航空航天專業(yè) 成都雙流終端區(qū)容量及其評估方法

1、成都雙流終端區(qū)容量及其評估方法摘 要本文是基于成都雙流終端區(qū)雙跑道運行的現(xiàn)狀進行分析研究。通過對雙流機場的雙跑道運行條件和對其終端區(qū)的具體情況分析，結合文獻中的內(nèi)容提出了終端區(qū)容量的基本定義，對終端區(qū)容量的基本情況進行了說明，介紹了典型終端區(qū)空域與一般管制過程的特點，分析了影響雙流機場終端區(qū)容量的常見因素并對于可以進行改善的因素提出了相關建議，介紹了對終端區(qū)容量建模過程進行合理簡化的基本假設和思路，并在此基礎上利用概率與數(shù)理統(tǒng)計的算法，建立了終端區(qū)的基本容量的模型。關鍵詞：成都雙流機場；終端區(qū)容量；終端區(qū)空域；管制過程；容量評估模型Chengdu shuangliu terminal capa

2、city and its assessment methodAbstractThis article is based on the current situation of Chengdu Shuangliu terminal area of two runways running operation analysis. Proposed the basic definition of the capacity of the terminal area through the analysis of the double dual runway airport operating condi

3、tions and terminal area in and around the specific circumstances, combined with the contents of textbooks, described the capacity of the terminal area, a typical Terminal Area airspace and control characteristics of the process, the common factors that affect the capacity of double the airport termi

4、nal area and put forward relevant proposals for the factors that can improve the terminal area capacity modeling process reasonable simplification of the basic assumptions and ideas, and on this basis, the use of probability and mathematical statistics, algorithms, and model of the basic capacity of

5、 the terminal area.Key words: Chengdu Shuangliu airport; Terminal capacity;Airspace terminal; Control process; Capacity evaluation model目 錄引言11.成都雙流機場運行現(xiàn)狀分析21.1雙流機場雙跑道運行21.2成都現(xiàn)行的進離場程序及存在問題41.2.1成都空中走廊圖（如圖3）41.2.2成都雙流機場現(xiàn)行進離場航線存在的沖突及問題61.3雙流機場周圍機場對本場活動的影響71.3.1雙流機場周邊情況71.3.2周邊機場對雙流終端區(qū)的影響72.關于終端區(qū)容量介紹92

6、.1 終端區(qū)容量的定義92.1.1機場容量（Airport Capacity）92.1.2機場跑道容量（Airport Runway Capacity）102.1.3實際容量（Practical Capacity）和最大容量（Maximum Capacity）102.2終端區(qū)空域的一般特點112.3終端區(qū)空域的一般管制過程132.3.1終端區(qū)高度層劃分與間隔規(guī)則211132.3.2終端區(qū)飛行階段132.4影響終端區(qū)容量的各種因素132.5現(xiàn)階段可優(yōu)化的影響終端區(qū)容量限制因素142.5.1增大終端區(qū)空域自由度142.5.2優(yōu)化空管保障系統(tǒng)改善管制方式152.5.3提高管制員素質(zhì)減小其工作負荷16

7、3.終端區(qū)容量的相關數(shù)學模型183.1對終端區(qū)容量建模過程進行合理簡化的基本假設和思路183.2終端區(qū)的基本容量評估模型的構建193.3雙流02L的容量評估算例204.總結24致 謝25參考文獻26引言隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，民航業(yè)也發(fā)生著翻天覆地的變化，航空運輸量的大幅度增長在帶來巨大經(jīng)濟效益的同時也使得國內(nèi)某些地區(qū)交通負荷越來越重，在空域容量沒有相應增長的情況下，將導致空中交通網(wǎng)絡的擁擠和航班的延誤，造成飛行沖突，旅客不便和航空公司成本增加，并對飛行安全產(chǎn)生不利影響，而其中容量限制情況最嚴重的部分往往是各大機場終端區(qū)。因此有必要對于終端區(qū)的容量限制情況進行分析和研究。本文是針對成都雙流終端區(qū)

8、容量情況的研究。影響終端區(qū)容量的因素大致可分為兩類：一類是終端區(qū)的運行環(huán)境，如進離場程序、空域限制、扇區(qū)劃分、航路航線布局、天氣情況、通訊系統(tǒng)類型及分布、管制規(guī)則、管制員人力資源情況等；一類是交通流的影響，如機隊的機型組合、進離場比例、走廊口流量分布和進離航班排序等。對終端區(qū)容量大小的評價主要通過在該區(qū)域內(nèi)保證安全和一定延誤水平情況下航班架次的數(shù)目進行判斷。目前，主要以單一的小時保障架次作為運行單位保障能力的容量指標，但實際上單個小時產(chǎn)生的延誤會順延影響到下一個小時的飛行架次，因此，改用日保障架次作為容量評估輔助指標更為合理。受轄內(nèi)機場和終端區(qū)的影響和制約，終端區(qū)容量定義為：在可接受的延誤條件

9、下，一天內(nèi)終端區(qū)所能保障的最大運行架次。若終端區(qū)運行架次達到或接近飽和容量時，可視為終端區(qū)已經(jīng)飽和運行。各部門在實際操作時不能超過這個界限，否則造成航班延誤陡增，并可能會產(chǎn)生安全隱患等負面影響。對于成都雙流終端區(qū)而言，盡管成都雙流機場已經(jīng)在進行機場擴建和設備更新，擁有先進的跑道、脫離到和停機坪系統(tǒng)。進近空域已事實雷達管制并劃分扇區(qū)，管制技術也相對提高很多，但是卻還是無法跟上成都迅猛的發(fā)展速度，成都雙流機場作為西南地區(qū)面向世界的重要空中門戶，需求量猛增，日高峰可達545架次，小時最高峰達35架次，已經(jīng)超過了民航總局的規(guī)定。還有一個問題就是成都周邊軍用機場過多，民航飛機受空軍活動影響極大。所以僅僅

