湛江进近管制区空域与进离场航线规划方案研究

王笑天,徐 晨,黄建强,刘 博

(民航中南空管设备工程(广州)有限公司,广东 广州 510000)

1 引 言

2005年中国成为世界航空运输量第二大国家,民航局制定了中国由民航大国向民航强国发展的战略目标。民航发展,空管先行,要把我国建设成为民航强国,加快空中交通管理系统的建设和发展成为极为重要的要素[1]。空管基础设施经过“十五”时期和“十一五”时期的建设,也有了突飞猛进的发展,飞行安全保障的手段得到进一步的加强,但是仍然难以适应民航快速发展的需要。根据民航局统计数据,2019年全行业完成旅客运输量65 993.42万人次,比2018年增长 7.9%,全行业运输航空公司完成运输起飞架次496.62万架次, 比上年增长5.8%[2]。民航业的快速发展亟须空管基础建设项目的扩增与之匹配。

为了进一步提高安全保障能力,民航局空管局在“十一五”规划中将湛江进近管制区列为重点项目进行规划建设。2019年,湛江进近管制中心工程正式列为国家民航局“十三五”规划的重点建设项目,并作为广东省及湛江市重点建设项目,也是湛江机场迁建工程的重要配套工程。湛江进近管制中心主体工程于2020年10月正式动工,2022年6月基本完工并通过初步验收。与此同时,2022年4月21日,根据全国民航管制区优化调整工作安排,湛江高空、中低空统一调整到了南宁,但随着高空管制区的进一步调整,下一步湛江空管站将接回湛江进近管制区。湛江进近管制区除负责调配起降湛江机场的航空器外,同时也需要负责调配海口、北海、玉林机场及通用航空机场起降的航空器。未来空域发展或将面临空地资源不足、协同机制不强、质量效率不高等突出问题。

为了更好地支撑后期湛江空管站重新接管湛江进近管制区的运行,结合目前空域运行中存在的问题和管制运行需求,对湛江进近管制区空域与进离场航线规划方案进行研究。通过优化调整进离场航线网络结构,提高安全裕度、缩短飞行里程、减少飞行冲突、降低航空器运行成本[3]。

2 湛江进近管制区空域概况

相比于广州、珠海等繁忙进近管制区,湛江进近管制区从飞行流量看不属于非常繁忙的管制区,但它的空域运行复杂程度较高,是一个比较有特点的管制区。首先取决于它所处的地理位置。湛江进近管制区地处珠三角和海南岛机场群主要飞行流的上升下降交汇地段,航路航线结构复杂,航班交叉穿越飞行多,特别是湛江、北海、海口3个民用运输机场呈三角形分布,机场间直线距离分别为135公里、215公里和172公里①,起降飞行相互穿越,运行安全压力大;紧靠南中国海和北部湾,往返海上石油平台的通用航空任务重;为确保南中国海及北部湾海上国家领土完整,军航训练任务重、战斗出航频繁,军民航飞行冲突点较多。其次,管制区内空域运行复杂。区域内军民航飞行活动共存,涉及航班运行、军航训练飞行、通航飞行等多种类的飞行,管制指挥比较复杂;管制区内航线距离短,可供调配的余地小;各机场管制方式不一致,执行的间隔标准不同,管制调配压力较大;军民航管制区域范围不统一,管制协调和移交环节多、时间长、难度大,影响飞行安全和运行效率。

2.1 空域现状

湛江进近管制区位于粤西地区,其水平范围为以湛江机场为中心,半径约150公里的不规则区域,面积约5.6万平方公里,垂直范围为标准气压高度6000米(含)以下②,与广州、南宁、海口、三亚、香港管制区相邻,是海南岛往返内陆及港澳台、珠三角和长三角地区往返东南亚的主要航空通道,也是我国南中国海和北部湾地区的重要训练空域。管制区内现有湛江、北海、玉林三个民用运输机场,坡头、新塘两个直升机机场,以及两个其他用户机场,南侧还与海口美兰大型民用运输机场相邻,坡头、新塘及两个其他用户机场距湛江吴川机场直线距离均在50公里以内,形成了密集的机场群。湛江吴川机场与周边机场的位置关系如图1所示。

