機場跑道利用率計算方法的研究和應用

摘 要：針對高原山區機場地形復雜，溝壑縱橫，氣象條件復雜多變，文章提出了一種基于詳細氣象統計數據的跑道利用率計算方法。相對于傳統的跑道利用率僅依據風向、風速計算風力負荷的計算方式，文章中的計算方法引入了主導能見度統計數據，并結合機場的飛行程序運行標準，對跑道的利用率進行綜合計算。從而在高原山區機場選址時，為跑道利用率的評估提供更為精確的方法。文章以M高原山區機場為例，用文章中提出的計算方法對機場跑道的利用率進行綜合評估，并進行應用前景分析。

關鍵詞：高原山區；氣象條件復雜；跑道利用率；多要素綜合分析

引言

在對跑道利用率的傳統計算方法中，主要依據《國際民用航空公約 附件14：機場》（以下簡稱《附件14》）中的規定，利用機場統計的風向風速資料，計算跑道的風力負荷，從而決定跑道的方位，得到跑道的利用率。《附件十四》中規定，跑道的利用率應高于95%。

對于平原機場而言，地形條件好，跑道利用率主要由風向風速決定。即使能見度條件不夠理想，也不會造成龐大的凈空處理土石方量和由此帶來的巨大投資。而對于高原山區機場，在滿足跑道風力負荷的條件下，不僅有可能由于能見度等氣象條件影響，造成跑道使用率降低，還會在機場飛行程序設計時，因無法得到精確的利用率計算參數，造成盲目降低運行標準，處理超凈空山體，造成巨大的投資浪費。

文章中以M高原山區機場一年的氣象月總簿統計數據為基礎，對跑道利用率的綜合計算進行演示和分析。該機場跑道的方向為30°-210°。

1 傳統跑道利用率

依據《附件十四》中的規定，風力負荷是保證跑道使用率的主要因素。風力負荷和各種機型所容許承受的90°側風風速分量值有關。按不同飛行場地長度，規定90°側風分量的容許風速為19～37公里/小時。跑道方位應能滿足飛機場所在地的所有方向風的風速，所產生與跑道方向垂直的側風分量，大于容許90°側風風速的百分率等于或小于5%，即跑道風力負荷應大于或等于95%。當受綜合因素限制，風力負荷值達不到95%時，如不降低飛機場的使用率，則應建第二條跑道。

M高原機場的跑道方向為30°-210°，文章設定最大容許的側風風速為6米/秒（21.6公里/小時）。在一年8760次（365天×24小時）的風向風速統計數據中，計算[風速×sin（風向-跑道方向）]數值，并統計其中不大于6米/秒的值的數量。該數量再與總的統計次數計算百分比，記為P（CW<6）。

按《附件14》中規定的方法，最終計算出跑道利用率P（CW<6）為97.6%，滿足規范最低95%的要求。

2 一種新的跑道利用率分析方法

文章在風力負荷的基礎上，引入機場主導能見度，結合機場運行標準，進行跑道利用率綜合計算。

主導能見度是指觀測點四周一半或以上的視野范圍內都內達到的最大水平能見度距離。本次使用的M高原機場觀測數據一年總觀測次數8760次。

機場運行天氣標準是飛機起飛降落所必須達到的最低能見度（或跑道視線程）要求。

機場運行天氣標準是飛行程序設計時，根據飛行程序的決斷高和最低下降高，計算得來。大致計算方法為：

（決斷高或最低下降高-參考數據高）/下滑角度-進近燈光長度

M高原機場主降為03號跑道，設置I類精密進近，燈光長度900米，能見度標準800米。次降方向為21號跑道，為非精密進近，燈光長度420米，能見度標準4000米。

將P（CW<6）=97.6%的風向風速統計數據的對應日、時中，分為主降逆風風向P（300≤W≤120|CW<6）和次降逆風風向P（120

分析統計樣本，計算出主降方向逆風時主導能見度小于800米的概率P（V≤800|300≤W≤120|CW<6）和次降方向逆風時主導能見度小于4000米時的概率P（V≤4000|300≤W≤120|CW<6），兩者相加即得到側風小于6米/秒的條件下滿足機場運行天氣標準的概率，記為P（Vi|CW<6）。

根據聯合概率和條件概率的計算公式P（AB）=P（A）×P（B|A），計算出同時滿足風向風速和主導能見度的聯合概率P{Vi，CW<6}=P（CW<6）×P（Vi|CW<6）=92.9%。

因此可以看到，在引入機場主導能見度和運行天氣標準的情況下，跑道的利用率從97.6%降低到了92.9%。如果按照《附件十四》中，機場利用率不低于95%的要求，此時跑道利用率受機場能見度影響已低于規范標準。

將傳統跑道利用率和文章提出的新跑道利用率計算方法，按月份計算跑道利用，進行對比如圖1和圖2所示。

圖1 全年跑道月利用率對比圖

圖2 全年跑道月利用率差值

從圖中可以看出，使用引入能見度新跑道利用率只在六月、七月、八月和十月達到了95%以上。對比兩種方法計算的跑道利用率，除三月、四月、五月兩種跑道利用率基本一致外，其他月份跑道利用率的差值均較大。尤其在11月，傳統跑道利用率為99.9%，而新跑道利用率為88.1%，差值最大達到11.8%。因此，我們可以判定，機場跑道利用率在全年大多數時間均受能見度影響。尤其在冬季，影響最為明顯。

3 應用分析

文章提出的跑道利用率計算方法在基于風向、風速的基礎上，引入了主導能見度和運行天氣標準，計算結果更為準確可靠，具有更廣的應用范圍。

例如，文章中提及的M高原山區機場，我們可以使用新跑道利用率評估其建設雙向精密進近系統的必要性。M高原山區機場目前只有03號跑道為I類精密進近，其21號跑道為非精密進近，能見度標準4000米。目前新跑道利用率為92.9%。若21號跑道建成為I類精密進近系統，其能見度標準最低可下降為800米。此時的新跑道利用率為96.8%，提高了3.9%，滿足了規范95%的最低要求。而傳統跑道利用率在建設前后均為97.6%。又例如，可以分小時計算新跑道利用率，以有效安排航班，提高航班準點率。以M高原機場11月單月，計算每小時新跑道利用率如圖3所示。

從圖3中看出，在凌晨以后跑道利用率開始下降。在早上8點和9點最低，低至83.3%。因此，M高原山區機場，航班時間安排在9點以后，晚上0點以前，可減小由天氣原因造成的航班延誤率。

4 結束語

文章提出的跑道利用率計算方法在基于風向、風速的基礎上，引入了主導能見度和機場運行天氣標準，更為符合實際跑道運行情況，計算結果更為準確可靠，能夠為機場建設以及運行時，提供更為有效的輔助決策。

參考文獻

[1]中國民用航空局.MH5001-2013.民用機場飛行區技術指標[S].

[2]國際民用航空組織.國際民用航空公約附件14：機場（第六版）[S].2013，7.

[3]盛驟.概率論與數理統計[M].北京：高等教育出版社，2010，11.

[4]張堯庭.多元統計分析引論[M].武漢：武漢大學出版社，2013，11.

作者簡介：宋一鑫（1983-），男，民族：漢族，籍貫：四川省武勝縣人，學歷：碩士學歷，工程師職稱，工作單位：中國民航機場建設集團公司西南分公司，主要研究方向：民航機場規劃。