10、通過空中交通管制硬件設施的改善已經(jīng)不能作為提高空中交通管制容量的主要增長點。而應從空中交通管制的具體方式和工作流程入手，建立終端區(qū)的飛行流模型，并結合局方的相關間隔規(guī)定、事跡采用的管制技術手段、管制員具體工作負荷等特點，有針對性地對于終端區(qū)流量進行系統(tǒng)評估，最終據(jù)此結果對管制程序進行細節(jié)上的改進。1.成都雙流機場運行現(xiàn)狀分析1.1雙流機場雙跑道運行成都雙流國際機場標高512.4m，現(xiàn)有2條平行跑道，分為東西兩條跑道，間距為1525M東西兩跑道頭間距為1040M。兩跑道用聯(lián)絡道連接。如圖1所示：圖1 雙流機場雙跑道示意圖l 其雙跑道運行模式分為4種：1. 獨立平行儀表進近：在相鄰平行跑道儀表著陸

11、系上進近的航空器之間不需要配備規(guī)定的雷達間隔時，在平行跑道上同時進行的儀表著陸系統(tǒng)進近的運行模式。2. 相關平行儀表進近：在相鄰的平行跑道儀表著陸系統(tǒng)上進近的航空器之間需要配備規(guī)定的雷達間隔時，在平行跑道上同時進行的儀表著陸系統(tǒng)進近的運行模式。3. 獨立平行離場：離場航空器在平行跑道上沿相同方向同時起飛的運行模式。4. 隔離平行運行：在平行跑道上同時進行的運行，其中一條跑道只用于離場，另一條跑道只用于進近。l 其也可進行組合運行模式：1. 半混合運行模式：1） 一條跑道只用于進近，另一條跑道按照獨立平行儀表進近模式或者相關平行儀表進近模式用于進近，或者按照隔離平行運行模式用于離場；2） 一條跑

12、道只用于離場，另一條跑道按照隔離平行運行模式用于進近，或者按照獨立平行離場模式用于離場。2. 混合運行模式：混合運行是指兩條平行跑道可以同時用于進近和離場。由于新建的跑道儀表著陸系統(tǒng)尚未完善，塔臺僅有一個對空指揮席位等原因，雙流機場雙跑道運行采用相關平行儀表進近模式，且新跑道僅用于向北起飛，老跑道用于起飛和進近，同一時刻只允許一架飛機使用一條跑道。即采用20R起飛、20L著陸，或者20L起飛、20L著陸、或者02R起飛、02R著陸。由于雙流塔臺現(xiàn)在只有一個塔臺席位，按照CCAR93規(guī)定，同一時間內(nèi)，只能指揮一條跑道的飛機起降。因此，如圖2所示，必須保證02R跑道起飛的飛機起飛聯(lián)系進近后，02L

13、跑道著陸的飛機在跑道入口4KM前，塔臺管制員向20L跑道著陸飛機發(fā)布著陸許可。也必須保證02R跑道著陸的飛機與02L起飛的飛機之間有滿足規(guī)定的雷達尾流間隔。同時，考慮02L跑道著陸飛機復飛，與02R前方起飛的飛機要有相應的規(guī)定間隔，在這種情況下，02L跑道著陸飛機的雷達管制尾流間隔至少為16KM、02R跑道起飛飛機間隔至少為3MIN，才能保證起降飛機之間的間隔和管制員對飛機的管制負荷局方相關規(guī)定，尾流間隔按照民航局規(guī)定的塔臺管制間隔為準。圖2 雙跑道飛機間隔示意圖1.2成都現(xiàn)行的進離場程序及存在問題1.2.1成都空中走廊圖（如圖3）圖3成都空中走廊圖一號走廊：雙流VOR塔子山金堂VOR凡成都地

14、區(qū)各機場（含成都雙流、成都太平寺、鳳凰山、溫江、邛崍、彭山、新津、廣漢機場，下同）飛往蘭州、西安、南充方向的飛機，由此走廊飛出 二號走廊：五風溪VOR柏鶴寺VOR雙流西南遠臺凡蘭州、西安、南充方向飛往成都地區(qū)各機場的飛機，由此走廊飛進 三號走廊：柏鶴寺VOR資陽VOR凡成都地區(qū)各機場飛往瀘州、貴陽、宜賓、昆明、西昌方向的飛機，由此走廊飛出。 四號走廊：富家場VOR雙流西南遠臺凡瀘州、貴陽、宜賓、昆明、西昌方向飛往成都地區(qū)各機場的飛機，由此走廊飛進五號走廊：雙流西南遠臺崇州VOR凡成都地區(qū)有關機場往返昌都方向的飛機。走廊進出走廊寬度均為8公里。l 現(xiàn)行的離場航線： 蘭州方向出港的飛機，飛雙流北遠

15、臺TZSJTGDOREX； 西安、南充方向出港的飛機，飛雙流北遠臺TZSJTGVENON； 貴陽、昆明方向出港的飛機，飛雙流西南遠臺HXSZYG； 拉薩放向出港的飛機，飛雙流西南遠臺CZHl 現(xiàn)行的進場航線： 蘭州方向進港的飛機，飛DOREXJTGWFXBHSIAF； 西安、南充方向進港的飛機，飛TEBUNJTGWFXBHSIAF； 貴陽、昆明方向進港的飛機，飛ZYGBHSIAF；拉薩方向進港的飛機，飛CZHIAF1.2.2成都雙流機場現(xiàn)行進離場航線存在的沖突及問題圖4成都雙流終端區(qū)空域航線圖1) 機場終端區(qū)空域圖中進離場航路出現(xiàn)了多個交叉點（如圖4） 我們在進離場圖中可以看到多個交叉點。比如

16、，從正北面航路B330進場的航空器和從VENON點進場的航空器以及W26進場的航空器交于JTG點。類似的點還有很多，導致終端區(qū)流量沖突。2) 走廊口飛機高度限制和轉彎程序繁多 雙流機場現(xiàn)行的4進4出試走廊結構使機場進離場航線分開，從根本上保障了航空器運行的安全，緩解了機場空中交通擁擠狀況。但是我們可以看到多個點擔當了進出兩樣職能。所以又使得終端區(qū)高度限制增加。轉彎程序增加等等。3) 區(qū)域內(nèi)相互協(xié)調(diào)繁多 由于成都周邊地區(qū)各類機場繁多，所以為了保證飛行的暢通和安全，和其他機場的協(xié)調(diào)又增加了終端區(qū)流量的負荷。4) 軍用機場的限制。 成都地區(qū)有相當一部分空域被劃為空中禁區(qū)，空中危險區(qū)和空中限制區(qū)。所以

