來“摩天大樓熱”在國內(nèi)逐漸興起，有相當(dāng)一部分高層、超高層建筑位于機(jī)場進(jìn)近管制區(qū)內(nèi)，它們的高度會對航班飛行造成一定程度的影響，間接壓縮了空域容量。這就對機(jī)場規(guī)劃設(shè)計和空中交通管理的理論、技術(shù)提出了越來越高的要求。

因此，經(jīng)過嚴(yán)密和復(fù)雜的科學(xué)論證評估超高障礙物對終端區(qū)容量的影響，對于提高機(jī)場設(shè)計方案的合理性、可靠性和擴(kuò)展?jié)摿?，降低設(shè)計成本，簡化設(shè)計流程，提高空域利用率具有重要意義。同時，依托評估結(jié)果，可以對現(xiàn)有機(jī)場和終端區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，極大地提高運行效率，這也是容量評估技術(shù)得以飛速發(fā)展的原因之一。

國內(nèi)外在終端區(qū)容量評估方面均進(jìn)行了大量研究[2-3]，考慮到終端區(qū)空域結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及航班飛行的隨機(jī)性，很難用數(shù)學(xué)模型來精確描述這個系統(tǒng)[4]，采用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法對超高障礙物所造成的影響進(jìn)行分析已經(jīng)變得越來越困難，因此適用性強(qiáng)、精度更高的計算機(jī)仿真方法成為了未來的發(fā)展趨勢。

本文主要使用SIMMOD PLUS軟件研究珠海終端管制區(qū)內(nèi)超高建筑物的建設(shè)對深圳機(jī)場容量的影響，結(jié)合飛行程序設(shè)計方法與空域?qū)嶋H情況提出終端區(qū)優(yōu)化方案，并通過計算機(jī)仿真方法驗證方案的可行性與應(yīng)用效果。

1 仿真概述

深圳機(jī)場現(xiàn)有兩條遠(yuǎn)距平行跑道，采用隔離平行運行模式（一起一降模式），遠(yuǎn)期將采用相關(guān)平行儀表進(jìn)近模式。由于平安大廈的建成將對珠海進(jìn)近管制空域造成影響，本章將采用計算機(jī)模擬仿真的方式，評估深圳機(jī)場近、遠(yuǎn)期運行容量，將有障礙物影響與無障礙物影響情況下的機(jī)場容量進(jìn)行對比，給出仿真結(jié)論。

為了提高仿真結(jié)果的可靠性，使用FAA認(rèn)證的目前廣泛使用的機(jī)場容量評估軟件SIMMOD進(jìn)行仿真評估，主要采用單個小時內(nèi)的最大安全運行航班數(shù)作為終端區(qū)評估的指標(biāo)[5]。由于評估內(nèi)容以管制空域結(jié)構(gòu)變化對機(jī)場容量的影響為主，故建立仿真模型時簡化了機(jī)場地面部分，以空域結(jié)構(gòu)和航班運行為主要對象。

2 SIMMOD仿真建模

2.1 地面

深圳寶安機(jī)場使用平行跑道，采用隔離平行運行模式（一起一降模式）：西側(cè)跑道（RWY16/34）用于著陸；東側(cè)跑道（RWY15/33）用于起飛。由于16號進(jìn)近及15號起飛受超高障礙物影響較小，故仿真中以34號跑道著陸與33號跑道起飛這一模式為主。

對深圳寶安機(jī)場地面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置：以33號和34號為主起降方向建立跑道，選擇跑道對應(yīng)的地面線，輸入跑道長度、入口內(nèi)移、脫離道等參數(shù)；建立滑行道和停機(jī)坪；設(shè)定停機(jī)位的位置、容量、使用時間、停機(jī)位等待策略等參數(shù)；指定使用停機(jī)位的相應(yīng)機(jī)型以及航空公司并將全部停機(jī)位設(shè)置為自滑入和推出；設(shè)置離場隊列等待點位置、容量、排隊規(guī)則、對應(yīng)航路等屬性。

2.2 空域結(jié)構(gòu)布局

根據(jù)《國內(nèi)航行資料匯編》中的深圳寶安機(jī)場空域圖、標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)離場航線圖、儀表進(jìn)近圖等輸入深圳機(jī)場終端區(qū)空域結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，包括航路點、定位點、航線、航路、扇區(qū)等。

按照先建立Airspace Node空中點，再建立Air Link空中航線，然后建立Route航路的思路，循序漸近設(shè)置進(jìn)離場程序。設(shè)置時要注意點坐標(biāo)的精確，高度與實際運行的吻合，繪制空中線的方向必須與航空器的飛行方向一致。

在進(jìn)近航段的最后一個點及離場程序的第一個點設(shè)置為空地轉(zhuǎn)換點，即航空器在這些點完成空中與地面的切換。

珠海進(jìn)近劃分為四個扇區(qū)，根據(jù)各扇區(qū)邊界點坐標(biāo)，在SIMMOD中設(shè)置扇區(qū)，并將航段按扇區(qū)歸類。根據(jù)運行手冊和實際管制情況，為每個扇區(qū)設(shè)置相應(yīng)的容量。

