“平安金融中心”對(duì)深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)容量影響的仿真研究

郭莉

【摘 要】深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“深圳機(jī)場(chǎng)”）位于珠海終端區(qū)，由于該區(qū)域內(nèi)機(jī)場(chǎng)數(shù)量多，航班流量大，空域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常出現(xiàn)嚴(yán)重的航班延誤問(wèn)題。本文主要目的是研究深圳“平安金融中心”對(duì)深圳機(jī)場(chǎng)航班容量的影響及對(duì)應(yīng)的空域優(yōu)化措施。以“平安金融中心”的建設(shè)為引，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真建模，研究其建設(shè)前后深圳機(jī)場(chǎng)航班容量的變化情況；隨后結(jié)合飛行程序設(shè)計(jì)方法與空域?qū)嶋H情況提出空域優(yōu)化方案；最后利用計(jì)算機(jī)仿真方法驗(yàn)證方案的可行性與應(yīng)用效果。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是當(dāng)前最先進(jìn)的容量評(píng)估技術(shù)，與傳統(tǒng)評(píng)估方法相比，更加貼近實(shí)際情況，具有仿真速度快、適用性強(qiáng)、數(shù)據(jù)分析便捷等優(yōu)勢(shì)。本文將容量評(píng)估理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)直接用于指導(dǎo)實(shí)際工作，論證了“平安金融中心”對(duì)深圳機(jī)場(chǎng)容量的影響，同時(shí)提出的空域優(yōu)化方案能夠有效提高深圳機(jī)場(chǎng)空域容量，結(jié)論科學(xué)，可行性強(qiáng)。

【關(guān)鍵詞】深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)；計(jì)算機(jī)仿真；容量評(píng)估；空域優(yōu)化；SIMMOD

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，航空產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今發(fā)展最為迅猛的行業(yè)之一，但同時(shí)越來(lái)越嚴(yán)重的航班延誤問(wèn)題，極大地制約了民航業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[1]，其主要原因就是機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的容量已趨于飽和。

近年來(lái)“摩天大樓熱”在國(guó)內(nèi)逐漸興起，有相當(dāng)一部分高層、超高層建筑位于機(jī)場(chǎng)進(jìn)近管制區(qū)內(nèi)，它們的高度會(huì)對(duì)航班飛行造成一定程度的影響，間接壓縮了空域容量。這就對(duì)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和空中交通管理的理論、技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。

因此，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密和復(fù)雜的科學(xué)論證評(píng)估超高障礙物對(duì)終端區(qū)容量的影響，對(duì)于提高機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)方案的合理性、可靠性和擴(kuò)展?jié)摿?，降低設(shè)計(jì)成本，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，提高空域利用率具有重要意義。同時(shí)，依托評(píng)估結(jié)果，可以對(duì)現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)和終端區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，極大地提高運(yùn)行效率，這也是容量評(píng)估技術(shù)得以飛速發(fā)展的原因之一。

國(guó)內(nèi)外在終端區(qū)容量評(píng)估方面均進(jìn)行了大量研究[2-3]，考慮到終端區(qū)空域結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及航班飛行的隨機(jī)性，很難用數(shù)學(xué)模型來(lái)精確描述這個(gè)系統(tǒng)[4]，采用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法對(duì)超高障礙物所造成的影響進(jìn)行分析已經(jīng)變得越來(lái)越困難，因此適用性強(qiáng)、精度更高的計(jì)算機(jī)仿真方法成為了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

本文主要使用SIMMOD PLUS軟件研究珠海終端管制區(qū)內(nèi)超高建筑物的建設(shè)對(duì)深圳機(jī)場(chǎng)容量的影響，結(jié)合飛行程序設(shè)計(jì)方法與空域?qū)嶋H情況提出終端區(qū)優(yōu)化方案，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真方法驗(yàn)證方案的可行性與應(yīng)用效果。

