張佶鵬

摘 要：機場建設對帶動周邊區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義，但同時飛機運行也會帶來較大的航空噪聲，對生活工作影響較大。為實現(xiàn)節(jié)能降噪，需要從實際情況出發(fā)，對不同飛行程序航跡進行聚類分析，編制最為合理的優(yōu)化才方法，將噪聲最優(yōu)航跡作為依據(jù)對飛行程序進行指導優(yōu)化，盡量避免經(jīng)過人口稠密區(qū)域，降低航空噪聲的影響。該文對飛行程序優(yōu)化方法進行了分析，爭取實現(xiàn)節(jié)能降噪效果。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降噪 飛行程序 噪聲最優(yōu)航跡

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（a）-0006-02

近年來我國航空行業(yè)發(fā)展迅速，機場建設數(shù)量不斷增多，并且現(xiàn)存航空噪聲問題比較嚴重，大部分未采取有效方法進行解決?；诠?jié)能降噪理念，對飛行程序進行分析，最大程度上來降低噪聲對周邊區(qū)域的影響。其中，航跡決定了航空噪聲分布模式，機場運營過程中每天均會產(chǎn)生大量的航跡數(shù)據(jù)，因為每條航跡均為執(zhí)行飛行程序得來，這樣便可以通過對航跡所執(zhí)行飛行程序聚類分析，來達到節(jié)能減噪目的。

1 飛行程序特點分析

航空器從起飛到著陸整個飛行過程包括離場、巡航、進場以及進近四個階段，其中除巡航外，均為飛行程序內(nèi)容。

第一，離場程序。即按照需求提前規(guī)劃的離場航線，作為終端區(qū)與航路結(jié)構(gòu)的過渡。為航空器飛離機場提供一條線路，其中要能夠滿足最小凈爬升梯度，并避開扇區(qū)。離場程序起點為跑道起飛末端，即公布的適用于起飛區(qū)域末端。并且因為飛機離地點變化較大，一般按照飛機在DER標高之上120 m開始轉(zhuǎn)彎時不早于離跑到開始端600 m方法設計[1]。離場程序的實現(xiàn)，需要沿著規(guī)定飛行航跡到達下一飛行階段允許最低高度/高的一點終止，則到等待點、爬升至航路最低安全高度以及飛至起始進近定位點為三種終止點。

第二，進場程序。即提前規(guī)劃的進場航線，作為航路結(jié)構(gòu)與終端區(qū)內(nèi)一個定位點或航路點的過渡。其中，起點包括飛機離開航路飛行開始點與走廊口兩種；終止點包括等待點和起始進近定位點兩種。

第三，進近程序。即根據(jù)飛行儀表和對障礙物保持規(guī)定超障礙余度，提前預定一系列機動飛行，需要從起始進近定位點或從規(guī)定進場航路開始，到達著陸一點終止。假設如果不能順利著陸，則需要飛行到使用等待或航路飛行超障準則位置。按照速度可以將進近程序劃分為A、B、C、D、E五類；按照導航設備可以將進近程序劃分為NDB進近、VOR進近、NDB/DME進近、ILS進近、VOR/DME進近以及區(qū)域?qū)Ш竭M近等。

2 航跡聚類分析確定最優(yōu)航跡

2.1 CURE航跡聚類算法

空管部門通過雷達檢測設備來獲得飛行運行中經(jīng)度、緯度、高度等數(shù)據(jù)，并將其整合成航跡數(shù)據(jù)，機場每天運營會產(chǎn)生大量航跡數(shù)據(jù)。對航跡數(shù)據(jù)進行聚類分析，可以應用航跡相似性度量方法，將執(zhí)行同一飛行程序的航跡聚為一類。利用航跡點法向距離的方法來度量兩條航跡間相似性，定義得到航跡間相似性矩陣Rr，如式（1）所示：

其中，dni表示第n條航跡與第i條航跡航跡點法向距離。因為K-Means聚類算法隨機初始化聚類中心，會使得聚類結(jié)果形成局部最優(yōu)，可選擇應用基于層次CURE聚類算法分析，以使用中心點和多個代表點表示聚類。

2.2 飛行程序航跡噪聲差異分析

通過航跡聚類分析后，將執(zhí)行同一飛行程序的航跡聚為一類，但是在實際飛行中，受飛行員個人能力、天氣狀況、飛行性能等因素限制，最后不同飛機最終產(chǎn)生的噪聲也存在一定差異性，且呈現(xiàn)發(fā)散性特點。航跡決定了機場周圍噪聲分布模式，對執(zhí)行同一飛行程序不同航跡噪聲差異性進行研究，定義其存在的差異性評價指標：