图1 湛江吴川机场与周边机场的位置关系

2.2 周边航路航线结构

湛江进近管制区内航路结构以湖光导航台(LH)为中心,呈伞状向四周发散。主要有国际(地区)航路航线R339、R200、G221、A202,对外开放航路航线W70、W71,对外开放进离场航线W605,对外开放临时航线V19,国内航路航线H81、H82,国内临时航线X28,国内进离场航线J200。现有航路航线网络相对丰富,属性多样。湛江进近管制区内航路航线结构如图2所示。

图2 湛江进近管制区内航路航线结构

2.3 现有管制区划设情况

湛江进近管制区公布高度为标准气压高度6000米(含)以下。区域内分布有三个民用机场塔台管制区,分别是:湛江机场塔台管制区、北海机场塔台管制区和玉林机场塔台管制区。湛江进近管制区内民航管制空域分布如图3所示。

图3 湛江进近管制区内民航管制空域分布

3 现有运行冲突分析

湛江进近管制区内民航运输机、战斗机和直升机活动共存,涉及航班运行、军航训练飞行、通航飞行等多种类的飞行,相互之间产生影响,以下从民航之间、民航与其他用户、民航与通用航空三个方面分析目前空域运行中存在的主要问题。

3.1 民航之间的主要飞行矛盾

受限于可用空域资源不足,湛江进近管制区内航线布局密集且复杂,主要航路航线流量较大,交叉汇聚及相对运行风险较大。主要体现在四个区域:一是BIGRO上空的对头和汇聚冲突;二是南康上空的对头和汇聚冲突;三是湖光上空的交叉汇聚冲突;四是GIVIV和ISBIG上空的汇聚对头冲突。湛江进近管制区进离场航线和海口飞越航线及主要冲突区域分布如图4所示。

图4 湛江进近管制区进离场航线和海口飞越航线及主要冲突区域分布

3.2 民航与其他用户的主要飞行矛盾

其他用户在湛江进近管制区内划设了若干个训练、特技和拦截空域,训练空域密集,覆盖范围广,湛江进近管制区内的进离场航线势必穿越这些训练空域,与其他用户活动产生影响。当其他用户活动时,民航可用调配空域有限,且部分进离场航线高度受到限制,进离场高度穿越难度增大,将造成空域拥挤,加大了管制调配的难度和工作量。

3.3 民航与通用航空的主要飞行矛盾

坡头机场距湛江吴川机场西三边的最小距离13公里,坡头机场进离港直升机偏到其机场东侧时,容易与吴川机场起降航空器造成飞行冲突。坡头机场在外围制定了多条低空航线,运行高度在900米(含)以下,与吴川机场进离场航线在高度上保持一定的垂直安全间隔,不存在运行冲突。

湛江吴川机场与南航通航直升机的主要矛盾是同场运行的问题,主要表现在两个方面:一是由于通航飞机“低、慢、小”的特性,在五边混合进近时,存在速度追赶问题,增加管制调配负荷;二是有进离港调配需要时,本场离港直升机与湛江吴川机场一边、五边距离较近。

4 空域与进离场航线规划方案

结合相关研究经验,空域规划及进离场航线划设需考虑在保证安全的前提下均衡管制负荷、提升管制运行效率、增大空域容量,从而提高空域资源规划与配置的合理性[4-7]。基于湛江进近管制区内的机场分布、空域状况等情况,针对现有空域结构和运行中存在的突出问题,统筹考虑与周边地区包括南宁、海南及粤港澳大湾区空域和航路航线规划方案的衔接,研究优化调整未来湛江进近管制区空域范围、航路航线及进离场航线,实现未来湛江空管站恢复使用湛江进近管制区后运行的高效顺畅。

