多机场终端区空时资源分析

2014-07-28李树军

电脑知识与技术 2014年17期

关键词：动态管理

李树军

摘要：为了更充分利用多机场终端区空域资源，提高终端区航班运行效率，该文对多机场终端区的空间资源和时间资源进行分析研究，初步研究了空间资源上的时间资源的动态管理方法，为多机场终端区的空域结构和多机场终端区的航班运行研究提供了一定参考意义。

关键词：多机场终端区；空间资源；时间资源；动态管理

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）17-3967-05

Study Airspace- time Resources in Multi-airport Terminal Area

LI Shu-jun

（Inner Mongolia Civil Aviation Air Traffic Management Sub-Bureau，Huhot 010010，China）

Abstract： In order to make full use of multi-airport terminal area airspace resources， improve the terminal area flight operation efficiency， this paper analysis of the multi-airport terminal area of space resources and time resources， preliminary study dynamic management method between space resources and time resources， provides certain reference significance for the study of multi-airport terminal area of flight operation space structure and multi-airport terminal area.

Key words： multi-airport terminal area； space resources； time resources； dynamic management

1 概述

从上世纪90年代起，我国民航业得到了迅猛发展，空中交通流量也随着快速增加[1]，由此带来的空中交通流量管理问题，成为了民航业的一个重要研究课题。终端区流量管理是整个空中交通流量管理中的重要组成部分，在这空域里，航路上的航班脱离航路后要加入到终端区内的进场航线上进行进近着陆，且离场的航班也要经过终端区加入到航线上，在这个狭小的空域里，不仅要保证航班的安全间隔，还要有条不紊的进行起飞、降落，因此大部分的航班延误和拥挤状况都发生在终端区。而近年来，随着区域经济的发展，在经济发达的都市群中出现了多个机场，这些机场的部分空域互相耦合、航线网络互相交织，导致航班延误更加严重、飞行冲突更加频繁，因此，该文对多机场终端区的空间资源、时间资源进行了分析，探讨了空间资源和时间资源的动态分配管理方法。

2 多机场终端区的基本概念

按照《中华人民共和国飞行基本规则》[2]的规定，基于空域内飞行繁忙、机场密集地区的进近飞行提供统一管制的设想而设立终端管制区，它常常设在一个或几个主要机场附近的空中交通服务航路汇合处的管制区，航班起飞后的爬升阶段和着陆前的进近阶段都发生在该区域，是航路飞行到着陆阶段的过渡区。我国终端区通常是以枢纽机场为中心，50海里为半径的空域范围。

随着地区的经济发展，同一个地区常常出现多个机场，它们之间的地理位置较近，通常共用同一个终端区，即多机场终端区。对于单机场终端区，多机场终端区的航线结构更加复杂，各机场之间的进离场使用空域互相耦合，在航班流量密度增大时，机场的运行操作会互相受到其他机场的影响限制[3]。如图1为某多机场终端区空域结构示意图，从图中我们可以看到，多机场终端区的进离场航线错综复杂、互相交织，它们主要包括终端区进出口定位点、航线交叉点、机场进出口点等空间资源。

3 多机场终端区的时空资源

终端区资源包括两方面，其空间资源，包括各航路进出点、各机场进出点，以及终端区空域内的航线交叉点；其时间资源包括航路各点时间资源和机场跑道时间资源。

在多机场终端区空域中，空间资源主要包括终端区进出口定位点、航线交叉点、机场进出口点等，其对航班流的约束大致相同，可以分成下列四类，如下：

3.1 空间资源

3.1.1单一空间资源

在终端区航班运行中，航班流往往要经过一个限制的空间资源，这个资源可能是单一航路的进场点，或者是终端区内一个容量限制的点，如图2所示，这时必须合理分配航班流前后飞机的时间资源，保证在经过该空间点时有足够的安全间隔。

3.1.2连续空间资源

如图3所示，有时航班要连续经过几个限制点，在运行时必须同时考虑这些空间资源的限制，如终端区进场点和跑道入口点这两个空间资源，在分配时间资源时，必须满足终端区进场点的空间资源限制，也要同时满足跑道入口点的空间资源限制。