17、民用航空器的飛行范圍都被局限在固定的飛行航路和航線上，未經(jīng)空軍同意，民航管制員不能指揮航空器偏離航線、航路。致使民航所使用航路、航線結構復雜；另外，即使在民航航路、航線內(nèi)還存在軍航穿越地段，使得民用航空器運行范圍很小，機動性很差，無形之中加大了空中交通管制工作的難度。如此多的飛行限制給民用航空器順利運行制造了相當大的麻煩，構成了安全隱患，嚴重制約了成都雙流機場空中交通流量的增加。在下面會給予相應的介紹。1.3雙流機場周圍機場對本場活動的影響1.3.1雙流機場周邊情況隨著我國實行的西部大開發(fā)政策的進一步深入，成都雙流國際機場作為中國中西部地區(qū)最繁忙的民用樞紐機場，中國西南地區(qū)的航空樞紐和重要客貨

18、集散地，2011年，旅客吞吐量達到2907.4萬人次，貨郵吞吐量47.77萬噸，機場排名全國第五，城市排名全國第四。我們?yōu)殡p流機場的快速發(fā)展感到高興的同時也為雙流機場的安全隱患擔憂。每天起降架次的迅速攀升，機場周邊空域的不合理性逐漸暴露，而且嚴重限制了雙流機場空中流量的增加。雙流國際機場地區(qū)的空域是走廊式結構，而且周圍有四個軍用機場和兩個航校的訓練機場，空域環(huán)境較為復雜，嚴重制約了雙流機場的空中流量，成為機場發(fā)展的瓶頸。雙流機場周邊有五個空中走廊，其中五號走廊為拉薩航線的雙向走廊，由于拉薩航線上航班較少，所以該走廊的飛行沖突較小。雙流機場周邊有四個軍用機場：溫江機場、太平寺機場、鳳凰山機場、彭

19、山機場；兩個航校的訓練機場：廣漢機場、新津機場。個機場都劃設了空域，溫江、太平寺和新津機場與雙流機場的矛盾尤為突出。1.3.2周邊機場對雙流終端區(qū)的影響太平寺機場位于雙流機場的東北部，在一號走廊的空域內(nèi)，與雙流機場的活動沖突較大。當太平寺有空軍活動時，從雙流機場使用02L/R跑道起飛的飛機將不能沿一號走廊正常離港，須延長一邊，而后直飛金堂或直飛VENON點；從三號走廊離港的飛機起飛后必須馬上轉彎直飛柏鶴寺，這樣就會影響飛機正常的上升率，可能與進港著陸的飛機產(chǎn)生沖突。溫江機場位于雙流機場的北偏東方向，幾乎在02號跑道的一邊延長線上，這樣，當太平寺和溫江同時有活動時，從一號走廊離港的飛機在延長一邊

20、時，就會受到溫江機場活動的影響，而不能爬升到正常的高度，當太平寺沒有活動而只有溫江有活動時，溫江機場對雙流機場的影響較小。溫江機場的空域活動是，將雙流以西邛崍以東的空域完全占據(jù)，活動高度從地表至海壓2000米。邛崍機場的活動在邛崍以西，高度在場壓3000米以下。太平寺、溫江這兩個機場分別位于雙流機場東西兩側56公里處，把雙流機場夾在中間，他們的五邊基本上就是雙流的三邊位置。特別是空軍太平寺機場，它位于雙流機場45度方位、8公里處，跑道方向0度到180度，長度2400米，正好處再進出東線和北線的走廊內(nèi)，幾乎影響所有的進出港航班，當溫江機場有活動時，根據(jù)有關規(guī)定，雙流機場只能在東側建立航線，未經(jīng)協(xié)

21、調(diào)或許可，雙流的飛機不得在跑道西側活動。而如果此時太平寺也有活動，雙流就只有見縫插針了。新津機場位于雙流機場的西南方，幾乎在02號跑道的五邊延長線上，這樣，當新津機場有訓練飛行時，從二號走廊和四號走廊進港的飛機都要盡快切五邊，建立盲降，以免與新津機場作訓練飛行的飛機發(fā)生沖突。而新津機場訓練飛行的飛機飛行高度又比較低，這樣與雙流機場著陸的飛機的沖突很突出，所以當新津有訓練活動時，管制員要不時地提醒飛行員切五邊是不要偏西，要提醒飛行員掌握好切五邊的時機，以減少與新津的訓練飛機的活動沖突。新津機場的活動除了本場西側起落航線300米（QFE）以下之外，在其空域內(nèi)有超過海壓2000米的航線飛行。新津機場

22、位于雙流機場02號跑道的五邊18公里處西側，距五邊兩公里，理論上講不存在側向間隔。新津空域有飛行，按先行指揮方案，400米進出空域，對雙流五邊進近飛機影響很大。按雙流600米建立盲降，高度差不夠300米，側向間隔又不夠，僅為35公里。不僅兩邊不能同時作儀表進近，即使是一邊儀表進近，一邊飛起落，飛機之間的間隔也不符合程序或雷達管制中的任何一項。再者兩機場的氣壓值也有差異，當新津的活動高度在1500米以下，或者飛儀表進近航線，則雙流飛機往往切遠臺就不得不三轉彎，切不能延長三邊調(diào)配沖突。雙方飛機在四邊上的側向間隔最多為4公里，顯然不符合間隔標準。另外，拉薩飛往雙流的飛機無論作CZH01進場還是直飛四

23、轉彎點，在新津235空域附近，都會與新津本場飛行形成交叉，切容易造成沖突。彭山機場位于雙流機場五邊延長線35公里處，其東面航線距走廊最近點只有5公里的側向間隔。當彭山、新津機場有活動時，進出2號走廊的飛機，若位置掌握不好，極易造成沖突。當彭山機場有活動時，雙流機場向南飛行不能超過新津機場，即只能在五邊18公里以內(nèi)活動，并且到新津的飛行高度應控制在場壓700米，由南進入的飛機不得加入長五邊直接向北落地。這就是說，在與周圍機場有沖突而不能通場而必須直接著陸的情況下，雙流飛機只有繞過彭山才能轉向五邊。天氣好時，尚可加入右四邊目視進近，但在大多數(shù)時間里，雙流機場的天氣條件只適合作ILS進近。標準的IL