其中，ti與tj為執(zhí)行同一飛行程序航跡中，第i和第j個航班航跡；m∈{1，2，…，num}為噪聲敏感點編號，num為機場周圍噪聲敏感點個數(shù)；Lm（ti）表示第i條航跡對第m個噪聲敏感點的噪聲影響值。式（2）表示同一飛行程序兩條運行航跡產(chǎn)生存在明顯差異的機場噪聲，充要條件為機場周圍噪聲敏感點內(nèi)至少存在一個噪聲敏感點導致同一飛行程序兩條航跡在此敏感點噪聲差值在5 dB以上。因為噪聲差異大小會受到多個因素影響，如生活噪聲、車輛噪聲、氣候噪聲等，5 dB以內(nèi)認為兩個航跡不存在噪聲差異，但是超過此數(shù)值便可確認存在顯著差異。通過統(tǒng)計方法T-test檢驗航跡噪聲差異性，確定執(zhí)行同一飛行程序的運行航跡會存在明顯噪聲差異。

2.3 飛行程序最優(yōu)航跡

基于節(jié)能降耗理念，對飛行程序進行優(yōu)化分析，需要確定最優(yōu)航跡，降低航空噪聲對周邊環(huán)境的影響。因為執(zhí)行同一飛行程序不同航班航跡噪聲存在明顯差異，且具有發(fā)散性特點。需要確定一條最優(yōu)航跡，將機場周邊噪聲敏感點受到的噪聲影響降到最低，對其進行量化計算，定義一條航跡綜合噪聲評價量為：

其中，num表示噪聲敏感點個數(shù)；Ej（ti），j∈（1，2，…，num）表示第i條航跡對第j個噪聲敏感點綜合噪聲影響，即：

其中，Lj（ti）表示第i條航跡在第j個噪聲敏感點產(chǎn)生的噪聲值，將其除以100（默認最大噪聲值為100分貝）進行數(shù)據(jù)歸一化操作；Nnm（Lj（ti）>70dB）和Arear（Li（ti）>70dB）分別表示Li（ti）>70dB人口數(shù)和區(qū)域面積；Totalj（Punm）與Totalj（arer）分別表示第j個噪聲敏感點總?cè)丝跀?shù)和總區(qū)域面積。航跡i在噪聲敏感點j處產(chǎn)生噪聲值、受噪聲影響人口數(shù)和區(qū)域面積均利用INM計算得到。

即對執(zhí)行同一飛行程序的所有航班航跡集合T={t1，t2，…，t3}，其中z為執(zhí)行同一飛行程序的航班總數(shù)，噪聲最優(yōu)航跡tbest為：

即某飛行程序噪聲最優(yōu)軌跡tbest為航跡集合T內(nèi)噪聲評價量最小的航跡，航空噪聲對周邊環(huán)境造成的影響最小。

3 基于節(jié)能降噪飛行程序優(yōu)化

基于節(jié)能降噪要求對飛行程序進行優(yōu)化分析，需要對受機場噪音影響區(qū)域職能性進行調(diào)整，形成現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、物流倉儲、郊區(qū)綠化等噪聲敏感度較低用地。并確定降低噪聲對居民影響工作核心，盡量避免經(jīng)過居民區(qū)。將噪聲最優(yōu)航跡作為依據(jù)，對該航跡上距離飛行程序各航路點最近航跡點進行精確計算，然后對飛行程序各航路點進行優(yōu)化，有效避開噪聲敏感點。即在飛行控制區(qū)域內(nèi)，不影響飛行安全的同時，降低噪聲敏感點綜合噪聲影響，達到降低機場周邊噪聲敏感點綜合噪聲影響目的。

4 結(jié)語

飛機運行產(chǎn)生噪聲較大，對周邊環(huán)境影響十分嚴重，基于節(jié)能降耗理念對航空噪聲問題進行研究，需要確定飛行程序特點，經(jīng)過聚類分析確定執(zhí)行同一飛行程序航班航跡噪聲差異性，選擇確定最優(yōu)航跡，然后將其作為飛行程序優(yōu)化指導，降低機場周圍噪聲敏感點，達到綜合降噪目的。

參考文獻

[1] 錢戈.飛行程序優(yōu)化設計關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京航空航天大學，2015.