混合进近运行下平行跑道进场容量评估

本文以仪表着陆系统(ILS,instrument landing system)和建立要求特殊授权的所需导航性能(RNP AR,required navigation performance authorization required)进近(EoR,established on RNP AR)混合程序为研究对象,探讨混合进近下跑道进场容量。首先,研究了飞机尾流消散和运动规律,提出混合进近条件下安全间距计算方法;其次,根据混合进近运行特征,建立混合进近平行跑道进场容量模型;最后,以昆明长水国际机场为例,构建全空域机场仿真模型,对模型进行验证,并在此基础上,设置多个运行场景对影响混合进近条件下跑道进场容量的因素,包括程序结构、机型和RNP AR能力飞机比例进行分析。研究结果表明:容量评估模型能够对混合进近运行下平行跑道进场容量进行精确、客观的评价;且固定半径转弯(RF,constant radius to fix)航段半径越大,跑道进场容量越大;RF航段半径为4~7 km时,RNP AR能力飞机比例越大,跑道进场容量越大;中型机比例越多,跑道进场容量越大。

基于TAAM机场终端区容量评估方法研究

本文先给出了终端区容量的定义及终端区容量评估的难点,然后系统地介绍了TAAM仿真方法,并以某机场终端区系统进行仿真,在考虑终端区系统自身复杂性和影响因素随机性的情况下,对某机场终端区容量的大小进行评估。最后对仿真结果给出的不同情况下的运行架次和延误情况进行统计分析,找出影响终端区容量的不同因素及其影响程度。仿真结果验证了评估方法的可行性。

停机位分配的多商品网络流模型及离散粒子群算法

本文建立了停机位分配的多商品网络流模型,并以航空器总场面运行时间最小为目标,建立数学模型。将机场场面分为若干区域,建立区域—机位两级分配策略,以降低问题规模。设置机位外等待时间,以省去区域容量相关约束。在传统粒子群算法的基础上,设计离散粒子群算法,对模型进行求解。选取乌鲁木齐机场某日240架航班和109个机位进行实验,证明了与现有研究中的典型模型相比,多商品网络流模型能使运算时间减少10.1%,并能达到与典型模型相同的精度。全空域和机场模型(total airspace and airport modeller,TAAM)仿真结果表明,和现行机位分配方案相比,多商品网络流模型的机位分配结果能使航空器的场面调配运行时间减少7.49%,延误时间减少8.87%。算例结果进一步表明,提高机场场面运行效率的关键在于均衡航班的进离港滑行距离,同时避免停机位密集分布。

考虑时间执行偏差的多目标机位分配问题

针对实施机位分配方案时间执行偏差较大的问题,探讨使用全空域与机场建模工具(TAAM,total airspace and airport modeller)模拟场面实际运行缩减机位时间执行偏差的可行性。以旅客总行走时间、总机位占用不均衡度、各航空公司航空器平均滑行距离均衡为目标建立模型,采用TAAM仿真工具优化机位计划运行时间并取得初始机位分配方案,通过熵权法将多目标问题转化为单目标问题,并使用禁忌搜索算法求解模型。仿真验证机位运行时间优化前后的时间执行偏差,结果显示,机位运行时间经过优化之后,机位时间执行偏差明显改善,有效地提高了机位运行效率。

基于改进Dijkstra算法的滑行路径优化

为了减少大型繁忙机场场面拥堵与航班延误,对处于机场终端区的航班进行预先战术性的滑行路径动态优化。首先,对处于机场终端区的航班划分时间窗口,对航班集合进行分类,使用改进Dijkstra算法对需要路径优化的航班进行动态规划。改进Dijkstra算法是将整个时间进程分成多个连续滚动的时间片,在每个时间片中,以场面节点的时间当量长度总和最小为优化目标,采用传统Dijkstra算法思想,获得每个航班的最优滑行路径解。其次,在TAAM(total airspace and airport modeller)仿真软件中利用Matlab编程实现算法,并以实际机场为例验证算法正确性。实验结果证明:改进Dijkstra算法能有效减少滑行冲突,提高滑行效率,缩短机场航班延误时间。

基于跑道容量的航班恢复优化模型

为了降低航班延误造成的经济损失和旅客滞留,在不增加管制员工作负荷的基础上提高航班运行效率。在原有的航班恢复模型基础上,引入跑道容量模型,综合考虑旅客流、航空公司公平性以及航线重要程度的影响,建立以各单位恢复总成本最小为目标函数的航班恢复模型,该模型适用于跑道数以及构型不同的单一机场,算例中引用中国某机场的真实延误数据,并用遗传算法和粒子群算法求解模型得到优化方案,与遗传算法相比,粒子群算法更适用于该模型,收敛速度更快。与现有的航班运行相对比,优化后的方案总延误时间缩短了11.85%,总延误成本减少了6.55%。最后用TAAM(total airspace and airport modeller)仿真软件分别运行实际恢复方案和优化恢复方案,报告显示优化方案中终端区产生冲突的可能性更小,管制员工作负荷更低,从而验证了模型和算法的可用性。

管制扇区增开方案分析验证

随着民航发展,空中交通流量快速增长,扇区管制负荷增大,超量运行情况频发。由于每个扇区面临的压力环境不同,需要分阶段进行扇区增设增开。首先由专家根据扇区运行状况确定增开备选方案。然后运用TAAM(全空域与机场建模)仿真软件,建立现有空域基准模型及备选方案仿真模型,进行多次仿真并对关键指标进行分析,结合管制模拟机验证和专家评议综合确定目标方案。最后以兰州进近管制扇区为例,选取2020年为目标年,采用1950架次的航班时刻表,综合分析确定增开进近5扇为目标方案。分析论证方法得到管制部门认可,对管制扇区的增开规划具有指导意义。

基于进近空域灵活使用的航班进场路径分配优化

为充分利用进近空域内的灵活使用空域和空域容量,研究航班进场路径的多目标分配优化问题。考虑安全间隔等约束,构建一种以交通复杂度和航班平均进场时间最小为目标的路径分配模型,设计快速非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-II)进行优化方案求解。优化结果表明:分配路径后交通复杂度下降了12.23%,平均进场时间下降了14.32%,算法同时分类出需调整进场路径的航班集。对优化方案进行全空域及机场模型软件(total airspace and airport modeller,TAAM)仿真验证。仿真结果表明:路径分配使得在大流量条件下空域内航班瞬时架次提升了10%,扇区仿真负荷降低了9.3%,平均五边落地时间间隔小而均匀,最多降低了18.23%。验证路径分配的可行性。研究成果可有效提高进近空域的利用率、航班进场效率和跑道进场容量,辅助进近空域流量管理或管制员指挥决策。