空域優(yōu)化實現(xiàn)運輸機場空域節(jié)約方法研究

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摘要:面對空中交通流量的不斷增長引發(fā)的空中交通擁堵問題，我們常采用開辟新航線，增加跑道數(shù)量等方法解決。但是我們擁有的空域是有限的，并且通常由空軍占主體，大型運輸機場的吞吐量更大，因而情況更加嚴(yán)重。因此如何進行合理規(guī)劃，通過對現(xiàn)有空域的優(yōu)化實現(xiàn)空域節(jié)約，是十分重要的。我們通常進行空域優(yōu)化的方法有終端區(qū)扇區(qū)的優(yōu)化、航線的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，本文就對這些方法進行研究，希望研究找出大型運輸機場空域節(jié)約的最優(yōu)方法。

關(guān)鍵詞:空域優(yōu)化;空域節(jié)約;PBN飛行程序;航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

1緒論

進入到新時代，我國民用航空也進入到空前的發(fā)展。尤其是三大機場，其中首都機場旅客吞度量世界第二，浦東機場貨郵吞吐量世界第三，是名副其實的大型運輸機場。但是，繼續(xù)發(fā)展面臨的問題也呼之欲出:空中交通流量的不斷增加，新航路的開辟，使得空中交通堵塞問題日趨嚴(yán)重，另外由于我國空域的使用由空軍占主體，空域利用的不合理性使得矛盾更加尖銳，怎樣在有限的空域中實現(xiàn)滿足流量增長的需求，就需要在原有的空域規(guī)劃上進行優(yōu)化，實現(xiàn)節(jié)約的思想。所謂空域節(jié)約，就是在現(xiàn)有可用空域條件下，對大型運輸機場的復(fù)雜航路進行空域優(yōu)化，從而滿足流量增長的需求，也通過空域的最優(yōu)規(guī)劃，實現(xiàn)資源的節(jié)約。

2航線結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通常，影響區(qū)域流量的制約因素有:空域管理、軍航飛行、航路容量、地形和天氣等。航路容量直接限制了航班增長量，如何提高航路容量成為了主要問題。去年京津冀地區(qū)實現(xiàn)了空域優(yōu)化方案的實施，這次優(yōu)化的思路是“單項循環(huán)，航路分流”，也就是通過增加航線，讓以前雙向混行的飛機分道行駛，這樣，飛機間隔縮短，有利于提高準(zhǔn)點率。

2．1利用PBN飛行程序的空域優(yōu)化

相對于傳統(tǒng)導(dǎo)航方式，基于性能的導(dǎo)航的實施與應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢。實施PBN技術(shù)，可以確定明確的運行要求，避免機載和地面設(shè)備的重復(fù)性安裝，從而也避免重復(fù)性的適航和運行批準(zhǔn)。對空中交通管理部門來說，可以減少管制員的工作負(fù)荷，更好的保證飛行安全。PBN與傳統(tǒng)導(dǎo)航相比則明顯不同，只要是在基站的信號覆蓋之下，航路點就可以靈活選擇。我們可以建立從航路點到航路點的航線結(jié)構(gòu)和平行航路，或是基于RNAV/RNP航路的平行偏置飛行，提高航路選擇的靈活性，減少航路擁擠，提高空域利用率和交通流量。終端區(qū)空域資源有限，飛行密度大，并且有大量的飛機穿越高度層的情況。PBN程序結(jié)合相關(guān)的垂直引導(dǎo)，可以降低終端排序難度。通過PBN程序設(shè)計，可以在進離場的某些必要的航路點上限定飛行器的高度、速度，根據(jù)不同航向劃定不同的平行進離場程序，并且使之在正常運行上有一定的時間間隔。在使用RNAV導(dǎo)航后，空中交通流量更加密集，這無論是對節(jié)約現(xiàn)有空域還是為增加航線，都提供了可能。

