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提升机场容量应率先展开机场容量评估

为什么要开展机场容量评估工作?容量评估到底是什么?如何开展容量评估工作?近日,以“大数据与智慧安全”为主题的2017年航空安全新技术机场应用专题研讨会正式召开,会上来自中国民航科学技术研究院航空安全新技术研究所(下称“航行所”)的软件工程师董震岭就机场容量评估技术及其在民航领域的应用进行了详细介绍。

为什么要开展机场容量评估

快速发展的民航使得众多机场面临着各种突出问题,诸如:空域资源、时刻资源、保障能力、航班延误、管制员工作负荷、新技术应用等。这些问题都和一个问题相关,就是机场的容量。
为了增加机场容量,很多机场采取了新建跑道、新建机场、空域优化调整等措施,还有一些大型机场通过软件解决,比如增开管制扇区、进离场分离等手段,还有增加运力、换大飞机等,总之,各个机场使足了办法。但是每个机场的特点不尽相同,没有经过系统性的客观分析就采用办法往往会事倍而功半。

例如:国内某机场新建第三条跑道正式投入了使用,虽然在跑道数量上已经比肩首都国际机场,但该机场的容量却并没有随着跑道的增加而显著提升。通过航行所的容量评估才发现新增第三条跑道后,该机场仅增加了10%的容量。

也就是说,提升机场容量需要综合性客观分析来解决,而开展机场容量评估工作就可以很好地解决这一问题。

机场容量评估主要解决两方面的问题:

一是新建机场或机场规划时要确定机场的容量,然后根据机场容量进行航班时刻的安排配置,之后机场投入使用。

二是对现有机场进行改扩建和改善机场运行环境时需要进行容量评估工作,以便于对机场新增的时刻进行更好的配置。这样空管就可以进行有效的流量管理,从而使机场的容量达到最大化。也就是说容量评估与流量的管理密不可分,即容量评估是先期流量管理的重要环节。

机场容量评估三大目的

一、政府管理部门——行业主管部门制定航班时刻等公共资源配置政策和机场空域规划方案决策的参考依据。

二、机场、航空公司生产主体——综合考虑安全与效率,分析制约机场容量增长的主要因素,提出实现机场容量增长的方案措施和技术路径。

三、空管部门——可以优化运行方案,均衡飞行流量。

容量评估的特点

机场容量评估是一项系统性较强的工作,涉及政府、空管、机场和航空公司等多个部门,需要进行综合考虑,得出科学客观的评估结论。

机场容量评估主要考虑的因素有几点:

一、空域:航路、管制区、进离场程序;

二、机场:跑道、滑行道、停机位、航班时刻;

三、运行标准:管制间隔标准、移交标准、机场地面运行规则;

四、服务质量:航班延误水平;

五、管制员工作负荷;

六、飞机性能。

容量评估的范围

一、机场的空域范围:包括进近管制区、进离场航线;可能影响机场容量的航路航线;间隔标准、移交协议、以及其它空域管制要求等。

二、机场空侧范围:包括跑道、滑行道、机坪、停机位、廊桥等单元;各单元的运行规则和运行限制。

三、机场的陆侧范围:主要包括航站楼内的安检、值机等重点环节,也要遵循相关指标。

四、地面保障范围:包括机坪保障设备(各种车辆)保障能力。

容量评估工作的思路

容量评估通过各种评估方法分析制约容量的主要因素及影响程度,并针对这些因素提出不同阶段空管、机场等单位的具体改进措施,对各种改进方案预期效果进行仿真,形成提升容量的综合解决方案,最终目标实现跑道最大容量。

通常有四个方法:

一、基于历史的统计数据;

二、理论模型,得出理论容量;

三、仿真模拟;

四、雷达模拟。

通过仿真模拟和雷达模拟得出运行容量。最后得出一个实际的预运行容量,一般是预行容量小于运行容量。

容量评估的工具

容量评估的工具包括:机场空域仿真建模工具软件(比利时开发的AirTop);航站楼内部客流仿真模拟软件(ARCport);统计分析软件(OLAP);以及交通规划软件(TRANSCAD)。

容量评估的硬件设施

对于容量评估的硬件设施,航行所建设了一个仿真图形工作站,同时,拥有雷达模拟机及数据库服务器,为各项工作提供更有力的技术支持。

那些机场需要开展容量评估工作?

