数学建模飞行管理问题

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数学建模飞行管理问题范文第1篇

关键词：国际机场；鼠跑道运行：空域容量

中图分类号：V355　文献标识码：A　文章编号：1009-863l(2010)05-0028-02

本文通过计算机仿真方法来预测咸阳机场双跑道运行的容量情况。判断其是否满足2015目标年的容量需求，并为机场双跑道运行提供相关建议。

一、运行模式分析

跑道运行模式的选择，影响着机场空域内进离场飞机流的动态分布和冲突组合，空域容量会随着冲突的增加而减少。因此。双跑道的运行模式对于机场空域的容量会产生非常重要的影响。

(一)单独考虑成阳机场

成阳机场两条跑道分别位于航站楼两侧，相距2100m，属于宽距平行跑道。两条跑道之间也不存在地面滑行航空器穿越跑道问题。

(二)周围机场的影响

成阳机场周边机场对成阳机场的影响主要体现在空域的相互占用上。

(三)运行模式分类

运行模式可分为成阳机场单独运行和成阳机场与周边机场同时运行两种模式。

宽距平行跑道可按照独立运行模式实施混合或半混合运行，即：两条跑道的起降安排互相独立或一条跑道主起，另一条跑道主降。

因此，每种运行模式又可分为：

方式一：05UR独立运行：

方式二：05L主起、05R主降：

方式三：05L主降、05R主起。

二、仿真模型

(一)仿真工具

通常容量评估大体上分为数学建模和计算机模拟两种方法。由于终端区空域结构复杂，航班飞行具有随机性，一般很难用数学模型来精确的描述这个系统，所以通常用计算机模拟的方法来对整个终端区系统进行仿真模拟。目前，计算机模拟方法评估容量有TAAM和SIMMOD软件。

本文使用SIMMOD PLUS软件仿真模拟成阳机场双跑道不同运行模式下不同方式的运行情况。根据咸阳机场双跑道运行的进离场程序开展空域容量评估，给出其理想运行方式和空域容量值，并分析周边机场飞行对成阳机场空域容量影响，最后提出改善咸阳机场空域运行的建议措施。

(二)建模数据

1.航空器比例分析仿真中采用成阳机场2010年5月23日的航班时刻表模拟系统中的航班飞行，其中进场234架次、离场230架次。

因为不同航空器的具有不同特征，不同机型的比例会影响航空器在机场的进场和离场的航班排序。表1显示航班时刻表中航空器的机型分类及所占比例。

从表1可以看出，咸阳机场以A320、B737等中型飞机为主，比例高达84.3％；重型飞机的比例较小，相对轻型飞机的比例较大，轻型机速度小，占用空域时间长，会影响到进近扇区的容量。

2.流量分布

根据2010年5月23日的时刻表，可得到进离场航班如图1、2的空间分布：

从图1、2中可以看出长武、洛川方向的进离场航班比例基本相同，而进场航班只有三亚进场的航班从柞水方向进场，其余华南和部分西南机场的航班均分别从宁及东南方向进场：离场航班从柞水方向离场的则高达28.7％，宁陕、东南离场方向离场的比例明显小于进场比例。

(三)空地模型

根据规划的咸阳机场地面交通布局图建立地面跑滑系统(图3)。

采用实际及新规划的标准仪表进场图(STAR)和标准仪表离场图(SID)建立航空器进离场的飞行程序，可以建立咸阳机场的空中模型。

三、结果分析

(一)成阳机场独立运行

在咸阳机场设有周围飞行活动的影响时。主要考察进离场航线与飞行程序的布局对容量的影响，包括双跑道独立运行，05L主起。05L主降三种方式。

1.三种方式对比

多次模拟后，计算机仿真结果显示：在成阳机场独立运行时。采用双跑道独立运行方式日航班量高于05L主起及05L主降的模式，见表2。

2.双跑道独立运行

双跑道独立运行时，日航班量达到727架次，此时的离场延误接近15分钟，高峰小时为15:00-16:00，高峰小时架次为52。图4显示成阳机场独立运行。双跑道独立运行方式下的日航班架次一延误关系，纵轴表示分钟。图5显示在该方式下的跑道起降架次。

(二)成阳机场与周边机场同时运行

在咸阳机场周围有飞行活动时，咸阳机场的飞行活动受到一定程度的限制，空域容量受到影响。咸阳机场与周边机场同时运行也包括双跑道独立运行。05L主起和05L主降三种方式。

1.三种方式对比

多次模拟后，计算机仿真结果显示，在咸阳机场与周围机场同时运行时，同样是双跑道独立运行的模式最优。见表3。

2.双跑道独立运行

双跑道独立运行时，日航班量达到691架次。此时的进场延误接近10分钟。高峰小时为13:00-14:00，高峰小时架次为53。图6显示成阳机场与周围机场同时运行时。双跑道独立运行方式下的日航班架次一延误关系。图7显示在该方式下的跑道起降架次。

因此。无论周围机场飞行活动有无影响，均建议采用双跑道独立运行的方式。

(三)存在问题分析

1.咸阳机场独立运行

咸阳机场独立运行时，南北两个方向进场的航班在进场阶段相互影响较小。但存在多个航班同时到达起始进近点的情况，为了建立进近要求的最小间隔，航班在几个起始进近点处产生空中延误。

此外，从华东和西南两个方向的进场程序在静峪脑(DME33.6)定位点处交汇，而这两个方向的流量都较大，使交汇前后的航班不能满足航路间隔要求。从而产生较大的空中延误。

2.与周围机场同时运行

当周边机场活动时，华东、西南、宁陕进场方向的所有航班必须通过本场上空，以烽火(FN H]为起始进近点IAF，致使南面3个方向的进场航班与洛川方向的进场航班在烽火(FNH)处交汇，造成较大的进场延误。

四、结论及改进建议

(一)鲒论

通过计算机仿真方法评估分析，该方案距满足2015年的容量需求还有一定差距，因此要通过软件设施的调整，尽量满足航空需求。

(二)改进建议

1.近期建议

调整机队、机型的合理化：A、B类航空器，在空域内运行不具备RNAV运行能力、速度低、占用空域时间长、载客量低，严重影响西安进近的扇区容量和机场吞吐量，应适当迁至其他非协调机场运行，咸阳机场应以C类机型为主。

采用新型的导航技术，推进RNAV运行程序实施：RNAV程序运行路线安排灵活，可以充分考虑管制和飞行的灵活性。减少管制通话，降低管制负荷。

双跑道运行程序优化：按照目的地机场安排离场跑道，按照起飞机场安排着陆跑道。采用目视进近，提高跑道容量。

2.中长期建议

灵活使用空域：从仿真分析的结果看，影响咸阳机场空域容量的因素既不是地面也不是管制员负荷，主要原因是空域限制。且管制协调工作繁琐，因此建议在国家空域管理体制改革的背景下，逐步对空域资源实施灵活管理。

缩小飞行间隔：提高空管的通讯，导航，监视保障能力，通过缩小进近管制区飞行间隔，实现容量的提高。而且，可以从根本上增加机场容量。

通过以上改进，咸阳机场双跑道运行的容量值预计可基本满足2015年的设计目标，但要满足2020年成阳机场航空需求，在空域调整方面需要进行更加深入的研究。

参考文献：