基于AirTop的白云機(jī)場(chǎng)02L/20R跑道關(guān)閉地面運(yùn)行影響計(jì)算機(jī)仿真評(píng)估

李丘+張澍葳

摘 要：為了科學(xué)快速地評(píng)估機(jī)場(chǎng)因地面保障設(shè)施關(guān)閉等臨時(shí)因素導(dǎo)致的機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率降低情況，為民航管理部門有效決策提供較為準(zhǔn)確的定量參考，建立可靠的機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行計(jì)算機(jī)仿真模型具有重要意義。以廣州白云機(jī)場(chǎng)02L/20R跑道關(guān)閉為例，構(gòu)建了白云機(jī)場(chǎng)地面跑滑系統(tǒng)模型并設(shè)計(jì)了仿真場(chǎng)景，對(duì)比研究了因跑道關(guān)閉對(duì)白云機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率帶來(lái)的影響。仿真結(jié)果表明，因跑道關(guān)閉，使得白云機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率下降了10%-15%，高峰小時(shí)容量降低到65-66架次/小時(shí)。

關(guān)鍵詞：地面運(yùn)行；快時(shí)模擬；AirTop；容量評(píng)估；績(jī)效指標(biāo)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.105

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，白云機(jī)場(chǎng)作為國(guó)家三大樞紐機(jī)場(chǎng)之一，航空運(yùn)輸量迅速增長(zhǎng)，2016年，白云機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量達(dá)到了5900萬(wàn)人次，貨郵吞吐量達(dá)到了165萬(wàn)噸，年起將架次超過(guò)43.5萬(wàn)架次，起降架次年增速達(dá)到6.2%。對(duì)于機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行保障能力提出了更高的要求。當(dāng)機(jī)場(chǎng)處于特殊施工時(shí)期需要關(guān)閉跑道或者滑行道時(shí)，對(duì)于機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行影響的快速評(píng)估和定量分析就顯得尤為重要。本文基于AirTop快時(shí)仿真平臺(tái)，構(gòu)建了廣州白云機(jī)場(chǎng)整體地面跑滑系統(tǒng)仿真模型，并針對(duì)2016年10月因珠三角城際軌道施工關(guān)閉02R/20L跑道，進(jìn)行了仿真場(chǎng)景設(shè)計(jì)，通過(guò)高峰小時(shí)架次和進(jìn)離場(chǎng)平均延誤時(shí)間來(lái)定量評(píng)估施工期對(duì)白云機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行的影響，并為民航管理部門提供數(shù)據(jù)參考。

1 機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行指標(biāo)

機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行效率[1]可以通過(guò)以下常用績(jī)效指標(biāo)進(jìn)行定量分析與評(píng)估：

（1）機(jī)場(chǎng)高峰小時(shí)容量在一定時(shí)間階段內(nèi)，機(jī)場(chǎng)在可接受延誤時(shí)間內(nèi)，能夠容納航空器運(yùn)行的最大頻次。一般以高峰小時(shí)的航空器運(yùn)行次數(shù)計(jì)，稱為機(jī)場(chǎng)高峰小時(shí)容量。

（2）高峰小時(shí)平均進(jìn)場(chǎng)延誤。平均航班進(jìn)場(chǎng)延誤時(shí)間的小時(shí)高峰，包含了航路延誤、終端區(qū)內(nèi)排序延誤、滑行道延誤等。

（3）高峰小時(shí)平均離場(chǎng)延誤。平均航班離場(chǎng)延誤時(shí)間的小時(shí)高峰，包括機(jī)坪延誤、滑行道延誤、跑道頭等待延誤。

另外還有：平均地面滑行時(shí)間、無(wú)延誤平均地面滑行時(shí)間、平均地面滑行距離、滑行道沖突次數(shù)、滑行道沖突熱點(diǎn)、停機(jī)坪沖突次數(shù)及平均跑道占用時(shí)間等。

2 評(píng)估方法

參考以往地面運(yùn)行評(píng)估方法[3-14]，通過(guò)構(gòu)建白云機(jī)場(chǎng)三跑道典型日的地面仿真模型作為基準(zhǔn)場(chǎng)景，用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)驗(yàn)證基準(zhǔn)模型的可靠性，然后構(gòu)建白云機(jī)場(chǎng)關(guān)閉02R/20L跑道后雙跑道運(yùn)行的地面運(yùn)行仿真場(chǎng)景，得到相關(guān)運(yùn)行績(jī)效指標(biāo)。

本文選取機(jī)場(chǎng)高峰小時(shí)容量及高峰小時(shí)平均進(jìn)離場(chǎng)延誤作為績(jī)效指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估分析。

3 評(píng)估模型構(gòu)建

3.1 AirTop仿真平臺(tái)

目前常用的機(jī)場(chǎng)及空域系統(tǒng)仿真平臺(tái)有SIMMOND和TAAM[2]，本文采用先進(jìn)復(fù)雜機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)快時(shí)模擬仿真軟件AirTOp作為計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)。AirTOp由比利時(shí)Airtopsoft公司開(kāi)發(fā)，可支持包括終端區(qū)空域（進(jìn)近、離場(chǎng)、起飛、降落等），空中航道，空中交通流量管理，機(jī)場(chǎng)地面（跑道、滑行道、停機(jī)坪、除冰坪等），機(jī)場(chǎng)服務(wù)車輛（油罐車、消防車、擺渡車等），以及航站樓旅客的運(yùn)行模擬仿真。

3.2 地面跑滑系統(tǒng)模型

根據(jù)白云機(jī)場(chǎng)地面跑滑系統(tǒng)總體布局，使用AirTop仿真平臺(tái)的地面模塊進(jìn)行地面跑滑系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，主要包括Runway、BaseRunway、Parking Position、TaxiwaySegment、TaxiwayPoint、RunwayEntry、RunwayExit以及RunwayCrossing等子模塊。

