机场平行跑道容量评估模型研究

任武玲

摘 要：为改善机场的地面运行效率，使航班的延误率降低，对机场地面的容量研究是目前最有效的方法。在跑道容量评估中，跑道容量的影响因素对整个机场的运行效率起着至关重要的作用，它对跑道容量的评估起着至关重要的作用。本文在考虑了跑道穿越的情况下对四种构型的平行跑道容量进行了建模分析。

关键词：空中交通；平行跑道；跑道穿越

一、引言

空中交通运输网络是由航路、航线和机场组成，如果飞行流量增大到一定程度，则容易产生空中交通拥挤和堵塞，导致航班延误。随着我国经济的发展和航空技术的进步，我国航空运输业也取得了较快发展，航空运输的地位在我国的交通运输体系中已经占据了越来越重要的地位。但是随着航空运输需求的增大，飞行流量的迅速增加，作为航空运输网络节点的机场受容量的限制导致大量航班延误的问题逐渐突出、机场承载的压力也越来越大。机场作为整个空中交通的中心场所，必须得到科学合理的规划。因此，本文通过建立平行跑道的相关数学模型，通过定性和定量相结合的分析方法，对典型的几种平行跑道容量进行研究，为机场今后对跑道进行规划和建设提供了可靠的理论依据。

一、跑道容量影响因素

跑道容量是指在给定时间段内跑道体系处理飞机架数的最大能力，即当有连续服务要求时，在单位时间间隔内一个跑道体系所能容纳的最大飞行航班架次。通过查阅文献和相关资料可知影响跑道容量的因素主要有如下几点：

第一，监视设备、导航、辅助着陆系统。

第二，终端区空域规划、进离场程序。

第三，跑道占用规则以及管制员的管制策略。

第四，跑到数量和长度、跑道配置、跑道运行方式。

第五，气象条件（如能见度、降水量、风向和风速等）、噪声限制和飞行规则。

第六，起飞流和到达流所占的百分比、跑道上的机队组成。

第七，不同类型飞机最后进近路线长度、以及进近速度。

二、常用的跑道容量评估模型

我们知道，机场的运行效率主要体现在飞机起降的数量，即跑道的容量，它是提高机场运行效率的关键因素。常用的机场跑道容量评估模型有3种：

其一，基于历史数据的统计分析方法。此法利用机场目前的运行现状搜集相关数据，再对数据进行整理分析，从而计算出机场跑道的容量，最初的跑道容量分析大多采用此法，其缺点是没有把容量的各个影响因素考虑在内，在固定的时间段内航空器的架数是不固定的一个数。

其二，基于数学模型的方法。此法通过利用相关的参数，在考虑影响因素的条件下，建立相应的数学方程式，从而计算出跑道容量。此法主要用于对可度量的影响因素进行评估，缺少对微观因素的考虑，例如：天气状况。

其三，基于计算机仿真建模的方法。利用计算机编程的方法对当今机场容量进行评估，这是目前使用最为广泛的方法，主要使用的仿真软件有Simmod、TAAM和RAMS。

其四，基于管制员工作负荷的方法。此法通过得知管制员每小时的工作负荷反推出航班的架次。此法的缺陷是并未考虑管制员工作时人为因素的影响。

三、平行跑道容量评估模型

根据ICAO（国际民航组织）的规定，平行跑道是指跑道中心线相互平行或跑道中心线的延长线之间夹角小于15度的非交叉跑道。

根据中国民用航空局第123号令《平行跑道同时仪表运行管理规定》的有关要求，并参考美国联邦航空局的相关规则，将平行跑道运行模式及所需跑道间距进行总结[5]。

由总结和目前大多数多跑道机场的构型，本文对下面4种典型平行跑道构型的起飞和降落容量展开研究。

（一）跑道间距为近距，运行模式为一起一降

近距即两条跑道的入口齐平，中心线间距小于762m，假设跑道与航站区之间的滑行道设置充足[5]。通过查阅相关资料可知，此构型属于近距平行跑道，一般离航站区较远的跑道用于降落，离航站区较近的跑道用于起飞。

本容量计算模型假设：①到达飞机具有优先权；②出发飞机插缝放行。

降落航班有跑道穿越时的容量模型：

当距离航站区较远的跑道用于降落时，跑道到达航空器时间间隔为：

（二）跑道间距为中距，运行模式为起降隔离

中距即跑道中心线间距大于762m，其他条件与近距模型相同。独立平行离场运行与隔离运行都可在此跑道上实施。假设距离航站区较远的跑道用于降落，另一条跑道用于起飞。起、降之间互不影响，隔离运行，且起、降航班分别配备相应的尾流间隔。在评估跑道容量时考虑跑道穿越。

其中，r为跑道上无航空器时，最后进近的航空器距离跑道入口的距离；AT（i）表示前机i的实际着陆时间；e为航空器距离间隔裕度，一般为1到2千米；AROT（i）为航空器i的跑道占用时间；AAST（ij）为航空器在连续到达时的五边最小雷达尾流时间间隔；wij为前机i后机j连续到达时的雷达尾流安全间隔规定。

（三）跑道间距为远距，运行模式为起降混合

远距即两条跑道中心线间距大于920m，其他条件与近距模型相同。通过查阅相关资料可知，相关平行仪表进近在此跑道构型上是允许的。两条跑道都为混合运行模式，模型中假设到达航班和起飞航班对跑道有同样的优先权。连续起飞或降落的航班若在同一条跑道上则须配备相应的尾流间隔。同一跑道起降交替运行时，当降落航班距离跑道入口小于等于7km时，起飞航班禁止从等待起飞位置滑出起飞。在两条跑道同时降落的航班，进近过程中须保持6km以上的斜距间隔。

（四）跑道位于航站区的两侧，起降独立运行模式

在此模型中两条跑道中心线间距大约为1500m，航空器的起飞和降落均可以在两跑道上进行。此跑道相当于构型两条互不干扰的单跑道，航空器可做独立平行仪表进近。若航空器一条跑道上连续起飞或降落，则须配备相应的尾流间隔。同一跑道起降交替运行时，当降落航班距离跑道入口小于等于7km时，起飞航班禁止从等待起飞位置滑出起飞。

五、总结

随着航空运输的快速发展，我国已成为世界上第二大航空运输国，但是机场跑道容量远不能满足需求，经常造成航班延误，机场运行效率低，所以我国多个机场在实施相应的措施来提高机场的容量，主要包括修建多跑道、扩建机场和新建机场，以此来缓解日益增长的空中交通压力。本文主要从平行跑道容量评估入手，考虑了近距、中距、远距平行跑道位于航站区同侧和跑道位于航站区两侧四种构型下的跑道容量，在进行跑道容量计算时考虑了跑道穿越的情况。（作者单位：中国民航大学）

参考文献：

[1] 胡明华.基于统计分析的机场单跑道容量估计模型[J].数据采集与处理.2000 15（1）：74-77.

[2] 蒋兵，胡明华，田勇，黄卫芳.机场跑道容量评估模型和估计方法的进一步研究.交通工程学报.2003.3（2）：80-83.

[3] 尹嘉男，胡明华，赵征.多跑道机场地面容量评估.

[4] 张启钱，胡明华，施赛峰，杨晶妹.多跑道航班起降调度优化算法.交通运输工程学报.2012年12月.第12卷 第6期.

[5] 尹嘉男，胡明华，张洪海，马园园.多跑道协同运行模式优化方法.航空学报.2014年3月25日.第35卷 第3期.