3.1.3交叉—分散空间资源

如图4所示，两个不同来向的航班流汇聚于一个空间资源点，然后这些航班流又分到不同的航路上去，类似于多个航路汇聚于同一个进场点，然后又马上分离飞往不同的机场跑道着陆。该情况首先要考虑空间资源的容量限制，然后要考虑不同航班流到达该空间资源时的安全间隔，合理分配不同来向航班占有的时间资源。endprint

3.1.4交叉—汇聚空间资源

交叉—汇聚空间资源约束最为典型的是，在多机场终端区中，从不同进场点进来的航班汇聚于同一个机场跑道，然后进行着陆，如图5所示。该情况需要考虑该空间资源的容量限制，也要满足不同进场航班流经过该空间资源时的安全间隔，同时也要考虑航班汇聚后的次序以及汇聚后航班流之间的安全间隔。

在终端区的四类空间资源中，单一空间资源和连续空间资源比较好理解，单一空间资源为最简单结构，连续空间资源可以简化成单一空间资源结构，只是要同时满足多个空间资源的限制。对于交叉—分散空间资源和交叉—汇聚空间资源在多机场终端区也很常见，它们描述了多机场终端区内不同交通流之间的互相作用。

3.2 时间资源

时间资源是基于空间资源的时刻分配，如航班在进场点的时间分配、在交叉点的时间分配、在跑道入口点的时间分配等，目的是合理分配各航班在空间资源约束下的时间资源，使航班在终端区内能够有序、高效的运行。根据空间资源的地理位置的分布，在终端区中可以将时间资源分成终端区进场点时间资源、交叉点时间资源和机场跑道时间资源。

首先对下列概念、符号进行定义：

[f]：终端区中航班；

[EATrf]：航班[f]到空间资源[r]的最早时间，由飞机当前位置到空间资源的距离和飞机在该区域允许的最大速度决定；

[LATrf]：航班[f]到空间资源[r]的最晚时间，由飞机当前位置到空间资源的距离和飞机在该区域允许的最小速度决定；

[[EATrf，LATrf]]：即时间窗，每一航班[f]到空间资源[r]都有一个最早时间[EATrf]和最晚时间[LATrf]，飞机只能在时间窗内到达；

[STAr]：空间资源[r]上的时间资源，[STAr∈[EATrf，LATrf]]；

[sfifj]：航班[fi]和航班[fj]间在空间资源[r]上的最小安全间隔；

[δfifjr=1，航班fi在航班fj前过空间资源r0，航班fi在航班fj后过空间资源r]

如何分配航班在空间资源上的时间资源，主要根据航班占有该空间资源的先后顺序来确定，该文以两航班[（fi，fj）]为例，将其分成了四类，即完全性时间资源、限制性时间资源、条件性时间资源、选择性时间资源。

3.2.1完全性时间资源

如图6所示，该情况中，两航班的时间窗不重叠，即航班[fi]的最晚到达时间[LATrfi]都早于航班[fj]的最早达到时间[EATrfj]，很显然航班[fi]在航班[fj]之前到空间资源，即[δfifjr=1] ，同时，两航班间的时间窗间隔自动满足安全间隔，即[LATrfi+sfifj≤EATrfj]。所以航班[fi]排在航班[fj]前，即航班[fi]先拥有该空间资源的时间资源[STAr]，同时只要航班在时间窗内达到，对航班的[STAr]都没有限制。

3.2.2限制性时间资源

如图7所示，该情况中，两航班的时间窗不重叠，即航班[fi]的最晚到达时间[LATrfi]都早于航班[fj]的最早达到时间[EATrfj]，很显然航班[fi]在航班[fj]之前到空间资源，即[δfifjr=1] ，但是，两航班间的时间窗间隔不能完全满足安全间隔，即[LATrfi+sfifj>EATrfj]。所以航班[fi]排在航班[fj]前，即航班[fi]先拥有该空间资源的时间资源，同时对航班[fi]和航班[fj]的时间资源[STAr]有限制，即在给航班[fi]分配[STAr]后，航班[fj]需要满足[STArfi+wfifj≤STArfj]，此时航班[fj]的[STAr]可能不能是时间窗的任意时刻。

3.2.3条件性时间资源

如图8所示，该情况中，两航班的时间窗有重叠，即航班[fj]的最早达到时间[EATrfj]比航班[fi]的最晚到达时间[LATrfi]要早，但是[fi]的最晚到达时间[LATrfi]与航班[fj]的最早达到时间[EATrfj]又不满足安全间隔，此情况航班[fi]也将在航班[fj]前拥有该空间资源的时间资源，即[δfifjr=1]。此情况和情况2相似，只是对航班的时间窗具有更大的限制，需要控制好前一航班的[STAr]，否则会导致后一航班的时间窗过小，对到达时间的要求更高。

