技术应用 智慧机场

模拟仿真技术支撑机场安全高效运行

运用新技术手段实现机场的高效运行是一种偏硬层面的应用,而模拟仿真技术更为偏软。譬如唐太宗李世民邀请了一些人对唐朝趋势进行的推演,李淳风通过天象的推演,获得了一系列在后人看来比较准确的结果。模拟仿真就是基于现有的科学数据、客观规律,通过模型的推演方式获得未来有可能产生的结果。近日,中国民用航空科学技术研究院博士马文博在2016年航空安全新技术机场应用专题研讨会期间表述了上述观点,并充分地介绍了模拟仿真技术对机场运行效能提升的应用,展示出现代机场科学管理等各个层面的智慧发展。

杜绝经验管理的粗放,仿真建模支撑机场宏观系统

马文博表示,机场是一个复杂的系统,不光涉及到航班运行,还涉及到旅客流、物流,甚至涉及到安防、检验检疫、海关等政府部门。由于涉及层面较多,所以以往运用经验来解决问题的方式已经不能适用未来机场的发展,而简单的数学推演模式也不适用。为此,根据机场这种复杂系统的解决方式我们可以采用模拟简单的规律,衍生出大系统,从底到上的建模去获得机场宏观系统的结论。

模拟仿真可以针对机场各个业务、各个流程、每一过程进行细分,获得小模板,并对这些小模板进行建模,即将系统、业务流程组合在一起,就可以对某一机场的未来进行推演,获得宏观上的结论,也就是可以在机场整体宏观运行上获得希望的结果。

2006年到2015年,旅客吞吐量基本上是翻了三倍,2005年底是3.25亿,2015年底是9.15亿人次的吞吐量,货运吞吐量同样是两倍的关系,机场起降架次从2006年的348.6架次,到2015年底的856.6万架次;200多个机场,其中70个机场年吞吐量占全国96%份额;70个机场中有26个机场年吞吐量超过1000万人次,年吞吐量超过1000万人次的机场相比2014年又多了2个机场,从数据上可以看到我国民航增长的趋势是非常迅猛的。而民航机场增长迅猛所面临的问题就是:很多机场已经达到了设计容量,甚至已经到了运行瓶颈阶段。这种情况需要进行合理解决。为此,一些大型机场已经开始从粗放型的管理方式向精细方向发展。

其中,粗放型的管理主要就是机场通过经验的方式进行管理,比如通过机场的流程、规划、设计进行简单的管理,或者请专家大家集思广益,头脑风暴等等。而后来机场管理者发现通过上述方式的管理往往对实际运行中的机场,或者是机场的发展不管用,为此,采用模拟仿真方法进行精细规划的方式逐渐进入管理者的视野。

当下,机场运行要求整个运行流程要具有科学性、有效性和高效性,这就需要在流程设计规划的起始阶段要用科学的方法而不能拍脑袋做决定。比如现在很多机场要发展,但设计容量已经饱和甚至超过了,就要改扩建、新建航站楼、新建跑道、新建两条跑道等,预计未来大多数的机场都会拥有两条平行跑道。但平行跑道的设计很多时候会受限于城市规划,同时也受限于整个机场内部构造的错综复杂,飞机流、人流交错相互制约影响,所以,运用科学的计算方法,通过仿真手段对机场进行实际评估,比以前仅仅基于经验的方法就显得更为准确,而且也可以更加形象地预知未来发生的事情。

航科院航行所是国内唯一一家从事航空系统研究的机构,包括:航空公司、空管、机场等领域都有研究项目,研究业务涵盖了北斗技术应用、电磁环境评估、导航数据库、机场选址、空管模拟机、模拟塔台、飞行模拟技术等等,成绩斐然,其中有些技术还获得了发明专利、软件著作权等等。在民航运行模拟仿真技术上目前拥有机场机位资源模拟分配仿真、航站楼旅客的全流程仿真、塔台选址方案对照模拟仿真、场内车辆保障能力的仿真评估、近距离平行跑道运行容量仿真计算等领域。