根據(jù)白云機(jī)場(chǎng)實(shí)際跑道運(yùn)行模式，在Runway及RunwayDependency

子模塊中對(duì)跑道運(yùn)行模式及相關(guān)間隔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模，遵循進(jìn)港航班使用02R/20L、01/19號(hào)跑道相關(guān)進(jìn)近著陸；出港航班使用02L/20R、01/19號(hào)跑道獨(dú)立起飛，聯(lián)邦快遞航班因停機(jī)坪位于東側(cè)跑道以東，盡量使用東側(cè)跑道進(jìn)離港的使用原則。當(dāng)02L/20R跑道關(guān)閉以后，采用雙跑道獨(dú)立離場(chǎng)、相關(guān)進(jìn)近模式。

廣州白云機(jī)場(chǎng)共172個(gè)正常停機(jī)位，其中包含68個(gè)廊橋機(jī)位，19個(gè)自滑機(jī)位，15個(gè)貨機(jī)位，26個(gè)聯(lián)邦機(jī)位，在ParkingPosition子模塊中對(duì)停機(jī)位分配原則進(jìn)行建模。

使用TaxiwaySegment子模塊對(duì)白云機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行程序進(jìn)行建模，以向北運(yùn)行為例，具體滑行方案如圖3所示。

航班計(jì)劃采用白云機(jī)場(chǎng)2015年8月12日實(shí)際航班計(jì)劃，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析該日白云機(jī)場(chǎng)總的航班流量為1180架次，高峰小時(shí)流量：72架次/小時(shí)，延誤水平：平均離場(chǎng)延誤7分鐘。

本次評(píng)估假設(shè)天氣狀況良好、無(wú)空軍活動(dòng)并且不考慮地面服務(wù)車輛的運(yùn)行。

3.3 場(chǎng)景設(shè)置

根據(jù)研究目的，在評(píng)估模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了仿真場(chǎng)景，與基準(zhǔn)場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比研究，場(chǎng)景設(shè)計(jì)如下表。

4 仿真結(jié)果與分析

以白云機(jī)場(chǎng)向北運(yùn)行的仿真結(jié)果為例，進(jìn)行分析說(shuō)明。

基準(zhǔn)場(chǎng)景仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析：

基準(zhǔn)場(chǎng)景高峰小時(shí)離場(chǎng)延誤7分鐘。該場(chǎng)景離場(chǎng)高峰小時(shí)出現(xiàn)在早上11：45左右，達(dá)到46架次/小時(shí)，與所用航班計(jì)劃日實(shí)際統(tǒng)計(jì)高峰小時(shí)平均離場(chǎng)延誤水平基本一致，仿真模型基本可靠，場(chǎng)景一仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)：

場(chǎng)景一模擬白云機(jī)場(chǎng)關(guān)閉02L/20R跑道后，仿真所用航班計(jì)劃依然采用典型日的1180架次，高峰小時(shí)離場(chǎng)延誤提高到了14分鐘，高峰小時(shí)離場(chǎng)延誤超過(guò)了可接受延誤水平10分鐘，機(jī)場(chǎng)運(yùn)行受到影響較大。由于離場(chǎng)延誤水平的提高，該場(chǎng)景中離場(chǎng)高峰小時(shí)推后至中午12：30左右，達(dá)到42架次/小時(shí)。endprint

場(chǎng)景二仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析：

場(chǎng)景二中將當(dāng)天航班計(jì)劃進(jìn)行減量處理，刪除延誤水平大于正常延誤時(shí)間7分鐘的航班計(jì)劃。高延誤航班共118個(gè)架次占總航班數(shù)10%，刪除后航班計(jì)劃為1062架次。

場(chǎng)景二中白云機(jī)場(chǎng)關(guān)閉02L/20R道后，刪減高于正常離場(chǎng)延誤水平航班后，全天平均離場(chǎng)延誤均低于10分鐘，高峰時(shí)刻離場(chǎng)平均地面延誤約8分鐘，稍高于基準(zhǔn)模型延誤水平。離場(chǎng)高峰小時(shí)出現(xiàn)時(shí)間與基準(zhǔn)模型基本一致，為早上11：45左右，達(dá)到33架次/小時(shí)。說(shuō)明關(guān)閉02L/20R跑道在正常航班計(jì)劃基礎(chǔ)上減量10%，延誤水平將與正常運(yùn)行時(shí)基本一致。

各場(chǎng)景仿真結(jié)果如表所示。

根據(jù)仿真結(jié)果建議，在02R/20L跑道關(guān)閉期間，白云機(jī)場(chǎng)日航班流量應(yīng)較正常情況總體削減10%-15%，控制高峰小時(shí)流量在65-66架次/小時(shí)，可基本保證機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行航班延誤水平在正常范圍。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用AirTop仿真平臺(tái)構(gòu)建機(jī)場(chǎng)地面跑滑系統(tǒng)模型并設(shè)計(jì)仿真場(chǎng)景開(kāi)展模擬仿真對(duì)比評(píng)估，可以快速直觀地預(yù)測(cè)機(jī)場(chǎng)實(shí)施臨時(shí)地面運(yùn)行策略或者機(jī)場(chǎng)地面保障設(shè)施臨時(shí)開(kāi)放或關(guān)閉對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行能力的影響，對(duì)于民航主管部門決策提供科學(xué)有效的參考及建議。

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作者簡(jiǎn)介：李丘（1988-），男，四川自貢人，碩士，助理工程師，主要研究方向：機(jī)場(chǎng)及空域規(guī)劃與仿真。endprint