1 仿真概述

深圳機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有兩條遠(yuǎn)距平行跑道，采用隔離平行運(yùn)行模式（一起一降模式），遠(yuǎn)期將采用相關(guān)平行儀表進(jìn)近模式。由于平安大廈的建成將對(duì)珠海進(jìn)近管制空域造成影響，本章將采用計(jì)算機(jī)模擬仿真的方式，評(píng)估深圳機(jī)場(chǎng)近、遠(yuǎn)期運(yùn)行容量，將有障礙物影響與無(wú)障礙物影響情況下的機(jī)場(chǎng)容量進(jìn)行對(duì)比，給出仿真結(jié)論。

為了提高仿真結(jié)果的可靠性，使用FAA認(rèn)證的目前廣泛使用的機(jī)場(chǎng)容量評(píng)估軟件SIMMOD進(jìn)行仿真評(píng)估，主要采用單個(gè)小時(shí)內(nèi)的最大安全運(yùn)行航班數(shù)作為終端區(qū)評(píng)估的指標(biāo)[5]。由于評(píng)估內(nèi)容以管制空域結(jié)構(gòu)變化對(duì)機(jī)場(chǎng)容量的影響為主，故建立仿真模型時(shí)簡(jiǎn)化了機(jī)場(chǎng)地面部分，以空域結(jié)構(gòu)和航班運(yùn)行為主要對(duì)象。

2 SIMMOD仿真建模

2.1 地面

深圳寶安機(jī)場(chǎng)使用平行跑道，采用隔離平行運(yùn)行模式（一起一降模式）：西側(cè)跑道（RWY16/34）用于著陸；東側(cè)跑道（RWY15/33）用于起飛。由于16號(hào)進(jìn)近及15號(hào)起飛受超高障礙物影響較小，故仿真中以34號(hào)跑道著陸與33號(hào)跑道起飛這一模式為主。

對(duì)深圳寶安機(jī)場(chǎng)地面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置：以33號(hào)和34號(hào)為主起降方向建立跑道，選擇跑道對(duì)應(yīng)的地面線，輸入跑道長(zhǎng)度、入口內(nèi)移、脫離道等參數(shù)；建立滑行道和停機(jī)坪；設(shè)定停機(jī)位的位置、容量、使用時(shí)間、停機(jī)位等待策略等參數(shù)；指定使用停機(jī)位的相應(yīng)機(jī)型以及航空公司并將全部停機(jī)位設(shè)置為自滑入和推出；設(shè)置離場(chǎng)隊(duì)列等待點(diǎn)位置、容量、排隊(duì)規(guī)則、對(duì)應(yīng)航路等屬性。

2.2 空域結(jié)構(gòu)布局

根據(jù)《國(guó)內(nèi)航行資料匯編》中的深圳寶安機(jī)場(chǎng)空域圖、標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)離場(chǎng)航線圖、儀表進(jìn)近圖等輸入深圳機(jī)場(chǎng)終端區(qū)空域結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，包括航路點(diǎn)、定位點(diǎn)、航線、航路、扇區(qū)等。

按照先建立Airspace Node空中點(diǎn)，再建立Air Link空中航線，然后建立Route航路的思路，循序漸近設(shè)置進(jìn)離場(chǎng)程序。設(shè)置時(shí)要注意點(diǎn)坐標(biāo)的精確，高度與實(shí)際運(yùn)行的吻合，繪制空中線的方向必須與航空器的飛行方向一致。

在進(jìn)近航段的最后一個(gè)點(diǎn)及離場(chǎng)程序的第一個(gè)點(diǎn)設(shè)置為空地轉(zhuǎn)換點(diǎn)，即航空器在這些點(diǎn)完成空中與地面的切換。

珠海進(jìn)近劃分為四個(gè)扇區(qū)，根據(jù)各扇區(qū)邊界點(diǎn)坐標(biāo)，在SIMMOD中設(shè)置扇區(qū)，并將航段按扇區(qū)歸類(lèi)。根據(jù)運(yùn)行手冊(cè)和實(shí)際管制情況，為每個(gè)扇區(qū)設(shè)置相應(yīng)的容量。