机场机位资源模拟分配仿真

目前随着民航的发展,很多机场的容量已经突破极限,机位资源显得非常紧张,一般来说解决这一问题的方法就是改扩建,如果不改扩建就要增补机位,但修建新机位耗资巨大,建设周期特别长。对此,航科院航行所开发了基于机场机位资源模拟分配仿真技术的软件,该软件就可以为机场提供短期内的良好解决方案。

机场机位资源模拟分配仿真软件可以通过协调整个机场内外部的资源,调整停机位管理模式,提高机位的周转率,调整航班时刻,调整运营其他单位的运营资源等等方式加以实现,这是机场保障安全顺利运行的重要措施。

首先,可以把机场现有的机型以及各个停机位可停放的机型、地服公司、国际航班、国内航班、机位号等作为原始数据,输入到软件中,软件通过航班时刻进行驱动,然后为了保障各个航班、旅客,以及机场所需要的各种机位资源使用的情况、周转情况进行计算,获得一个柱状图或者曲线图,这个图表可以给机场管理者提供参考。

航站楼旅客全流程仿真

旅客是目前各个机场比较关注的问题,特别是大型机场。因为旅客对于旅行的安全、便捷、舒适度要求提高了,在延误等情况下,旅客造成的社会舆论影响也比较多,对机场造成了很大的舆论压力和负面影响,特别是现在引入高铁和航空竞争,所以,对旅客的关注度是民航的重点之一,为此在航站楼各种业务流程环节上均要有所注重,要充分保障旅客流程环节多、面积大的情况,而在此流程设计上就有必要进行模拟仿真。

模拟仿真可以模拟出港流程图、旅客到达、经过安检到达登机口等所有环节,通过各个流程、数据,获得旅客流程服务达标的情况,输出给我们的机场管理者。并可以分析出航站楼运营后旅客安检时的排队时长,以及每个旅客排队长度等等,供机场管理者参考。

塔台选址方案对照模拟仿真

目前,塔台是确保机场航行运行、空管运行的关键基础设施,模拟仿真可以根据机场的需要,分析出机场是否需要建第二塔台。同时,也可以模拟机场的运行,为塔台的建设选择合适的位置,或判断现有塔台的位置是否有利。目前,南京机场二期、重庆机场及其三期均已经采用了该塔台选址方案对照模拟仿真技术。

场内车辆保障能力仿真评估

根据实际的调查,随着航班运输量增长,机场对保障车辆需求也越来越大、要求越来越高。但是现在机场在扩容时,对于实际场内的车辆的关注度往往是不够的,为此,造成了一线车辆保障压力巨大。而与此同时,作为保障车辆,其使用效率又是如何?比如新能源车,机场管理者从来没有接触过,不知道该车辆的具体情况,那么,这种情况下就可以通过场内车辆保障能力仿真进行评估。

可以根据新能源汽车包括其使用效率等因素进行建模,在系统中进行提前预判。比如:地服从早上到夜间24点服务航空器、保障旅客的需求,依照航班时刻表进行驱动,很可能机场从10点到夜间24点高峰时需要54辆摆渡车但实际的摆渡车的数量只有40辆,缺口为14辆。但如果让现有摆渡车去适应目前机场运行的需求,就要消减航班数量,消减航班数量就可以获得理想的运作。

另外,有些机场旅客量增加,可能需要E类以上的机型,对于这种改变也可以通过仿真进行模拟,比如在同样摆渡车保有量的情况下,如果使用E类客机进行运输的话,可能是需要更多的摆渡车等等。

近距离平行跑道运行容量仿真计算

远距离平行跑道占地比较大,所以,目前很多机场采用了近距离的平行跑道,对近距离平行跑道仿真计算主要是为了获得平行跑道容量的极限容量(饱和容量)与实际运行容量。跑道极限容量是指在不考虑延误水平的连续需求情况下,跑道系统在单位时间内(1h)可以服务的最大飞机起降架次。

【文章根据2016年航空安全新技术机场应用专题研讨会现场速记整理,如有不当,还请随时联系】

来源:“机场安全”微信订阅号

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