首先,21个时刻协调机场需要定期开展容量评估工作。

第二,新建、改扩建机场有必要开展容量评估工作。

第三,其他容量受限的非协调机场也需要容量评估工作。

这张图是2015年协调机场小时高峰架次图,可以看到小时的高峰容量基本远远高于小时的批复容量,所以很多时候存在超负荷运行的情况。

首都机场、上海浦东机场、广州白云机场等机场的繁忙阶段已经到达了小时的批复容量了,这种机场也有必要开展机场的容量评估工作。

通过容量评估工作可以知道机场哪些方面需要进行改善,哪些方面可以通过优化调整提升机场容量。

如上图,这是航行所在2015年为首都机场做的容量评估。首都机场拥有三条平行跑道,构型为远距;批复容量为86+2架次;三条跑道采用了独立起飞的运行模式,互不相干,落地模式为相关进近模式,这会影响到飞机落地效率。

通过航行所的容量评估工作,得到容量是88架次,从左侧的图表可以看到,从8点-22点,首都机场是很平稳的,基本接近于或者有超过88架次的,说明容量已经饱和,如果超过的话,肯定会受到影响,需要进行减值评估,这是有必要的。

上图为2015年航行所对广州白云机场进行的容量评估,它也是三条跑道,经过评估,白云机场的航班起降架次从65增加到70架次。即便如此,白云机场也是远远少于首都机场的容量值,因为右侧的两条跑道是近距的跑道,间隔模式是按照一条跑道的模式来掌握的,起飞的时候两条跑道可以同时起飞。

 什么时候开展容量评估工作?

既开展容量评估工作的时机,有以下几种情况:

1、协调机场连续两年未进行机场容量评估;

2、协调机场的综合保障能力出现显著变化可能影响机场容量;

3、新建机场、改扩建工程项目的预可研、可研阶段需要评估方案建设目标年的保障能力;

4、制定空域规划或者空域调整方案阶段;

5、扇区划分调整、飞行程序调整、管制间隔调整等;

6、非协调机场转为协调机场;

7、民航局或民航地区管理局认为必要的其他情形。

机场容量评估方法

一、仿真评估

机场容量评估的主要的方法之一就是仿真模拟评估。目前,主要利用AIRTOP软件,首先将管制区的范围、航线、地面的停机位、跑道的数量等静态数据参数信息输入到仿真软件当中;其次,进行动态规则的设置与动态调整,比如跑道的分配、停机位的分担等等;然后通过空管部门加载时间表,进行校验,在满足条件的情况下,得到相应的结果,比如扇区的流量等等。

仿真评估的具体流程为:建立一个基于现有条件的基准模型,对该基准模型进行校验(需要空管部门和机场一起进行校验,以保证模型的准确性),然后按一定的规则增加航班量,直至机场能够接受的延误水平(我们可接受的延误水平不大于5分钟),再通过分析延误结构,查找制约机场容量的瓶颈因素,并针对瓶颈因素提出解决方案,包括多种方案。对不同的方案的效果,按照预设的要求进行仿真的验证,进而得出一个机场的容量值,最终将全面提升机场容量的解决方案发掘出来。 

二、雷达模拟机评估

雷达模拟机评估主要是基于管制员的工作负荷,利用模拟机测试现场采集管制员工作负荷的主、客观评估方法,分析管制负荷与航空器架次之间的关系,得出单位时间内机场运行容量。

三、历史统计评估

历史统计评估方法是基于机场历史起飞架次和降落架次之间的关系评估历史运行容量的方法。我们可以通过历史数据得到小时容量,得到起飞的容量、到达的容量,以及15分钟的容量、半小时的容量,我们都可以通过历史数据来统计得出。 

最终形成的容量评估报告包括三个方面的重要内容:一是机场空域运行不同典型场景下的机场容量评估值的集合;二是综合条件下确定的单位时间机场运行容量,如小时容量、15分钟容量、离场/进场优先容量;三是提升机场运行容量的建议。

目前,航行所在机场容量评估方面已经建立起了专业的研究团队,其中包括:高级职称12人,中级职称20人,初级职称3人,专业涵盖机场运行、飞行、空管、系统仿真、统计分析等。除了专业性强、综合性强外,航行所提供的研究能力还包括对现有机场的容量评估的优化,针对制约因素提出的综合解决方案,对规划方案进行评估与优化从而确定最佳设计方案等。

与此同时,航行所在此方面还有运营管理的咨询服务,服务涵盖:机场不停航施工对机场容量影响的评估,飞行程序和地面运行方案调整对容量影响的评估,航班时刻运行效果仿真评估,节能减排效果评估方面等。

航行所机场容量评估主要成果展示

来源:机场安全  微信订阅号

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