超长跑道OAS面参数分析

谢鋆列 罗上溶 冯一峰

【摘要】 现行障碍物评价面（Obstacle Assessment Surface，OAS）对于地处高原机场的超长跑道没有明确标准，制约了民航机场在高原地区的发展;本文在分析国内外超长跑道机场的基础上，通过对现行的OAS面进行构造分析，总结出OAS面-X面随航向台至跑道入口距离（Localizer-Threshold Distance，LTD）的增大而变窄的规律，最终得出超长跑道OAS面构建标准的合理方案。

【关键词】 超长跑道;OAS面;LTD

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.01.014

Abstract： The current obstacle evaluation has no clear standard for the super long runway located in the Plateau Airport，which restricts the development of civil aviation airport in the plateau area. Based on the analysis of the existing OAS surface at home and abroad，this paper summarizes the rule that the OAS surface-x surface narrows with the increase of the distance from the heading station to the runway entrance，and finally obtains the OAS surface of the ultra long runway. The reasonable scheme of constructing standard.

Key words： super long runway;OAS surface;Ltd

近幾年，随着“民航强国”战略的不断推进，我在国广袤的西部建设了众多拥有超长跑道的机场。但在高原机场，地形和天气因素严重影响着航空器的安全，为了更好地保障航空器的安全，需要在超长跑道上安装精密进近仪表着陆系统。由于对实施精密进近的超长跑道需要构建OAS面进行超障评估[1]，但是通过查阅ICAO文件，并没有对超长跑道的OAS面构建提出明确的数值和方程式，这制约了超长跑道机场在高原地区的发展。

目前国外对于OAS面的研究主要是针对正常长度跑道且应用于正常长度跑道，并没有涉及到超长跑道，而现在各个国家所使用的障碍物OAS面评价标准基本上来自ICAO DOC 8168，该标准是OAS面的理论基础。在国内，冯奎奎等[2]针对高原机场OAS面过于保守的问题，应用CRM模型对OAS-X面进行优化，减小了侧向净空限制。宋英伟等[3]提出了利用Google Earth来构建障碍物评价面的新方法，利用评价算法对精密进近航段内的障碍物进行自动评价。田林等[4]研究了航空器在最后进近航段以及复飞航段与机场周边障碍物发生碰撞的概率模型。这些研究仅从理论的角度对障碍物评价面进行了探究，并没有进行详细的数据分析和理论解释，只是给出了笼统的指导意见，因此缺乏一定的说服力。总之目前对于超长跑道OAS面没有太多相关的研究，故超长跑道OAS面的构建仍然是缺乏理论依据的难题。

鉴于此，本文将在现有的国际标准和理论基础上，从构建OAS面出发，分析OAS面参数随LTD的变化规律，来研究超长跑道OAS面的构建标准。

1 国内外超长跑道

本文所研究的超长跑道是指LTD>4500 m的跑道。在国内方面，由于我国西北和西南多为高原地区，所以我国的建有超长跑道的机场多位于西北和西南地区，如：昆明的长水机场，阿里的昆莎机场，以及西藏的昌都邦达机场等。而在国外方面，超长跑道主要由军用机场或军民合用机场演变而来，主要位于卡塔尔，俄罗斯，美国等国家，如：位于伊拉克的埃尔比勒国际机场、位于卡塔尔的多哈国际机场等。如表1所示仅列出具有代表性的几个国内外拥有超长跑道的机场。

2 障碍物评价面

OAS障碍物评价面是在基本ILS面之上的一组精度较高的障碍物评价面，如果没有障碍物穿过OAS面，则在OAS面之上的运行是可以接受的，即对应的OCA/H是可以直接用高度损失/高度表余度表所规定的余度得出，而如果有障碍物穿过OAS面，则需要在有关余度的基础上加上最高进近障碍物的高。

OAS面由6个斜面（分别为对称于ILS 航道的W面、X面、Y面和Z面）、跑道入口水平面和边界线（距跑道入口水平面垂直距离为I类的300 m或II类的150 m）组成。OAS面的6个斜面可以用一个简单的线性方程确定，其方程式如下所示：

z=Ax+By+C

在方程式中，（x，y）为障碍物评价面的水平面坐标，z为（x，y）对应的高，A、B、C为这个线性方程用来确定各个斜面的常数。这些常数仅与GP、LTD和复飞梯度有关，故可根据相关参数，通过ICAO提供的软件PANS OPS OAS计算得到，从而建立各个斜面高度方程式。

