趙延毫，張勁松，路 娜

(鄭州航空工業(yè)管理學院 民航學院，河南 鄭州 450046)

0 引言

儀表飛行程序中的進場航段是銜接航路飛行階段與進近著陸階段的重要部分，其作用是理順航路與機場運行線路之間的關系，提高運行效率。目前常用的進場方式為基于進場程序的雷達引導模式。傳統(tǒng)雷達引導模式具有指揮靈活的優(yōu)點，但航跡的可預測性低，而且需要管制員和飛行員頻繁地通話，易出錯，工作負荷大[1]。近年來，隨著我國空域流量的大幅增加，許多機場的進場航段已趨于飽和，傳統(tǒng)的雷達引導模式很容易造成航班延誤和飛行沖突。針對傳統(tǒng)雷達引導中存在的調(diào)控工作量大、垂直剖面預測和改善困難、低空軌跡離散等問題，歐洲航行安全組織實驗中心提出將點融合技術用于改進傳統(tǒng)化終端區(qū)運行模式。在管制層面，點融合技術簡化了管制工作任務，提升了運行效率；在飛行層面，點融合技術有利于減少雷達引導，改變飛行員被動飛行的狀態(tài)[2]。本文通過對歐洲空管中心的點融合技術進行研究，介紹了點融合程序的結構特點、程序設計的角度限制和運行點融合程序的步驟和方法;最后研究了點融合系統(tǒng)的容量評估方法，并對某機場的點融合程序容量進行了評估計算。

1 點融合飛行程序介紹

1.1 點融合基本結構

點融合(Point Merge,PM)是對進場航班流進行線性排序的一種系統(tǒng)化方法。PM是運用了圓弧上任意一點到圓心距離相等的基本原理并基于區(qū)域?qū)Ш?RNAV)技術來設計近似弧形的飛行程序，通過使用飛行管理系統(tǒng)(FMS)橫向引導(LNAV)功能，在雷達管制條件下實現(xiàn)簡化管制任務的運行方式[3]。

點融合技術所設計的飛行程序主要有融合點(M點)和排序邊(S邊)組成。

融合點(M點)：負責將機場終端區(qū)范圍內(nèi)不同來向的航空器匯聚的一個點，由經(jīng)緯度坐標所確定[4]。不同進場方向的航班流在該點進行排隊重組，并按照一定管制間隔有序通過，進入下一航段。

排序邊(S邊)：一條在可用空域內(nèi)以M點為圓心，以一定的距離為半徑而設計的弧線。從實際運行角度來看，排序邊由許多條到M點距離相等的線段拼接而成[5]。據(jù)圓弧上任意一點到圓心的距離相等的原理，位于同一條排序邊上的飛機到融合點的距離相等，這樣管制員就可很方便地通過控制飛機轉彎飛向融合點的時機來準確控制飛機之間的間隔，實現(xiàn)航班流的有序飛行[6]。點融合飛行程序結構如圖1所示。

沿排序邊飛行的飛機之間需要滿足一定的管制間隔，排序邊越長、間隔越小，排序邊可以容納的航班數(shù)量越多。而飛機轉彎飛向融合點的時機，由管制員掌握和發(fā)布，通過控制飛機在排序邊上多飛或少飛，實現(xiàn)對飛機飛行路徑的拉伸和收縮功能，保證管制的精確性[7]。

對于存在多條排序邊的點融合程序，其航班在排序邊飛向融合點的過程中，通常需要減速和降低高度以通過融合點，因此為了避免內(nèi)外排序邊上的飛機在飛往融合點時飛行剖面的交叉影響，內(nèi)排序邊要比外排序邊高一個垂直間隔[8]。