24、S進近一般在五邊13公里處開始，而且開始前要提前3.5公里左右以低于下滑道的高度穩(wěn)定在航向道上。顯然，在向南飛行位置受到嚴格限制的條件下，難以進行標準的ILS進近，五邊距離短，不利于飛行員操縱。另外，彭山機場穿越2號走廊的活動，也使雙流進出走廊的飛行高度受到嚴格限制。除此以外，雙流機場與周圍機場以及航空器與各機場煩瑣的通報協(xié)調(diào)程序也是制約空中流量增大的因素之一，并存在著安全隱患。例如，同時有軍民航飛機進出一、二號走廊時，塔臺須與成空實施指揮交接；太平寺機場有活動時，進出雙流機場通過一號走廊的航空器，塔臺事先須將航空器進出走廊的高度、時間及進出港的方法通報太平寺機場；雙流機場與太平寺、新津機場同

25、時飛行時，須用同一波道進行聯(lián)系，互相通報飛行情報，守聽空中動態(tài)；進一、二號走廊飛往太平寺、鳳凰山、溫江、新津、彭山邛崍機場的航空器，在進走廊前十分鐘必須與成空和雙流機場塔臺溝通聯(lián)絡，通告飛行情況；彭山機場有活動時，進出二號走廊的航空器，須與彭山機場溝通聯(lián)絡，報告預切彭山的時間和高度。由此可見，當軍民航同時飛行時，不但給管制員增加許多額外的協(xié)調(diào)工作量，也給飛行員增加很多位置通報，這使飛行員在進近階段分散了寶貴的注意力，造成安全隱患。綜上所述，針對成都地區(qū)的實際情況，如何解決太平寺等空軍機場與雙流之間的飛行矛盾，使軍民航之間、進近管制室和塔臺管制室之間的管制、協(xié)調(diào)、通報更加安全、合理、順暢是一項長

26、期而艱巨的工作。2.關于終端區(qū)容量介紹2.1 終端區(qū)容量的定義2.1.1機場容量（Airport Capacity）機場容量是指一個機場系統(tǒng)允許通過的旅客流量或航空器流量的通稱，它取決于候機樓設施、跑道系統(tǒng)和終端區(qū)（TMA）系統(tǒng)三方面的影響。同以上所提到的容量的定義一樣，機場容量也包含以下幾層含義101) 理論容量是在不考慮服務質(zhì)量的情況下單位時間（通常為1 小時）內(nèi)跑道系統(tǒng)允許航空器起飛和著陸的最大架次。2) 運行或實際容量是在考慮達到或高于某一指定服務質(zhì)量標準時的最大交通流量。服務質(zhì)量標準是在保證安全的前提下起飛或著陸航空器的平均等待時間，例如：每次飛行等待34分鐘。3) 計劃容量是根據(jù)機

27、場的實際情況按10分鐘或1小時的時間段規(guī)劃出一周內(nèi)每小時的進場、離場和總計的飛行最大容量。計劃容量主要用于安排航班的飛行時刻和控制某機場的流量。2.1.2機場跑道容量（Airport Runway Capacity）機場跑道容量是一個跑道體系處理飛機活動的最大能力，即當有連續(xù)服務請求時，在一個規(guī)定的時間間隔里，確定一個跑道體系所能容納的最大飛行運行架次。明確一個機場的跑道運行容量，將為實施該機場的空中交通管制指揮和流量控制管理等提供基本依據(jù)。2.1.3實際容量（Practical Capacity）和最大容量（Maximum Capacity）關于空中交通容量的定義還可以用實際容量和最大容量來

28、表示8。實際容量（Practical Capacity）：是指在一個給定的時間段內(nèi)，實際服務飛機的架數(shù)，它包含了一定數(shù)量的延誤，這樣的延誤在可以接受的范圍內(nèi)。最大容量（Maximum Capacity）：（也可稱為極限容量、飽和容量）是指在一個給定的時間段內(nèi)，在持續(xù)服務請求下，在可以接受的極限數(shù)量的延誤情況下，可以服務飛機的最大架數(shù)，其中持續(xù)服務請求是指任何時間都總有飛機等待進入并接收服務。AIDCBHGFENLKJQO時間/小時架/時流量最大容量瞬時服務請求數(shù)量圖5全天24小時容量這兩種定義的最大不同在于服務請求是否是持續(xù)不斷的，最大容量就是單位時間內(nèi)空管系統(tǒng)可以同時提供的最大服務數(shù)，實際容

29、量總是小于最大容量的，一旦飛機的服務請求超過最大容量，就會造成一部分飛機延誤，甚至取消或改航。最大容量與實際容量的關系可以用圖5來說明。如圖5，弧AEFGHIJKC為瞬時服務請求數(shù)量，陰影數(shù)字面積為全天24小時飛機對管制區(qū)的服務請求總和，線段BD為該空域的最大容量。矩形ABDC為全天24小時最大容量，時段LN，OQ為飽和時段，其中最大容量界線以上的陰影面積SEFG和SIJK表明此時服務請求已超過空域可以處理的極限也就是超出最大容量，所以這部分飛機得不到及時的處理，將留待下一個不飽和時段處理，這就形成了延誤。時段AL，NO，QC為不飽和時段，其中SABE，SGHI和SKDC為空域相對于當時服務請

30、求的處理裕度。其中服務請求高峰之后的不飽和時段NO和QC需處理上一時段未來得及處理的服務請求，也即SEFG和SIJK部分，若SEFGSIJKSGHISKDC，則一天內(nèi)可以處理完所有飛機的服務請求。此時實際容量就等于飛機的服務需求，也即SAEFGHIJKC，若是SEFGSIJKSGHISKDC，則必然有一部分飛機的服務請求得不到滿足，只能取消或改航。此時實際容量就等于最大容量減去高峰前的服務裕量，即SABDCSABE。由上述分析可以看出，實際容量是隨著飛機實際服務需求變化的，具有一定的隨機性。而最大容量則與此無關，因此可以作為評判空域提供服務能力的標準。因此，在相關論述中一般都是把最大容量作為研

