空域優化實現運輸機場空域節約方法研究
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摘要:面對空中交通流量的不斷增長引發的空中交通擁堵問題，我們常采用開辟新航線，增加跑道數量等方法解決。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，因而情況更加嚴重。因此如何進行合理規劃，通過對現有空域的優化實現空域節約，是十分重要的。我們通常進行空域優化的方法有終端區扇區的優化、航線的結構優化等，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約的最優方法。
關鍵詞:空域優化;空域節約;PBN飛行程序;航線網絡優化
1緒論
進入到新時代，我國民用航空也進入到空前的發展。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，繼續發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滿足流量增長的需求，就需要在原有的空域規劃上進行優化，實現節約的思想。所謂空域節約，就是在現有可用空域條件下，對大型運輸機場的復雜航路進行空域優化，從而滿足流量增長的需求，也通過空域的最優規劃，實現資源的節約。
2航線結構優化
通常，影響區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。去年京津冀地區實現了空域優化方案的實施，這次優化的思路是“單項循環，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，有利于提高準點率。
2．1利用PBN飛行程序的空域優化
相對于傳統導航方式，基于性能的導航的實施與應用具有很大的優勢。實施PBN技術，可以確定明確的運行要求，避免機載和地面設備的重復性安裝，從而也避免重復性的適航和運行批準。對空中交通管理部門來說，可以減少管制員的工作負荷，更好的保證飛行安全。PBN與傳統導航相比則明顯不同，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構和平行航路，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程序結合相關的垂直引導，可以降低終端排序難度。通過PBN程序設計，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導航后，空中交通流量更加密集，這無論是對節約現有空域還是為增加航線，都提供了可能。
2．2機場群航線網絡優化
航線的規劃一般是航空公司根據自己的功能定位和航班需求制定的符合自己利益的航線，在我國現行的航空公司運行的復雜情況下，航線的規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絡優化，在局域內實現聯系的航線規劃。航線規劃分點對點規劃法和中心輻射型規劃法。點-點式航線即在兩個通航點之間構成直達航線，一個點為出發地，另一點為目的地。點-點型的航線規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聯，但這種關聯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，難以應對當前形勢下的運輸需求。中心輻射型航線規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實現銜接，緩解運輸壓力。利用決策樹算法來進行機場群的航線優化，可以綜合考慮航班準點率、航空公司份額和功能定位。然后根據高峰小時容量限制、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，進行數據預處理。計算航線評價值。構造決策樹，分為決策樹的建立和決策樹的剪枝。計算各方案損益值。得出最優方案。根據實例分析表明，優化后的機場群總體效益提高了8．21%，優化效果顯著。
2．3小結
在個例大型運輸機場上采用PBN技術進行導航，有效的節省了空域，使得在航線規劃上更加靈活更加自主，提高了空域利用率。在整體上，提出機場群航路網的規劃，通過優化尋找出從中心城市出發，最優的航路輻射網，體現整體性和聯系性，使得空域節約更加從全局出發，配合使用CDM協同決策，使得從空域規劃到空中交通服務都更加科學高效。
3總結
空域一直是我國民航發展的限制要素，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約上做出更多努力。首先在空域規劃方面，合理的扇區規劃，不但可以降低管制人員的工作負荷，也可以使流量得到疏解，調整空域結構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，綜合規劃航路網絡，加強樞紐機場與周邊小機場的支線聯系;另外，從空域利用方面，如果能協調軍民航的運作機制，實行動態空域使用管理，提高空域使用的精細程度、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管理和優化低空空域，是現代交通的迫切需求，同時也能使通航得以發展，提高資源利用率;第三各方面，在飛行程序上由傳統飛行程序導航逐漸過渡到PBN飛行程序，不僅可以提高導航的可靠性，減少地面導航設施的投資費用，對于優化航路，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實現優化，節約我們現有的空域，是應對現在空域緊張的最好方法。
作者：曹永樂 單位：中國民航大學機場學院