4.1 湛江进近管制区范围规划方案

湛江进近管制区现有空域面积约5.6万平方公里,南北跨度约220公里,东西跨度约300公里,南侧边界与海口进近管制区北侧边界重合,垂直高度6000米(含)以下。根据湛江进近管制区垂直高度范围,综合考虑航空器进离场爬升及下降性能要求,取5%的平均梯度,从而得到最佳空域使用范围为以湛江机场为圆心,半径120公里的圆。

图5 调整后的湛江进近管制区及玉林机场塔台管制区

目前湛江进近管制区东西跨度300公里,符合进近管制区上升及下降的高距比要求,且现行进近管制区西侧已涵盖北海机场塔台管制区及其进离场飞行程序,东侧涵盖湛江机场塔台管制区及其进离场飞行程序,因此暂不考虑湛江进近管制区东、西外扩问题。湛江进近管制区南北跨度220公里,按高距比要求,结合运行需求,可适当扩大进近管制区的南北跨度,考虑南侧边界已衔接海口进近管制区北侧边界,而北侧进近管制区未完全涵盖玉林机场塔台管制区及其进离场飞行程序,同时玉林机场管制指挥方式为程序管制,为充分发挥湛江进近管制区的作用,为未来“大终端小进近”的空域结构打下基础,实现整体运行效率提升,建议结合外围航路航线分布及玉林机场进离场航线布局情况,调整湛江进近管制区北侧边界及玉林机场塔台管制区水平范围。调整后的湛江进近管制区及玉林机场塔台管制区范围如图5所示。

4.2 湛江进近管制区进离场航线规划方案

考虑各机场的运行需求和现有的空域矛盾,为了最大限度地减少进离场航班之间的冲突,合理优化空域组织结构,针对现有湛江进近管制区进离场航线密集,且多数为双向对头运行等问题进行优化,结合周边南宁、海南地区及粤港澳大湾区空域和航路航线规划方案,梳理湛江进近管制区外围的航班流走向,对BIGRO、ALEKI、P125等流量较大的进出港点采用进离场分离的设计,合理利用进近管制区内的水平空间,建立互不干扰的进离场航线,彻底实现进离场航线的分离,使运行更加安全高效。

湛江进近管制区内三个机场(湛江、北海、玉林)同时向南运行时的进离场航线规划方案如图6所示。

图6 湛江、北海、玉林同时向南运行时的进离场航线规划方案

规划方案结合其他用户和通用航空的实际运行情况,在尽量不影响其他用户和通用航空运行的基础上,着重解决民航运行的难点和堵点,具体如下:

针对BIGRO上空的对头和汇聚冲突,结合粤港澳大湾区空域统筹规划方案,在BIGRO北侧20km新辟Z2走廊口,供湛江地区去往珠三角、汕头以远方向的航班使用,实现BIGRO处进离场航班的分离。

针对南康上空的对头和汇聚冲突,结合南宁机场二跑道建设空域规划初步方案,在ALEKI南侧新辟Z3走廊口,供西南、西北方向落地湛江地区的航班使用;同时,由于P125走廊口航班流量较大,且进离场共用同一走廊口,对头冲突显著,考虑固化X28航线,供郑州、武汉及华北方向落地湛江、玉林机场的航班使用,从而减轻南康上空的航班流量压力,实现进离场航班的分离。

受机场地理位置和其他用户影响,湖光上空存在交叉汇聚和高度穿越问题,未来可考虑结合海上大通道空域方案和W169航线的常态化使用,实现“打开两厢,缓解中央”的目标,从而缓解湖光上空的交叉汇聚冲突。

针对GIVIV和ISBIG上空的汇聚对头冲突,结合海南地区航路航线规划方案,调整海口机场往SIKOU方向离场航班走向,从而缓解GIVIV和ISBIG上空的汇聚对头冲突。