根據(jù)一線管制單位提供的航空器在不同階段的飛行速度數(shù)據(jù)，將終端區(qū)內(nèi)的航線分為18個(gè)類(lèi)型，設(shè)置各機(jī)型在不同類(lèi)型航線上的飛行速度范圍，包括最小速度、正常速度和最大速度。

2.3 航班計(jì)劃

共有44家航空公司的27個(gè)機(jī)型執(zhí)飛深圳機(jī)場(chǎng)，設(shè)定所對(duì)應(yīng)的航班類(lèi)別，即商用、貨機(jī)、通用航空或其他。航空器根據(jù)尾流類(lèi)型劃分為SML（輕型）、LRG（中型）、HVY（重型）三類(lèi)，如B737為中型航空器，對(duì)應(yīng)模型分類(lèi)中的LRG。

根據(jù)深圳寶安機(jī)場(chǎng)實(shí)際航班計(jì)劃，統(tǒng)計(jì)篩選、制作用于SIMMOD模擬的航班計(jì)劃樣本，內(nèi)容包括航班序號(hào)、進(jìn)離場(chǎng)時(shí)刻、航空公司、航班號(hào)、機(jī)型、航路、停機(jī)位等。

2.4 管制策略

根據(jù)中國(guó)民航局的有關(guān)規(guī)定，珠海終端管制區(qū)雷達(dá)管制的最低間隔標(biāo)準(zhǔn)為6千米。根據(jù)實(shí)際調(diào)研情況，為了在緊急情況下給管制員留有調(diào)配余度，珠海終端區(qū)內(nèi)實(shí)施10千米的水平間隔。

根據(jù)尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實(shí)際管制運(yùn)行要求，在仿真軟件中設(shè)置航空器的運(yùn)行間隔。

根據(jù)珠海終端區(qū)管制運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，前后離場(chǎng)航空器使用同一跑道起飛，前后航空器連續(xù)放行的尾流間隔時(shí)間不得少于2分鐘。

當(dāng)前后進(jìn)近著陸的航空器為重型機(jī)和中型機(jī)時(shí)，其非雷達(dá)間隔的尾流間隔時(shí)間不得少于2分鐘。

當(dāng)前后進(jìn)近著陸的航空器分別尾重型機(jī)和輕型機(jī)、中型機(jī)和輕型機(jī)時(shí)，其非雷達(dá)間隔的尾流間隔時(shí)間不得少于3分鐘；其他情況下按照進(jìn)近尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行[44]。

深圳機(jī)場(chǎng)雙跑道采用一起一降的隔離運(yùn)行模式，航空器的起飛和降落互不影響，連續(xù)落地間隔由最后進(jìn)近間隔控制，因此僅設(shè)置連續(xù)放飛間隔為120秒。

3 仿真模型可靠性驗(yàn)證

航班時(shí)刻表樣本制作完成之后，運(yùn)行深圳寶安機(jī)場(chǎng)現(xiàn)行方案仿真模型，對(duì)其24小時(shí)內(nèi)的空中交通運(yùn)行進(jìn)行多次模擬，將仿真輸出結(jié)果與真實(shí)容量統(tǒng)計(jì)結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)兩種統(tǒng)計(jì)結(jié)果始終保持一致，說(shuō)明所建立的仿真模型可靠，仿真結(jié)果真實(shí)可信。

4 仿真實(shí)例

4.1 障礙物對(duì)航班運(yùn)行的影響分析

超高障礙物對(duì)機(jī)場(chǎng)周邊凈空環(huán)境造成了不利影響。向北運(yùn)行時(shí)GLN觀瀾方向進(jìn)場(chǎng)的航空器受影響最大，按現(xiàn)行航跡飛行時(shí)將無(wú)法滿(mǎn)足最低飛行安全高度，必須改變雷達(dá)引導(dǎo)航跡。在不改變流量的前提下，結(jié)合管制運(yùn)行要求及空域條件，提出兩套進(jìn)場(chǎng)修改方案：