31、究對象。若終端區(qū)運行架次達到或接近最大容量時，可視為終端區(qū)已經(jīng)飽和運行。各部門在實際操作時不能超過這個界限，否則造成航班延誤陡增，并可能會產(chǎn)生安全隱患等負面影響。對終端區(qū)容量大小的評價主要還是通過在該區(qū)域內(nèi)保證安全和一定延誤水平情況下航班架次的數(shù)目進行判斷。目前，主要以單一的小時保障架次作為運行單位保障能力的容量指標，但實際上單個小時產(chǎn)生的延誤會順延影響到下一個小時的飛行架次，因此，改用日保障架次作為容量評估輔助指標更為合理。受轄內(nèi)機場和終端區(qū)的影響和制約，終端區(qū)日容量定義為：在可接受的延誤條件下，一天內(nèi)終端區(qū)所能保障的最大運行架次。2.2終端區(qū)空域的一般特點飛機的整個飛行過程包括七個階段：準

32、備起飛、飛離機場、飛離終端區(qū)、加入航線、到達終端區(qū)、進近管制和機場降落，如圖6所示。而在整個飛行過程中，與終端區(qū)容量評估和流量管理關系最緊密的部分為最后三個階段：區(qū)域管制到達終端區(qū)、進近管制和機場塔臺管制 。具體來講，到達終端區(qū)階段是飛機到達目的地機場所在的終端區(qū)，并申請進人該終端區(qū)的階段，在此階段需要向飛機發(fā)布一個放行許可，并提供飛行數(shù)據(jù)；進近管制階段是飛機進人終端區(qū)之后，對其進行實時進近管制，并同時發(fā)布繼續(xù)向前飛行許可的階段；機場塔臺管制階段是飛機脫離進近管制，切人儀表著陸系統(tǒng)或其他著陸系統(tǒng)，進行最后進場著陸的階段。典型的終端區(qū)結構一般包括等待區(qū)、進出走廊口(分為入口和出口)、進場航線、起

33、始進近航線、中間進近航線、最后進近航線、復飛航線、標準離場航線、塔臺管制區(qū)以及機場內(nèi)跑道等部分，具體如圖7所示。圖6飛行全過程圖7終端區(qū)空域結構圖2.3終端區(qū)空域的一般管制過程2.3.1終端區(qū)高度層劃分與間隔規(guī)則211 不論航線如何，從600米至6000米（含），每300米為一個高度層。從6600米（含）至12000米，每隔600米為一個高度層。作起落航線飛行的航空器與最低安全高度層上的航空器，其垂直將不得小于300米。且不論使用何種高度表撥正值，航空器之間的垂直距離不應小于：6000米（含）以下不得小于300米，6600米（含）至12000米不得小于600米。實施雷達管制時，進近管制范圍內(nèi)不

34、得小于6公里。在響鈴管制區(qū)之間都實施雷達管制時，協(xié)調(diào)前，雷達管制的航空器與管制邊界線之間的間隔，進近管制不得小于3公里。在相鄰管制區(qū)實施非雷達管制時，協(xié)調(diào)前，雷達管制的航空器與管制邊界線之間的間隔，進近管制不得小于6公里。2.3.2終端區(qū)飛行階段第一階段，從終端區(qū)人口點(亦稱走廊口)TEG（Terminal Entry Gate）到起始進近點IAF之間的飛行。這一過程的飛行有如下特點：飛行的航班按飛機類型不同使用不同的高度層；同一航跡的航班允許超越；不同高度層上的飛機在到達起始進近點前融合排序。第二階段，從起始進近點IAF到最后進近FAF之間的飛行。這一過程的飛行有如下特點：一般不使用高度層來

35、調(diào)配，即只有一個可用高度層；這一階段飛行的主要目的是：調(diào)整飛機姿態(tài)，降低高度和速度，以達到最后進近點的規(guī)定值；由于不同的進近路線之間可能有交叉，所以需要合理協(xié)調(diào)，以避免交叉點沖突。第三階段，飛機從最后進近點FAF開始，實行最后進近并降落在跑道上。2.4影響終端區(qū)容量的各種因素終端區(qū)空域復雜程度相對較高，而其容量受諸多因素的影響，這些因素可統(tǒng)稱為容量限制因素，有些是人為造成的限制，也有自然性的非控制因素。研究表明，終端區(qū)的主要容量限制因素有如下幾類：1) 終端區(qū)的空域結構及其復雜性：終端區(qū)內(nèi)扇區(qū)的劃分與管制席位的設置；終端區(qū)走廊口的位置、各走廊口的流量比例、進離場航路及其相對位置關系；交叉點的數(shù)

36、量及其網(wǎng)絡拓撲結構；航空器的平飛、上升、下降段的分布；禁區(qū)空域、危險區(qū)、限制區(qū)的分布使用情況、地形以及障礙物分布情況；機場分布與機場跑道的布局；2) 終端區(qū)空域與區(qū)域以及機場的耦合情況；3) 終端區(qū)內(nèi)的管制服務方式、提供的服務等級、飛行規(guī)則以及對安全性的要求：由于民航飛行是把安全性放在第一位的，因此涉及到安全問題的一些技術指標對系統(tǒng)的容量影響較大，比如尾流間隔、最小橫向間隔、最小縱向間隔等；4) 機場跑道的使用效率；5) 管制員的能力與工作負荷：對管制員的工作過程的分析表明，管制員對空中交通的監(jiān)視時間、管制決策時間、與飛行員的通信時間，以及記錄時間都反映管制員的管制能力并影響其工作負荷，進而影

37、響了終端區(qū)系統(tǒng)的容量；6) 氣象條件的影響；7) 空管保障系統(tǒng)(如通信、導航、監(jiān)視設備)的種類、分布及其可靠性；8) 其它一些物理或技術性因素：導航設備的導航能力、航班的延誤情況、跑道占有率、飛機的性能如爬升率、最后進近速度等，通信信道的容量及可用情況等。2.5現(xiàn)階段可優(yōu)化的影響終端區(qū)容量限制因素2.5.1增大終端區(qū)空域自由度從理論上講，容量與空域自由度成反比，即當空域的自由度越大，容量越大，飛行流量便得以更大程度地疏散和分流，減小了集中程度，緩解了管制員在指揮時的壓力，；相反當空域自由度較小時，管制員在指揮上受到很大的限制，調(diào)配余度變小，飛行流量就只能被限制在相對狹窄的空域中，加大了流量的集