3 OAS面参数分析

通过对OAS面构建原理的分析易知LTD只影响了航向道宽度的变化，并不会对下滑道和之后的复飞轨迹造成任何影响，而LTD越长，相应的航向道宽度就越窄，并且通过查看ICAO DOC 8168中的OAS面计算常数表得出W面只随下滑台的变化而变化，Z面只随复飞梯度的变化而变化，他们都与参数LTD的变化无关。那么仅有X面和Y面与参数LTD的变化有关，而LTD的变化会导致构建OAS面时X面的空间位置发生变化。而Y面是在构造完W面、X面、Z面之后连接相应的点并延伸至300 m所建立的平面，故只需探究X面随参数LTD的变化就能得出超长跑道OAS面随参数LTD变化的规律。

3.1 X面空间位置变化分析

分析X面的空间位置变化其实就是分析X面相对于下滑道位置的变化，在确定了LTD、下滑角、复飞梯度等主要OAS面参数后，就能使用计算软件PANS OPS OAS计算出OAS各面的常数。再经过修正后就能得到各面的方程式，构建出OAS面。但当LTD>4500 m时，软件会出现“航向台距离跑道入口超过4500 m”的报错信息，故在LTD>4500 m时无法使用软件计算出相应的OAS面常数。因此需要对OAS面参数变化进行分析，得出超长跑道OAS面参数变化的影响规律。

图1绘制了X面方程式各常数随LTD的变化曲线。由图可知常数A、B随LTD的增大而增大，常数C随LTD的增大而减小，但它们的曲线都在LTD>4000 m后变得越来越平缓且趋向一个数值。将（x，y）坐标值代入X面方程式可知X面的空间变化随着LTD的增大变得越来越陡峭，X面所构成的空间区域变得越来越小，但在LTD>4000 m以后，虽然X面在空间中仍有变陡峭的趋势，但这个趋势很小且趋于不变，故在LTD>4000 m以后所形成的空間区域虽然在缓慢变小但是仍趋于稳定。

3.2 X面平面位置变化分析

由3.1中X面空间位置变化分析，可以大概了解X面的变化规律，但也只能得到大致的变化趋势，具体反映在实际所构建OAS面的范围变化还得从OAS面平面宽度范围变化来分析。通过分析OAS面平面图，发现X面所在范围内D″点处的横向半宽最大，故选用此点处的半宽进行平面位置变化分析。图1统计了不同跑道长度的D″处半宽变化曲线图。

由图1可知，D″处最大半宽随LTD的增大而减小，但在LTD>4000 m曲线后变得越来越平缓且趋向一个数值。这说明X面的平面变化随着LTD的变化变得越来越窄，但在LTD>4000 m后，这个趋势很小且趋于不变，此变化相对于飞机尺寸而言可以忽略不计。

故对于LTD>4500 m的超长跑道直接应用4500 mOAS面的构建标准，不仅简单方便并且更加保守。

4 结论

根据OAS面构建原理和ICAO DOC 8168中的OAS面计算常数表可知，飞机在决断高不能建立目视进近后的复飞梯度以及下滑道在跑道入口处的信号强度均与跑道长度无关，即与LTD无关，故LTD超过4500 m主要影响OAS面的X面和Y面。

而通过对OAS面-X面的分析，D″处最大半宽和空间位置在LTD>4000 m时的变化幅度都有明显缩小，当LTD>4500 m时OAS面-X面的变化与LTD的变化相比可以忽略不计。故在ILS信号满足机场运行标准的前提下，在现有的超长跑道 LTD>4500 m时可以使用LTD=4500 m时的OAS面构建标准，减少不必要的净空限制。

【参考文献】

[1] Aircraft Operations Volume II Construction of Visual and Instrument Flight Procedures：ICAO DOC 8168v2.2014[S]..

[2] 冯奎奎，葛飞，翟文鹏.碰撞风险模型在机场OAS面优化中的应用[J].航空计算技术，2019（1）：27-31.

[3] 宋英伟，董云龙.基于Google Earth的机场OAS面障碍物评价[J].测绘与空间地理信息.2015（5））：222-224.

[4] 田林，隋东，张文涛.虹桥机场障碍物碰撞风险分析[J].航空计算技术，2015（2）：57-60.

[5] 魏志强，葛飞，王仲，等.基于CRM的障碍物椭圆评价面的构建方法[J].中国安全科学学报，2018（6）：135-140.

[6] 叶右军.飞机进近着陆阶段的碰撞风险模型研究[D].四川：中国民用航空飞行学院，2019.

[7] 田林，隋东，张文涛.虹桥机场障碍物碰撞风险分析[J].航空计算技术，2015（2）：57-60.

[8] 张薇敏.ILS精密进近程序设计中对障碍物的自动处理和评价[J].中国民航学院学报，1990（1）：44-50.

[9] 葛飞.超长跑道精密进近阶段超障评估方法研究[D].天津：中国民航大学，2019.

[10] 戴福青.飞行程序设计[M].天津：天津科技翻译出版社，2003：67-68.

【作者简介】

谢鋆列（1999-），男，中国民航大学本科在读，研究方向为交通运输。