方案一：將航路點(diǎn)SZ052的高度從900米提高至1200米；

方案二：修改雷達(dá)引導(dǎo)航跡，如圖4所示：紅色為原始航跡，黃色為新設(shè)計(jì)雷達(dá)引導(dǎo)航跡，RC1-RC2航段距離為6海里，RC2 - CF34距離為5.7海里。

4.2 進(jìn)場(chǎng)修改方案評(píng)估

在SIMMOD軟件中分別構(gòu)建兩種方案的模型并進(jìn)行仿真運(yùn)行，將結(jié)果與現(xiàn)行模型的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估超高障礙物對(duì)進(jìn)場(chǎng)飛行的影響程度及修改方案的可行性。除了進(jìn)場(chǎng)方案不同之外，各模型的其他條件完全一致。

依據(jù)SIMMOD仿真輸出結(jié)果，分析進(jìn)、離港航班在不同高峰小時(shí)架次下的延誤時(shí)間，可得出結(jié)論：離場(chǎng)平均延誤時(shí)間隨著小時(shí)架次的增加逐漸增大，當(dāng)小時(shí)總架次為60架、小時(shí)離港航班為28架次時(shí)，方案一與方案二的離場(chǎng)平均延誤時(shí)間較現(xiàn)行方案分別增加4秒和6秒，說(shuō)明障礙物對(duì)離港航班的運(yùn)行影響較?。贿M(jìn)場(chǎng)平均延誤時(shí)間隨著小時(shí)架次的增加逐漸增大，當(dāng)小時(shí)總架次為60架、小時(shí)進(jìn)港航班為32架次時(shí)，方案一與方案二的進(jìn)場(chǎng)平均延誤時(shí)間較現(xiàn)行方案分別增加113秒和191秒，說(shuō)明障礙物對(duì)進(jìn)場(chǎng)航班的運(yùn)行有較顯著的不利影響。

如圖7所示，小時(shí)航班量低于40架次時(shí)，障礙物對(duì)深圳機(jī)場(chǎng)的航班影響較??；小時(shí)航班量高于40架次時(shí)，隨著小時(shí)架次的增加，障礙物對(duì)寶安機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行影響不斷增大，當(dāng)小時(shí)架次為60時(shí)，方案一與方案二的平均延誤時(shí)間較現(xiàn)行方案分別增加23.5%和28.6%。

4.3 機(jī)場(chǎng)容量提高方案研究

4.3.1 近期方案

1）平安大廈的建設(shè)，將導(dǎo)致深圳機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行容量有所減少，為了改善這種局面，提出如下近期調(diào)整方案：

2）將東低扇管制席位增加至兩個(gè)，一個(gè)席位專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)離場(chǎng)航班，一個(gè)席位專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)進(jìn)場(chǎng)航班；

3）增加管制席位相關(guān)設(shè)備及管制人員；

加強(qiáng)管制員工作技能的培訓(xùn)，提高管制員的工作能力。

高峰時(shí)刻管制員壓力較大，通過(guò)增加席位的方式，可以降低管制員工作負(fù)荷，大大提高扇區(qū)的運(yùn)行效率，在增加容量的同時(shí)確保運(yùn)行安全。通過(guò)加強(qiáng)培訓(xùn)，可以有效提高管制員的工作能力，提高管制運(yùn)行效率。

4.3.2 遠(yuǎn)期方案

根據(jù)深圳機(jī)場(chǎng)平行跑道獨(dú)立進(jìn)近飛行程序規(guī)劃方案，該障礙物未來(lái)將不會(huì)影響深圳機(jī)場(chǎng)的容量。但遠(yuǎn)期深圳機(jī)場(chǎng)的航班量也將大幅增加，以目前的運(yùn)行狀態(tài)必將無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)需求。

為了繼續(xù)提高深圳機(jī)場(chǎng)航班量，遠(yuǎn)期必須著眼于珠海終端區(qū)的整體情況，優(yōu)化現(xiàn)有的空域結(jié)構(gòu)和深圳機(jī)場(chǎng)的跑道運(yùn)行模式，同時(shí)增加珠海終端區(qū)內(nèi)各大機(jī)場(chǎng)，包括港澳機(jī)場(chǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行能力。