根據(jù)一線管制單位提供的航空器在不同階段的飛行速度數(shù)據(jù)，將終端區(qū)內(nèi)的航線分為18個類型，設(shè)置各機(jī)型在不同類型航線上的飛行速度范圍，包括最小速度、正常速度和最大速度。

2.3 航班計劃

共有44家航空公司的27個機(jī)型執(zhí)飛深圳機(jī)場，設(shè)定所對應(yīng)的航班類別，即商用、貨機(jī)、通用航空或其他。航空器根據(jù)尾流類型劃分為SML（輕型）、LRG（中型）、HVY（重型）三類，如B737為中型航空器，對應(yīng)模型分類中的LRG。

根據(jù)深圳寶安機(jī)場實際航班計劃，統(tǒng)計篩選、制作用于SIMMOD模擬的航班計劃樣本，內(nèi)容包括航班序號、進(jìn)離場時刻、航空公司、航班號、機(jī)型、航路、停機(jī)位等。

2.4 管制策略

根據(jù)中國民航局的有關(guān)規(guī)定，珠海終端管制區(qū)雷達(dá)管制的最低間隔標(biāo)準(zhǔn)為6千米。根據(jù)實際調(diào)研情況，為了在緊急情況下給管制員留有調(diào)配余度，珠海終端區(qū)內(nèi)實施10千米的水平間隔。

根據(jù)尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實際管制運行要求，在仿真軟件中設(shè)置航空器的運行間隔。

根據(jù)珠海終端區(qū)管制運行標(biāo)準(zhǔn)，前后離場航空器使用同一跑道起飛，前后航空器連續(xù)放行的尾流間隔時間不得少于2分鐘。

當(dāng)前后進(jìn)近著陸的航空器為重型機(jī)和中型機(jī)時，其非雷達(dá)間隔的尾流間隔時間不得少于2分鐘。

當(dāng)前后進(jìn)近著陸的航空器分別尾重型機(jī)和輕型機(jī)、中型機(jī)和輕型機(jī)時，其非雷達(dá)間隔的尾流間隔時間不得少于3分鐘；其他情況下按照進(jìn)近尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)運行[44]。

深圳機(jī)場雙跑道采用一起一降的隔離運行模式，航空器的起飛和降落互不影響，連續(xù)落地間隔由最后進(jìn)近間隔控制，因此僅設(shè)置連續(xù)放飛間隔為120秒。

3 仿真模型可靠性驗證

航班時刻表樣本制作完成之后，運行深圳寶安機(jī)場現(xiàn)行方案仿真模型，對其24小時內(nèi)的空中交通運行進(jìn)行多次模擬，將仿真輸出結(jié)果與真實容量統(tǒng)計結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)兩種統(tǒng)計結(jié)果始終保持一致，說明所建立的仿真模型可靠，仿真結(jié)果真實可信。

4 仿真實例

4.1 障礙物對航班運行的影響分析

超高障礙物對機(jī)場周邊凈空環(huán)境造成了不利影響。向北運行時GLN觀瀾方向進(jìn)場的航空器受影響最大，按現(xiàn)行航跡飛行時將無法滿足最低飛行安全高度，必須改變雷達(dá)引導(dǎo)航跡。在不改變流量的前提下，結(jié)合管制運行要求及空域條件，提出兩套進(jìn)場修改方案：

方案一：將航路點SZ052的高度從900米提高至1200米；

方案二：修改雷達(dá)引導(dǎo)航跡，如圖4所示：紅色為原始航跡，黃色為新設(shè)計雷達(dá)引導(dǎo)航跡，RC1-RC2航段距離為6海里，RC2 - CF34距離為5.7海里。

4.2 進(jìn)場修改方案評估

在SIMMOD軟件中分別構(gòu)建兩種方案的模型并進(jìn)行仿真運行，將結(jié)果與現(xiàn)行模型的仿真結(jié)果進(jìn)行對比，評估超高障礙物對進(jìn)場飛行的影響程度及修改方案的可行性。除了進(jìn)場方案不同之外，各模型的其他條件完全一致。

依據(jù)SIMMOD仿真輸出結(jié)果，分析進(jìn)、離港航班在不同高峰小時架次下的延誤時間，可得出結(jié)論：離場平均延誤時間隨著小時架次的增加逐漸增大，當(dāng)小時總架次為60架、小時離港航班為28架次時，方案一與方案二的離場平均延誤時間較現(xiàn)行方案分別增加4秒和6秒，說明障礙物對離港航班的運行影響較?。贿M(jìn)場平均延誤時間隨著小時架次的增加逐漸增大，當(dāng)小時總架次為60架、小時進(jìn)港航班為32架次時，方案一與方案二的進(jìn)場平均延誤時間較現(xiàn)行方案分別增加113秒和191秒，說明障礙物對進(jìn)場航班的運行有較顯著的不利影響。

如圖7所示，小時航班量低于40架次時，障礙物對深圳機(jī)場的航班影響較?。恍r航班量高于40架次時，隨著小時架次的增加，障礙物對寶安機(jī)場的運行影響不斷增大，當(dāng)小時架次為60時，方案一與方案二的平均延誤時間較現(xiàn)行方案分別增加23.5%和28.6%。