38、中程度，減小了容量。我們知道，航線是民航事業(yè)發(fā)展過程中的產(chǎn)物。早期由于航空器和地面缺乏充分有效的導航設備，航空器只能借助于地標和羅盤來進行定位。隨著通信技術的發(fā)展，出現(xiàn)了無線電導航，在連接導航臺之間的航線上飛行成為普遍的安全可靠的飛行手段。無線電領航已成為當前的一種主要領航方法。但是隨著技術的飛速發(fā)展，在空間技術、數(shù)字通信和計算機技術等現(xiàn)代科技的基礎上出現(xiàn)并迅速發(fā)展成為了衛(wèi)星導航，它具有覆蓋范圍廣、全天候、高精度、多功能、多用途、使用簡便等特點，它將逐步取代現(xiàn)行的無線電導航系統(tǒng)而成為航空器的主要導航手段，航空器對地面的導航系統(tǒng)的依賴性逐漸減少。在我國的航路管理體制中仍然存在著航空器必須由某一點

39、進入某空域，然后根據(jù)某一航線飛行，由某一點飛出該空域的現(xiàn)象。在科學技術發(fā)達的今天，對于空管界來說，無論是民航還是軍航，都有必要來重新審視這種做法的必要性。因為有了技術的支持，空域應當?shù)玫礁行У睦?，空中交通管制也應當更靈活地實施。在國外一些民航事業(yè)發(fā)達的國家，已經(jīng)允許航空器自由地在部分空域中直飛，初步實現(xiàn)了“自由飛行”。這樣既可以減少燃料的損耗，增加航空器的利用率，也減少了在管制過程中航空器之間相對飛行的機率，增大管制指揮的應急裕度，而且大大增加了空域容量，減少了航班延誤。 如果航空器必須局限在某一點進出區(qū)域，在某一航跡上飛行，必將大大加大飛行流量的集中擁擠程度；相反，如果航空器能擺脫依靠陸

40、基導航設備所設定的航路實施飛行，而地面管制部門有精密先進的雷達系統(tǒng)加以輔助監(jiān)視的話，則既可增加安全性，減少延誤，也可提高空域利用效率，提供最大程度的靈活性，增大飛行流量。目前，我國大部分地區(qū)的空管部門已經(jīng)裝備有先進的航空雷達監(jiān)視系統(tǒng)，而我國上空飛行的大部分航空器也已裝備了衛(wèi)星導航系統(tǒng)，如果加以改善聯(lián)網(wǎng)，提高地區(qū)覆蓋率，增加備份手段，實現(xiàn)空域內(nèi)嚴密無縫隙的雷達覆蓋，在技術上提高空域自由度是沒有問題的。 據(jù)網(wǎng)站的資料統(tǒng)計，美國領土上空共有360萬平方英里的空域，其軍民使用空域結構比例為28，軍方只占51萬平方英里，其余屬于民用。但是在我國仍然實行由空軍統(tǒng)一管制，民航負責具體實施的空管體制，目前只有

41、京廣深、京滬、滬穗等航路移交給民航。而且由于我國空中軍事力量水平不高，國土防空任務相當繁重，民航飛行常常被迫讓位于軍航飛行，航班被迫改航、延誤的現(xiàn)象時有發(fā)生。有時民航飛行還被局限在飛行航線上，未經(jīng)空軍同意，管制員不能自由指揮航空器偏離航線，空域自由度相對較小，空域效益得不到充分發(fā)揮，終端區(qū)容量增長量受到很大程度的制約。我認為在目前國民經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展的今天，空域結構亟需改革，需要按照國民經(jīng)濟的發(fā)展和國防戰(zhàn)備的需要來重新進行空域管理權力的分配，既滿足軍航國土防空的需要，又滿足了空域的靈活利用。因為我國的空域十分遼闊，出現(xiàn)自由度相對較小的問題可能不是空域不足，而是管理方面的問題。 2.5.2優(yōu)化空管保

42、障系統(tǒng)改善管制方式 現(xiàn)階段我國的空中交通管理系統(tǒng)已經(jīng)開始大力普及雷達管制的方式。但是由于技術設備投入的水平、提供飛行動態(tài)監(jiān)視信號的可靠性和精確性以及備份手段的程度不同，各地實行的管制方式也差別較大，在部分飛行流量較大的機場空域和東部沿海地區(qū)已經(jīng)陸續(xù)實施了雷達監(jiān)控管制，雙流機場進近管制區(qū)也已經(jīng)實現(xiàn)了雷達管制，目前劃分為南扇和北扇。不過我國中西部部分地區(qū)仍是實施程序管制。 一個空域的最大容量在很大程度上是由該地區(qū)的管制方式所決定的，我們可以舉一個簡單的例子：對于B737來講，程序管制的縱向間隔是雷達監(jiān)控管制的1.67倍，是雷達管制的6.25倍，在一條從6600米12000米的航段上，從理論上講，該

43、航段同一時間雷達監(jiān)控管制的容量是程序管制的16.7倍，而雷達管制則是程序管制的62.5倍；如果就一個有數(shù)條航路的空域而言，上述的管制方式之間的最大容量比則要更顯懸殊。所以在目前我國部地區(qū)仍實行非雷達管制的情況下，管制方式的升級還能可以使區(qū)域容量的增長有一定的發(fā)展空間，雷達之間的聯(lián)網(wǎng)也對容量增長起較大的作用。中國民航已經(jīng)很早就意識到這些問題，在我國的大部分管制部門都裝備了雷達設備，在很大程度上改善了空管的落后局面，但是仍然存在著一些問題：1) 雷達設備型號眾多，出現(xiàn)了一些專家學者所提出的“七國八制”的問題，導致雷達之間相互聯(lián)網(wǎng)困難；2) 雷達訊號不穩(wěn)定，丟失訊號的情況時有發(fā)生。由于不能保證雷達訊