4.4 近期方案仿真分析

對(duì)有障礙物影響的方案一（1200m）和方案二（新航路）采用增加管制席位的方法，提高管制效率。東低扇增加一個(gè)席位，形成東低扇兩個(gè)席位分別管制進(jìn)場(chǎng)航班和離場(chǎng)航班的工作模式。增加席位后，航班平均延誤時(shí)間有所減小，運(yùn)行容量明顯增加。

在航班平均延誤時(shí)間5分鐘時(shí)，未增加席位的無(wú)障礙物情況下，深圳機(jī)場(chǎng)空域的小時(shí)容量為48架次；增加席位后，方案一小時(shí)容量為56架次；方案二的小時(shí)容量為55架次。與增加席位之前的小時(shí)容量（無(wú)障礙物）比較，方案一的運(yùn)行容量提高了13.5%，方案二的運(yùn)行容量提高了11.7%。

通過(guò)席位增加及提高管制員能力，仿真的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)行容量明顯提高，可以有效解決平安大廈的建設(shè)導(dǎo)致深圳機(jī)場(chǎng)空域容量降低的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)“平安大廈”的建設(shè)將降低深圳機(jī)場(chǎng)運(yùn)行容量的具體問(wèn)題，本文采用SIMMOD PLUS仿真軟件對(duì)深圳機(jī)場(chǎng)及其所處的珠海終端區(qū)空域結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真評(píng)估。綜合考慮機(jī)場(chǎng)運(yùn)行需求及管制工作負(fù)荷，評(píng)估超高障礙物對(duì)深圳機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的影響，并針對(duì)限制機(jī)場(chǎng)容量的“瓶頸”，提出兩種進(jìn)場(chǎng)航跡的修改方案及近、遠(yuǎn)期優(yōu)化措施。

本文在仿真分析過(guò)程中忽略了機(jī)場(chǎng)對(duì)終端區(qū)空域運(yùn)行效率的影響，而事實(shí)上機(jī)場(chǎng)地面停機(jī)位的分配、滑行道的使用、跑道運(yùn)行模式等因素都與航空器空中運(yùn)行有密切聯(lián)系。特別值得注意的是，某些機(jī)場(chǎng)的擺渡車(chē)、牽引車(chē)、行李車(chē)等保障車(chē)輛也很有可能成為限制機(jī)場(chǎng)運(yùn)行容量的瓶頸。

后續(xù)工作中，應(yīng)當(dāng)考慮機(jī)場(chǎng)布局、保障能力等地面因素對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率的影響，進(jìn)行空地一體化聯(lián)合仿真。另外，由于珠江三角洲地區(qū)空域狹小、機(jī)場(chǎng)密集，且區(qū)內(nèi)機(jī)場(chǎng)建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，形成了機(jī)場(chǎng)布局不合理，跑道方向相互交叉的現(xiàn)狀，大大增加了空中交通管理的復(fù)雜性，限制了流量的進(jìn)一步增長(zhǎng)。利用計(jì)算機(jī)仿真方法分析空域運(yùn)行瓶頸并研究整體優(yōu)化措施，是未來(lái)工作的重點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李浩瀚.跑道容量仿真模型分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2009，11（3）：1-3.

[2]D.Delahaye，S.Puechmorel.3D airspace sectoring by evolutionary computation：real-world applications[J].ACM Press New York， NY，USA，2006：1637-1644.

[3]韓松臣，張明.依據(jù)管制工作負(fù)荷的扇區(qū)優(yōu)化新方法[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，Vol. 36（1）：92-96.

[4]高偉，黃朝偉.重慶機(jī)場(chǎng)終端區(qū)容量評(píng)估的仿真研究[J].中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（5）：1-4.

[5]Aybek F，Cavcar A.Delay Analysis for the RNAV Approach Procedure at Istanbul Yesilkoy TMA Using SIMMOD[J].

[責(zé)任編輯：田吉捷]