1.2 點融合程序角度限制

為了方便飛行員實施，點融合系統(tǒng)對程序轉彎的角度也有限制，如圖2所示。

圖1 點融合飛行程序結構圖

圖2 點融合程序角度示意圖

(1)進入角α：為了方便航空器切入點融合程序，進入點融合系統(tǒng)的第一個航路點應為旁切點，進入角度應小于90°。

(2)飛向融合點的轉彎角度β：由于排序邊和弧半徑近似垂直，故β角常為90°。

(3)飛離融合點飛往下一航段的航跡變化角γ：在排序邊飛行時，轉彎時機的不同，γ角也不同，γ角最小可為0°，即飛離融合點進入下一航段時保持直飛無須調(diào)整航跡，γ最大不應超過90°。

(4)融合區(qū)范圍角δ：δ角的大小和排序邊的長度有關，δ角越大，融合區(qū)范圍越大，點融合系統(tǒng)可容納飛機的數(shù)量越多，容量越大，但需要的空域也越大。因此δ角需要根據(jù)可用空域情況和該區(qū)域流量的大小進行設計。

2 點融合程序的運行

2.1 基本運行方法

點融合程序設計的宗旨是方便管制員實現(xiàn)對航班流的精細化控制，避免使用傳統(tǒng)的等待程序，造成飛機間隔過大，浪費空域[9]。其優(yōu)點在于航班可自主有序地通過點融合程序，在雷達屏幕上給管制員一個直觀化的進場交通流，有效減少陸空通話次數(shù)，提高運行效率。其運行步驟如下：

(1)以一定的管制間隔，建立排序邊上航班飛行序列；

(2)達到規(guī)定的間隔后，向排序邊上的航班發(fā)布“轉彎直飛融合點”的指令；

(3)通過控制飛行速度和高度，保持融合區(qū)內(nèi)的航班的順序和間隔。

2.2 點融合程序運行要求

(1)空域要求。由于點融合系統(tǒng)在設置排序邊和融合點時，均以基于性能的導航(PBN)程序的航路點為基礎，因此設計點融合程序時，其空域應能夠?qū)嵤㏄BN程序且該空域為雷達管制空域，能夠?qū)嵤├走_引導。

(2)航空器及駕駛員要求。運行點融合程序的航空器需確保其機載設備滿足運行RNAV-1的能力，且在其機載導航數(shù)據(jù)庫中，已有最新的相應點融合程序可供使用[10]。航空器駕駛員需要能夠熟練使用FMC中的LNAV功能，以保持其在排序邊上的飛行。

(3)空管人員的要求。管制人員在指揮點融合程序運行前，需經(jīng)過相應的培訓且考核合格，能夠熟練掌握點融合程序的運行特點和指揮技巧，能夠有效應對突發(fā)情況和特殊情況。在程序運行過程中，管制員要注意實時監(jiān)控融合區(qū)內(nèi)的航班，當滿足間隔標準時，對排序邊上的飛機要及時發(fā)布“直飛”指令，避免指令過晚，浪費間隔。當終端區(qū)空域內(nèi)點融合程序和其他管制程序同時運行時，管制員需特別注意：必要時應及時采取相應的管制手段，避免不同運行模式間產(chǎn)生飛行沖突。

2.3 特殊情況下的運行

(1)機載導航精度降低。當由于某種原因，導致飛機機載導航精度不能滿足運行點融合程序的要求時，飛行員應當及時將情況報告給管制員，管制員應立即使其結束運行點融合程序并給予航空器雷達引導[11]。

(2)排序邊溢出。若航空器經(jīng)過點融合程序，在排序邊上飛行時一直未收到直飛指令，則默認飛至排序邊的最后一個航路點時可轉彎飛至融合點，以應對排序邊溢出，這種應對方式為被動應對；還可以將點融合程序和傳統(tǒng)等待程序結合使用，以主動應對排序邊的溢出。

在航空器進入點融合系統(tǒng)排序邊之前的適當位置，設置傳統(tǒng)的等待程序，用于限制進入排序邊的流量使其不超過點融合程序的最大容量，從而有效應對排序邊溢出，如圖3(a)所示。也可在排序邊末端一定空域內(nèi)設置等待程序，以應對出現(xiàn)跑道臨時關閉、前方空域臨時限制等情況時有飛機仍在排序邊上飛行，此時飛機需要飛完整個排序邊然后進入等待程序進行等待，如圖3(b)所示。