44、號的穩(wěn)定性，因此降低了雷達訊號的可參考度，對管制員的管制裕度要求更高。對于大多數(shù)長期習慣于借助雷達訊號來提供管制服務的管制員來說，偶爾的雷達訊號的丟失必然會導致管制工作十分被動；3) 大多數(shù)管制部門雖然已經(jīng)裝備了雷達設備，但其中絕大多數(shù)僅是提供二次雷達訊號，沒有一次雷達訊號，而且很多是單雷達工作，沒有備份設備，仍然存在著雷達盲區(qū)的問題，也影響了雷達保障效能的技術可靠度，對管制指揮和飛行流量造成了一定的不利影響。 此外，一個提供雷達管制或者雷達監(jiān)控管制服務的空域的最大容量還必須考慮到雷達失效或其他緊急情況時，管制方式轉換到備用雷達或無雷達狀態(tài)時的可能性以及備用雷達和通信系統(tǒng)的技術可靠度，這一點應

45、該引起我們應有的重視。因此，在雷達聯(lián)網(wǎng)技術日益成熟的今天，應加大對雷達設施的投入，在相鄰區(qū)域管制室之間實現(xiàn)雷達聯(lián)網(wǎng)或互引雷達訊號，使雷達訊號得到聯(lián)接共享，增加雷達保障效能的可靠性，減少因雷達失效而實施程序管制的現(xiàn)象。在此基礎上，逐步加速向雷達管制過渡的步伐，縮小管制間隔，加大空域的容量。2.5.3提高管制員素質(zhì)減小其工作負荷管制員是保證空中交通運輸安全，防止航空器相撞的一個重要環(huán)節(jié)，是管制工作的主體，也是空中交通管制工作的具體實施者。高科技在空管的大量應用，管制環(huán)境的逐步寬松，對管制員的素質(zhì)提出了新的更高層次的要求。管制員的素質(zhì)問題也一直為各級領導所關注，并也有了一定程度的提高。但是由于民航教

46、育體制中存在的一些問題，使管制員的選拔、培訓等層次的機制不夠完善，導致管制員素質(zhì)參差不齊；也由于缺乏有效的激勵和分配制度，基層的一些成熟的管制員不斷地流失到其他部門，造成基層管制員年齡偏低，大部分在30歲以下，存在著經(jīng)驗不夠豐富、業(yè)務不夠成熟的問題；有關流量管理的規(guī)章較少，也造成管制員的工作行為沒有得到進一步的規(guī)范，處理飛行流量問題時隨意性強，影響了管制工作的服務質(zhì)量。 近年來，空管的基層管理已經(jīng)從傳統(tǒng)意義上的行政管理逐漸轉變成為規(guī)范化管理，通過對整個工作流程的科學規(guī)范，落實了崗位職責，嚴明空管紀律，完善和落實各類規(guī)章制度，加強實施標準化、制度化、程序化的管理辦法，使基層的管理工作取得很大的成

47、效，從而彌補了工作過程中的許多漏洞，使飛行沖突發(fā)生機率減少，管制員的素質(zhì)得到了一定的提高。由于管制員的素質(zhì)存在著差異，加上各人的經(jīng)驗、工作習慣和對工作的理解不同，也要注意工作方法，調(diào)動一切積極因素，激發(fā)管制員的工作積極性，加強工作過程中相互彌補相互監(jiān)督的機制，發(fā)揮管制員在指揮調(diào)配上的主觀能動性，避免管制員因循某一習慣做法而形成的模式化，為管制員營造一個良好的工作環(huán)境。與此同時隨著民航運輸業(yè)的快速發(fā)展和軍航現(xiàn)代化建設步伐的加快，空中環(huán)境日趨復雜，飛行空域更加擁擠，使民航空中交通管制工作的壓力越來越大。然而，與管制工作任務量相比，民航管制員數(shù)量卻增長緩慢。據(jù)統(tǒng)計,1998年以來全國民航飛行架次年增

48、長率為15.7%，而管制員數(shù)量年增長率僅為2.1%，管制員短缺的現(xiàn)象比較普遍。而且，隨著管制界面的擴展，管制工作對管制員的素質(zhì)和心理適應性的要求越來越高。據(jù)了解，在美國工作壓力排行榜中，空管行業(yè)排位第八。在我國雖然沒有這方面的統(tǒng)計資料，但是，在部分地區(qū)，中國管制員所面臨空域環(huán)境的復雜程度和單位時間內(nèi)指揮航空器的數(shù)量常常大于美國管制員卻是一個不爭的事實。據(jù)調(diào)查，在管制崗位因心理負擔過重而感覺身心疲憊的管制人員不在少數(shù)，管制員長期處于精神高度緊張狀態(tài)，所造成的心理壓力影響正常發(fā)揮其管制水平已成為一個嚴峻的、不容忽視的問題。由于空中交通管制員這個特殊的群體在工作中所要承受的壓力不同于其他行業(yè)，所以解

49、決關于管制員壓力的問題對空域容量增長有著非常重要的作用。因此擁有一支管制技術高超、服務意識優(yōu)良的管制隊伍，真正地履行其防相撞和使流量暢通有序的職責，在此基礎上使管制員的工作負荷處于正常壓力范圍才能使空中交通管制工作正常進行，不至于在高壓下忙中出錯，才能從人的因素問題方面解決空中交通管理問題，增大空域容量限制。 3.終端區(qū)容量的相關數(shù)學模型3.1對終端區(qū)容量建模過程進行合理簡化的基本假設和思路圖8 規(guī)范終端區(qū)的空域結構示意圖對終端區(qū)的飛行流量情況進行分析，容易發(fā)現(xiàn)終端區(qū)的出發(fā)流量都是從機場跑道開始，然后從不同的離場路線飛出終端區(qū)。在通常情況下，出發(fā)流量只受機場的起飛容量、終端區(qū)的出口點容量等少量