5 计算机模拟仿真评估

5.1 评估关键条件

5.1.1 仿真关键指标阈值

根据《机场时刻容量评估技术规范》要求,本次仿真评估可接受延误水平的阈值为:全天航班平均延误时间不超过8分钟,高峰小时平均延误时间不超过15分钟[8]。

5.1.2 典型日选取

考虑近三年受疫情影响,各机场航班量下降明显,故统计2019年春运期间1月至3月湛江、北海、海口机场的航班情况。根据90%—95%的典型航班日[8]选取原则,最终选用航班正常率较高的1月24日航班数据作为典型日航班数据。由于玉林机场在2020年8月通航,根据典型航班日选取原则,确定采用其2021年1月24日的航班计划。

5.2 仿真场景

5.2.1 仿真场景条件设置

新设计的湛江进近管制区空域与进离场航线规划方案与现行方案对比仿真场景条件设置如表1所示。

表1 新设计方案与现行方案对比仿真场景条件设置

5.2.2 计算机模拟仿真场景

本文采用空域快速仿真软件AirTOP进行方案的计算机仿真工作,AirTOp操作界面友好,功能全面,尤其在空侧与陆侧的结合上,在业界的认可度较高,是目前空域规划相关研究与项目应用的主流仿真软件[9-12]。仿真场景1如图7所示,仿真场景2如图8所示。

图7 AirTOp仿真-场景1

图8 AirTOp仿真-场景2

5.3 评估结果分析

新设计的湛江进近管制区空域与进离场航线规划方案与现行方案评估结果对比分析如表2所示。

5.3.1 效率指标方面

(1)机场放行正常率

在流量等级为n3条件下,现行方案中湛江机场放行正常率仅为75.67%,新设计方案可达82.34%;现行方案中北海机场放行正常率为84.67%,新设计方案为89.28%;由于玉林机场航班体量较小,现行方案和新设计方案中的机场放行正常率均为100%。

(2)全天平均延误

在流量等级为n3条件下,现行方案中湛江机场全天平均延误为5分33秒,新设计方案为4分6秒;现行方案中北海机场全天平均延误为4分36秒,新设计方案为3分11秒;现行方案中玉林机场全天平均延误为58秒,新设计方案为53秒。

(3)高峰小时平均延误

在流量等级为n3条件下,现行方案中湛江机场高峰小时平均延误为15分3秒,新设计方案为13分20秒,均接近高峰小时平均延误时间阈值15分钟;现行方案中北海机场高峰小时平均延误为13分15秒,新设计方案为11分57秒;现行方案中玉林机场高峰小时平均延误为6分5秒,新设计方案为5分29秒。

5.3.2 安全指标方面

在流量等级为n3条件下,现行方案中湛江进近管制区内的冲突次数为63次,新设计方案中冲突次数减少至51次,下降约20%。

结合上述分析,新设计的空域与进离场航线规划方案能够满足流量等级为n3,即湛江机场日起降130架次,北海机场日起降117架次,玉林机场日起降34架次,海口机场日起降885架次条件下的运行,且在效率指标(机场放行正常率、全天平均延误、高峰小时平均延误)和安全指标(冲突次数)方面均优于现行方案。另外,通过仿真分析发现,目前制约各机场容量增长的因素除空域和进离场航线外,还有各机场的起降间隔。

6 结 论

本文考虑了湛江进近管制区及周边多个机场的空域运行矛盾和未来发展需求,合理优化空域组织结构和进离场航线布局,优化调整后的空域与进离场航线规划方案能够满足未来湛江空管站恢复使用湛江进近管制区后的运行需求,相比于现行方案在运行效率和安全性方面均有显著提高。文中关于进近管制区空域与进离场航线规划的研究方法具有普适性,同样适用于其他进近管制区同类型的研究。

此外,目前制约湛江进近管制区内各机场容量增长的因素除空域和进离场航线外,还有各机场的起降间隔。随着管制技术手段和指挥能力的不断提升,应优化调整机场起降间隔,以适应各机场的流量发展需求。

注 释：

①②根据《中国民航国内航空资料汇编》中公布的坐标信息,录入绘图软件测量所得。