圖3 點融合等待程序設計方案

3 點融合系統(tǒng)容量評估

根據(jù)點融合系統(tǒng)的結構，其容量主要有融合點的容量C1、融合區(qū)的容量C2和排序邊的容量C3構成。航班流經(jīng)過點融合系統(tǒng)后經(jīng)融合點流向跑道，點融合系統(tǒng)就像一個蓄水池，融合點如蓄水池的放閘口，所以點融合系統(tǒng)消化航班的能力由C1、C2、C3中較小者決定，容納航班的能力由C1、C2、C3中的較大者決定。下面以某機場的點融合程序為例，計算點融合系統(tǒng)的消化能力和容納能力。

某機場有12L/30R和12R/30L兩條跑道，運行模式為隔離平行運行，即：12R/30L用于起飛，12L/30R用于落地。以使用最頻繁的12L跑道為例，其點融合程序如圖4所示。

某機場進場航班流主要為北邊從NOPIN進場，西邊從P320進場，南邊和東邊匯聚后由KADMA進場，所以根據(jù)航班流情況，設置兩條排序邊，為了應對點融合系統(tǒng)溢出，在進入點融合系統(tǒng)前均設置了等待程序?？紤]到空域狀況，外排序邊高度為2400 m，長度為35 km；內(nèi)排序邊高度2700 m，長度為25 km，為了使不同類型的飛機保持安全間隔，限制進入排序邊的速度為407 km/h。融合點設置在IAF處，高度為1200 m，限制過融合點的速度為380 km/h。

根據(jù)雷達尾流間隔標準，前后均為重型航空器時，最小間隔為8 km；重型航空器在前，中型航空器在后時，最小間隔為10 km；重型航空器在前，輕型航空器在后時，最小間隔為12 km；中型航空器在前，輕型航空器在后時，最小間隔為10 km?？紤]某機場以中型航空器運行為主，故在內(nèi)排序邊上的安全間隔均為10 km，外排序邊兩頭為8 km間隔，其余為10 km間隔。

圖4 某機場12 L跑道點融合程序

3.1 融合點容量計算

3.2 融合區(qū)容量計算

3.3 排序邊容量計算

由此可見某機場12L跑道的點融合程序的消化航班的能力C消化=min{C1,C2,C3}=28，容納能力C容納=max{C1,C2,C3}=49。點融合系統(tǒng)的消化能力主要是受跑道容量的限制，當航班量小于C1時，航班不會產(chǎn)生延誤，能夠順利通過點融合程序落地。當航班量大于C1小于C3時，點融合系統(tǒng)就發(fā)揮了其容納航班的優(yōu)勢，使航班有序通過點融合系統(tǒng)，減少航班延誤。當航班流量大于C3時，點融合系統(tǒng)會產(chǎn)生溢出和崩潰，所以運行時管制員要注意監(jiān)控航班流量，及時使用外接的等待程序避免進入點融合系統(tǒng)的航班量大于C3。

4 結論

點融合系統(tǒng)作為一種航行新技術，現(xiàn)已廣泛應用于空中流量較大的機場終端區(qū)。本文首先對點融合系統(tǒng)的基本結構及一些角度限制進行了介紹，為其他機場點融合程序的設計提供參考。其次從運行層面介紹了運行點融合系統(tǒng)時應注意的事項，以及一般運行和特殊情況下的運行方法。最后研究了點融合系統(tǒng)的容量評估，并以某機場為例，計算了該機場點融合系統(tǒng)的容量，對于該機場點融合系統(tǒng)而言，其消化航班的能力主要受跑道容量的限制，容納航班的能力主要受排序邊容量的限制。因此在程序運行時，管制員需注意監(jiān)控進入點融合系統(tǒng)的航班流量，避免航班流量超過點融合系統(tǒng)的容納能力，造成系統(tǒng)溢出和崩潰，影響運行。