50、因素的限制；并且，在終端區(qū)內(nèi)通常使用高度層限制將到達流量與出發(fā)流量進行分離，相互之間影響很小。因此，為簡化終端區(qū)容量建模過程的復雜程度，做如下兩點基本假設1)出發(fā)流不受限制，即假設終端區(qū)出發(fā)容量總是大于出發(fā)流量，不會對出發(fā)流量產(chǎn)生限制影響；2)到達流與出發(fā)流量之間相互獨立，并在不考慮出發(fā)流量影響的情況下，單獨研究終端區(qū)的到達容量。當終端區(qū)的空域結構和交通流量分布比較規(guī)范的時候，各條進場航線、進近航線以及離場航線之間沒有交叉點，終端區(qū)容量的問題得以簡化，可以采用相對簡化的模型來估計容量。圖8即為此類終端區(qū)的三維空域示意圖 。對于本文所討論的簡化的終端區(qū)容量模型，有兩個相關的重要概念定義如下：1）

51、 到達流：飛機經(jīng)不同的終端區(qū)入口點(即到達走廊口)進入后，會合而形成的飛機流。2） 小時間間隔：從進入終端區(qū)到最后進近著陸的過程中，飛機之間始終滿足空管的間隔規(guī)則的情況下，在最后進近點FAF處， 相鄰飛機對時間間隔的最小值。3.2終端區(qū)的基本容量評估模型的構建常見的機場容量評估模型有兩種：分析模型和仿真模型。分析模型用于容量的初始評估階段，特點是簡單快捷，結果雖不很精確但適用。常見的分析模型有時間-空間分析模型和排隊分析模型兩類。仿真模型（如TAAM與SIMMOD）用于整個系統(tǒng)的綜合容量評估，特點是技術性強，運行復雜，結果全面。本文使用時間-空間分析模型建模進行初步分析。由于無法獲得相關專業(yè)軟

52、件和沒有取得雙流機場現(xiàn)在運行的具體數(shù)據(jù)的原因不使用仿真模型進行仿真研究，使用現(xiàn)行的雙流02L進場圖、進近圖進行分析。其終端區(qū)進場容量評估模型的構建如下：在上一節(jié)簡化思路條件下，假設在最后進近點有飛機x、y，其中前飛機的類型為x，從k號走廊口進入尾隨的飛機類型為y，從m 號走廊口進入。假設飛機運行不受其他因素干擾，則兩架連續(xù)到達的飛機在最后進近點的時間間隔為txykm。這種飛機對出現(xiàn)的概率為：Pxykm=Pkm*Px/k*Py/m (1)式中各項含義如下：Pkm：前機從終端區(qū)走廊k進入，并且后機從走廊口m進入的概率；Px/k：x類飛機在所有由走廊口k進入的飛機中所占的比例；Py/m：y類飛機在所

53、有由走廊口m進入的飛機中所占的比例。 假定飛機從走廊口k進入終端區(qū)與飛機從走廊口m進入終端區(qū)這兩個事件是相互獨立的，可以得到：Pkm=Pk*Pm (2)式中各項含義如下：Pk：由走廊口k進入終端區(qū)的飛機在所有進入終端區(qū)的飛機中所占比例；Pm：由走廊口m 進入終端區(qū)的飛機在所有進入終端區(qū)的飛機中所占比例；將（2）帶入（1），可得：Pxykm=Pk*Pm*Px/k*Py/m (3)相應的，最后進近點處的平均最小時間間隔為：T=txykm*Pk*Pm*Px/k*Py/m (4)終端區(qū)的到達容量為：Cta=1/T (5)將（4）帶入（5），可得：Cta=1/txykm*Pk*Pm*Px/k*Py/m

54、(6)根據(jù)空域容量的基本定義67可知，(6)式中的txykm實際應該是mintxykm，即要使容量最大化，須理論上按照時間間隔等于規(guī)定的最小飛行時間間隔；為得到終端區(qū)到達容量 Cta，需首先計算最小時間間隔mintxykm，為使表達更加清晰，將(6)式中的txykm替換成mintxykm，最終得到終端區(qū)到達容量的基本模型如下：Cta=1/mintxykm*Pk*Pm*Px/k*Py/m (7)3.3雙流02L的容量評估算例成都機場南扇02L跑道為例如圖9、10，在不考慮延誤和其他不可控制因素影響的情況下，雙流機場有3個進場航線WFX-01A、FJC-01A和CZH-01A。其中從WFX-01A

55、進場航線進場的有4架飛機，從FJC-01A進場航線進近的有5架飛機，,從CZH-01A進場航線進場的有6架飛機，近處終端區(qū)內(nèi)現(xiàn)一共存在15架飛機，其中有C類飛機從WFX-01A進近的有2架，B類飛機從FJC-01A進近的有3架，C類從CZH-01A進近的有3架。先對東側進場的交匯點A點(如圖10)進行分析，再對B點(如圖9)進行分析，然后由我國所公布的飛行間隔規(guī)定各類航空器一般情況下在C、D類空域內(nèi)的最小時間間隔mintxykm=10min11。對于A點于是可以賦值：P1=4/9：由WFX-01A進入終端區(qū)的飛機在所有進入終端區(qū)的飛機中所占比例；P2=5/9：由FJC-01A進入終端區(qū)的飛機在

56、所有進入終端區(qū)的飛機中所占比例；Pc/1=2/4：c類飛機在所有由WFX-01A進入的飛機中所占的比例；Pb/2=3/5：b類飛機在所有由FJC-01A進入的飛機中所占的比例；對于B點有2種情況：從WFX-01A與CZH-01A交錯連續(xù)進場可以賦值：P1=4/10：由WFX-01A進入終端區(qū)的飛機在所有進入終端區(qū)的飛機中所占比例；P3=6/10：由CZH-01A進入終端區(qū)的飛機在所有進入終端區(qū)的飛機中所占比例；Pc/1=2/4：c類飛機在所有由WFX-01A進入的飛機中所占的比例；Pb/3=3/6：b類飛機在所有由CZH-01A進入的飛機中所占的比例；從FJC-01A與CZH-01A交錯連續(xù)進場可以賦值：P2=5/11：由FJC-01A進入終端區(qū)的飛機在所有進入終端區(qū)的飛機中所占比例；P3=6/11：由CZH-01A進入終端區(qū)的飛機在所有進入終端區(qū)的飛機中所占比例；Pc/3=3/6：c類飛機在所有由CZH-01A進入的飛機中所占的比