4.3 機(jī)場容量提高方案研究

4.3.1 近期方案

1）平安大廈的建設(shè)，將導(dǎo)致深圳機(jī)場的運行容量有所減少，為了改善這種局面，提出如下近期調(diào)整方案：

2）將東低扇管制席位增加至兩個，一個席位專門負(fù)責(zé)離場航班，一個席位專門負(fù)責(zé)進(jìn)場航班；

3）增加管制席位相關(guān)設(shè)備及管制人員；

加強(qiáng)管制員工作技能的培訓(xùn)，提高管制員的工作能力。

高峰時刻管制員壓力較大，通過增加席位的方式，可以降低管制員工作負(fù)荷，大大提高扇區(qū)的運行效率，在增加容量的同時確保運行安全。通過加強(qiáng)培訓(xùn)，可以有效提高管制員的工作能力，提高管制運行效率。

4.3.2 遠(yuǎn)期方案

根據(jù)深圳機(jī)場平行跑道獨立進(jìn)近飛行程序規(guī)劃方案，該障礙物未來將不會影響深圳機(jī)場的容量。但遠(yuǎn)期深圳機(jī)場的航班量也將大幅增加，以目前的運行狀態(tài)必將無法滿足未來需求。

為了繼續(xù)提高深圳機(jī)場航班量，遠(yuǎn)期必須著眼于珠海終端區(qū)的整體情況，優(yōu)化現(xiàn)有的空域結(jié)構(gòu)和深圳機(jī)場的跑道運行模式，同時增加珠海終端區(qū)內(nèi)各大機(jī)場，包括港澳機(jī)場的協(xié)調(diào)運行能力。

4.4 近期方案仿真分析

對有障礙物影響的方案一（1200m）和方案二（新航路）采用增加管制席位的方法，提高管制效率。東低扇增加一個席位，形成東低扇兩個席位分別管制進(jìn)場航班和離場航班的工作模式。增加席位后，航班平均延誤時間有所減小，運行容量明顯增加。

在航班平均延誤時間5分鐘時，未增加席位的無障礙物情況下，深圳機(jī)場空域的小時容量為48架次；增加席位后，方案一小時容量為56架次；方案二的小時容量為55架次。與增加席位之前的小時容量（無障礙物）比較，方案一的運行容量提高了13.5%，方案二的運行容量提高了11.7%。

通過席位增加及提高管制員能力，仿真的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)運行容量明顯提高，可以有效解決平安大廈的建設(shè)導(dǎo)致深圳機(jī)場空域容量降低的問題。

5 結(jié)語

針對“平安大廈”的建設(shè)將降低深圳機(jī)場運行容量的具體問題，本文采用SIMMOD PLUS仿真軟件對深圳機(jī)場及其所處的珠海終端區(qū)空域結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真評估。綜合考慮機(jī)場運行需求及管制工作負(fù)荷，評估超高障礙物對深圳機(jī)場運行的影響，并針對限制機(jī)場容量的“瓶頸”，提出兩種進(jìn)場航跡的修改方案及近、遠(yuǎn)期優(yōu)化措施。

本文在仿真分析過程中忽略了機(jī)場對終端區(qū)空域運行效率的影響，而事實上機(jī)場地面停機(jī)位的分配、滑行道的使用、跑道運行模式等因素都與航空器空中運行有密切聯(lián)系。特別值得注意的是，某些機(jī)場的擺渡車、牽引車、行李車等保障車輛也很有可能成為限制機(jī)場運行容量的瓶頸。

后續(xù)工作中，應(yīng)當(dāng)考慮機(jī)場布局、保障能力等地面因素對機(jī)場運行效率的影響，進(jìn)行空地一體化聯(lián)合仿真。另外，由于珠江三角洲地區(qū)空域狹小、機(jī)場密集，且區(qū)內(nèi)機(jī)場建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，形成了機(jī)場布局不合理，跑道方向相互交叉的現(xiàn)狀，大大增加了空中交通管理的復(fù)雜性，限制了流量的進(jìn)一步增長。利用計算機(jī)仿真方法分析空域運行瓶頸并研究整體優(yōu)化措施，是未來工作的重點。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李浩瀚.跑道容量仿真模型分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2009，11（3）：1-3.

[2]D.Delahaye，S.Puechmorel.3D airspace sectoring by evolutionary computation：real-world applications[J].ACM Press New York， NY，USA，2006：1637-1644.

[3]韓松臣，張明.依據(jù)管制工作負(fù)荷的扇區(qū)優(yōu)化新方法[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報，2004，Vol. 36（1）：92-96.

[4]高偉，黃朝偉.重慶機(jī)場終端區(qū)容量評估的仿真研究[J].中國民航大學(xué)學(xué)報，2010（5）：1-4.

[5]Aybek F，Cavcar A.Delay Analysis for the RNAV Approach Procedure at Istanbul Yesilkoy TMA Using SIMMOD[J].

[責(zé)任編輯：田吉捷]