2．2機場群航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

航線的規(guī)劃一般是航空公司根據(jù)自己的功能定位和航班需求制定的符合自己利益的航線，在我國現(xiàn)行的航空公司運行的復(fù)雜情況下，航線的規(guī)劃缺乏整體性和有機性。因此，有人提出針對機場群的航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，在局域內(nèi)實現(xiàn)聯(lián)系的航線規(guī)劃。航線規(guī)劃分點對點規(guī)劃法和中心輻射型規(guī)劃法。點-點式航線即在兩個通航點之間構(gòu)成直達航線，一個點為出發(fā)地，另一點為目的地。點-點型的航線規(guī)劃大部分都是直達目的地的航線，對于乘客而言，是其最為理想的航空運輸方式;對航空公司而言，這種航班運營易于安排，因為航班運營間缺乏相互關(guān)聯(lián)，但這種關(guān)聯(lián)性的缺乏會造成從根本上抑制客座率，因此該方法無法滿足對航空運輸市場潛在運力的挖掘與開發(fā)，難以應(yīng)對當(dāng)前形勢下的運輸需求。中心輻射型航線規(guī)劃在推動航空公司航線安排、票價制定、時刻分布等方面有更多自由的空間，在大型運輸機場采用中心輻射型航線，也可使其與周邊較小城鎮(zhèn)實現(xiàn)銜接，緩解運輸壓力。利用決策樹算法來進行機場群的航線優(yōu)化，可以綜合考慮航班準(zhǔn)點率、航空公司份額和功能定位。然后根據(jù)高峰小時容量限制、機場航線輻射范圍、航班的唯一性和航空公司和航班時刻一致性分別給出約束條件，進行決策樹的模型求解。選取樣本，進行數(shù)據(jù)預(yù)處理。計算航線評價值。構(gòu)造決策樹，分為決策樹的建立和決策樹的剪枝。計算各方案損益值。得出最優(yōu)方案。根據(jù)實例分析表明，優(yōu)化后的機場群總體效益提高了8．21%，優(yōu)化效果顯著。

2．3小結(jié)

在個例大型運輸機場上采用PBN技術(shù)進行導(dǎo)航，有效的節(jié)省了空域，使得在航線規(guī)劃上更加靈活更加自主，提高了空域利用率。在整體上，提出機場群航路網(wǎng)的規(guī)劃，通過優(yōu)化尋找出從中心城市出發(fā)，最優(yōu)的航路輻射網(wǎng)，體現(xiàn)整體性和聯(lián)系性，使得空域節(jié)約更加從全局出發(fā)，配合使用CDM協(xié)同決策，使得從空域規(guī)劃到空中交通服務(wù)都更加科學(xué)高效。

3總結(jié)

空域一直是我國民航發(fā)展的限制要素，由于我國特殊的國情，空域資源主要由空軍掌握，民航和其他航空飛行可用空域很少。開放空域有限，大型運輸機場的流量日益增加，使得我們必須在空域節(jié)約上做出更多努力。首先在空域規(guī)劃方面，合理的扇區(qū)規(guī)劃，不但可以降低管制人員的工作負(fù)荷，也可以使流量得到疏解，調(diào)整空域結(jié)構(gòu)從而解決空域使用與飛行需求之間的矛盾;另外，從機場群考慮，綜合規(guī)劃航路網(wǎng)絡(luò)，加強樞紐機場與周邊小機場的支線聯(lián)系;另外，從空域利用方面，如果能協(xié)調(diào)軍民航的運作機制，實行動態(tài)空域使用管理，提高空域使用的精細(xì)程度、靈活性和運作效率，滿足多種用戶的飛行需求，同時綜合考慮國家安全因素、用戶需求和飛行管制能力，開放低空空域并科學(xué)管理和優(yōu)化低空空域，是現(xiàn)代交通的迫切需求，同時也能使通航得以發(fā)展，提高資源利用率;第三各方面，在飛行程序上由傳統(tǒng)飛行程序?qū)Ш街饾u過渡到PBN飛行程序，不僅可以提高導(dǎo)航的可靠性，減少地面導(dǎo)航設(shè)施的投資費用，對于優(yōu)化航路，提高空域利用率也是一個非常重要的舉措。通過以上方法，對大型運輸機場的空域?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化，節(jié)約我們現(xiàn)有的空域，是應(yīng)對現(xiàn)在空域緊張的最好方法。

作者：曹永樂 單位：中國民航大學(xué)機場學(xué)院