3.2.4选择性时间资源

如图9所示，该情况中，两航班的时间窗大部分重叠，即航班[fi]的最早达到时间[EATrfj]和航班[fi]的最晚到达时间[LATrfi]都满足安全间隔，因此该情况不能够有效判断哪个航班先将有用该空间资源的时间资源，即[δfifjr=1 or δfifjr=0]，只能其他方法来确定航班对空间资源的时间资源拥有的次序。

4 多机场终端区时空资源动态管理

为了更好的分析多机场终端区的空时资源，该文对多机场终端区进行了简化，只考虑终端区进场点和各机场跑道两个空间资源，终端区中这两个空间资源的时间资源分配是互相制约、互相影响的。只有通过不断的调整这些空间资源的时间资源，最终才能确认每个空间资源的合理时间资源，使空间资源得到合理的利用。在整个时空资源动态管理分成两大部分，即“终端区进场点——>机场跑道”的时空资源动态管理和“机场跑道——>终端区进场点”的时空资源动态管理。

4.1 “终端区进场点—>机场跑道”空时资源管理

“终端区进场点—>机场跑道”的空时资源动态管理中，主要是根据终端区进场点空间资源的时间资源来分配确认机场跑道空间资源的时间资源。

在航班[fi]将进入终端区前，根据雷达等信息，可以预知航班到达终端区进场点的预计到达时间[ETAAFfi]，以及最早到达时间[EATAFf]和最晚达到时间[LATAFf]；然后根据前后航班之间所需的最小安全间隔[SAFfjfi]给航班分配时间资源[STAAFfi]，其中时间资源应该在最早预计到达时间和最晚预计到达时间之间，如图10所示。endprint

4.2 “机场跑道—>终端区进场点”的空时资源管理

根据“终端区进场点—>机场跑道”的时间资源动态管理，我们已经初步得到了航班在终端区进场点和机场跑道的时间资源，但是这些时间资源不能满足终端区内所有空间资源的安全，需要进一步对空间资源上的时间资源进行处理。根据终端区进场点分配的时间资源[STAAFfi]得出的临时时间资源[ISTAAptf]，我们还需要根据机场跑道上连续进近着陆的两架航班之间的最小安全间隔进行处理，对航班进行重新分配时间资源，使航班既能满足安全间隔，又能充分利用空间资源。

由于机场跑道和进场点空间资源是相互影响，即需根据重新调整的机场跑道的时间资源[STAAptfi]，对终端区进场点的时间资源需再次进行调整。即根据终端区的运行时间，可以计算出该航班在机场跑道的时间资源所需的终端区进场点的时间资源可行时间窗[[ERATAFfi，LRATAFfi]]，航班需要在这个时间窗内分配进场点的时间资源，才能保证航班在机场跑道的时间资源的确定性，如图12所示。若早于最早所需时间[ERATAFf]，则航班将会把延误带入终端区，造成机场跑道上的延误；若晚于最晚所需时间[LRATAFf]，则机场跑道空间资源的时间资源不能被充分利用。

若航班无法在所需时间窗[[ERATAFfi，LRATAFfi]]内找到一个时间资源[STAAFfi]，使该航班和前后航班之间满足安全间隔（注：去往不同机场跑道的航班可以超越，去往同一机场跑道的航班不能超越），如图13所示，则需让航班[fi]航班进行延误等待处理，即重新分配航班[fi]在进场点空间资源上的时间资源[STAAFfi]，同时需要动态的管理机场跑道的时间资源[STAAptfi]。

5 总结

本文首先对多机场终端区的空间资源和时间资源进行了分析，然后对多机场终端区进行了简化分析，初步研究了空间资源上的时间资源的动态管理方法，后面研究可以进一步考虑更多的资源进行相连，建立起空间资源和时间资源的协同关系，为这对今后研究多机场终端区的空域结构和多机场终端区的航班运行具有一定的参考意义。

参考文献：

[1] 中国民航局.中国民航局2014年3月24日公布 2013 年全国机场生产统计公报.2014. http：//www.caac.gov.cn/I1/K3/201403/t20140324_62919.html