基于航空器歷史軌跡數(shù)據(jù)的飛行間隔研究

顧英杰

摘 要：日益增長的空中交通流量與現(xiàn)行不合理的航空器間隔之間的矛盾突出，在保障飛行安全的前提下合理縮減航空器飛行間隔，對于提高機(jī)場吞吐量、減少航班延誤意義重大。本文基于航空器歷史軌跡數(shù)據(jù)，研究了航空器的起/起、降/降、起/降、降/起時(shí)間間隔和距離間隔計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：歷史軌跡數(shù)據(jù)；飛行間隔；機(jī)場吞吐量

中圖分類號(hào)： V355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

機(jī)場終端區(qū)的瓶頸效應(yīng)主要在于管制過程中使用的著陸、起飛間隔較大，使得在單位時(shí)間內(nèi)能夠降落在跑道上的航空器架次小于需求架次，造成跑道的使用率低、航班延誤日趨嚴(yán)重等問題。

國際民航組織在DOC4444文件中規(guī)定航空器在進(jìn)近和離場階段必須使用以尾流距離為基準(zhǔn)的最低間隔，[1]中國民航局將ICAO的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)的精度由百米上取整到公里。[2]曹力基于飛機(jī)機(jī)型、尾流間隔時(shí)間提出了機(jī)場流量動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型。 [3]夏正洪研究了起降序列、機(jī)場流量、跑道使用與終端區(qū)飛行間隔的關(guān)系。[4]本文使用場面監(jiān)視雷達(dá)數(shù)據(jù)，提出了基于航空器歷史軌跡數(shù)據(jù)的起降時(shí)間間隔、距離間隔的研究算法，以及飛行間隔的分類，對民航飛行間隔的制定有積極意義。

1 飛行間隔計(jì)算方法

起飛時(shí)刻：航空器進(jìn)入跑道開始滑跑的時(shí)間，本文定義第i架航空器首次有連續(xù)三個(gè)軌跡點(diǎn)出現(xiàn)在跑道上且速度大于50km/h的時(shí)刻作為起飛時(shí)刻di，t。

落地時(shí)刻：航空器接地瞬間的時(shí)刻，本文定義航空器的軌跡數(shù)據(jù)首次有連續(xù)的三個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)在跑道上且速度大于50km/h的時(shí)刻為落地時(shí)刻li，t。起飛航空器的位置：第i架航空器在t時(shí)刻的位置記為DPosxi，t，DPosyi，t。

落地航空器的位置：第i架航空器在t時(shí)刻的位置記為LPosxi，t，LPosyi，t。

起/起時(shí)間間隔：若第i，j架航空器為連續(xù)起飛航空器，則起/起時(shí)間間隔ConDepTimei，j可由公式1計(jì)算。

ConDepTimei，j=dj，t-di，t（1）

起/起距離間隔：定義為后機(jī)起飛時(shí)刻dj，t的位置坐標(biāo)DPosxj，dj，t，DPosyj，dj，t與前機(jī)在該時(shí)刻的位置坐標(biāo)DPosxi，dj，t，DPosyi，dj，t之間的斜距ConDepDisi，j，由于監(jiān)視數(shù)據(jù)中的航空器位置是在直角坐標(biāo)系中的投影。因此，離場航空器起飛間隔可以使用中、重型飛機(jī)（某機(jī)場主要起降機(jī)型）的標(biāo)準(zhǔn)爬升梯度α對前后機(jī)的水平距離修正。

ConDepHDisi，j=（DPosxi，dj，t-DPosxj，dj，t）2+（DPosyi，dj，t-DPosyj，dj，t）2（2）

ConDepDisi，j=ConDepHDisi，j*secα（3）

降/降時(shí)間間隔：若第i，j架航空器為連續(xù)降落航空器，則降/降時(shí)間間隔ConLadTimei，j可根據(jù)公式4計(jì)算。

ConLadTimei，j=lj，t-li，t（4）

降/降距離間隔：定義為前機(jī)落地時(shí)刻li，t所在位置坐標(biāo)LPosxi，li，t，LPosyj，li，t與后機(jī)在該時(shí)刻的位置坐標(biāo)LPosxi，li，t，LPosyj，li，t之間的斜距ConLadDisi，j，監(jiān)視數(shù)據(jù)中航空器之間的水平距離ConLadHDisi，j可以由公式6表示。

ConLadHDisi，j=（LPosxi，li，t-LPosxj，li，t）2+（LPosyi，li，t-LPosyj，li，t）2（5）

ConLadDisi，j=ConLadHDisi，j*secβ（6）

起/降時(shí)間間隔：若第i架為起飛航空器且第j架航空器為著陸航空器，則起/降時(shí)間間隔DepLadTimei，j可以根據(jù)公式7計(jì)算得到。

DepLadTimei，j=lj，t-di，t（7）

起/降距離間隔：定義為后機(jī)著陸時(shí)刻lj，t的位置坐標(biāo)LPosxj，lj，t，LPosyj，lj，t與前機(jī)在該時(shí)刻的位置坐標(biāo)DPosxi，lj，t，DPosyi，lj，t之間的斜距DepLadDisi，j，水平距離DepLadHDisi，j可由（8）， （9）得到。DepLadHDisi，j=（DPosxi，lj，t-LPosxj，lj，t）2+（DPosyi，lj，t-LPosyj，lj，t）2（8）

DepLadDisi，j=DepLadHDisi，j*secα（9）

降/起時(shí)間間隔：若第i架為著陸航空器且第j架航空器為起飛航空器，則降/起時(shí)間間隔LadDepTimei，j可以根據(jù)公式10計(jì)算得到。

LadDepTimei，j=dj，t-li，t（10）

2 飛行間隔分類

根據(jù)國際民航組織（ICAO）規(guī)定的前后航空器之間在不同條件下的最小時(shí)間間隔如表1所示。其中1、2、3分別代表進(jìn)場著陸的重型機(jī)、中型機(jī)、輕型機(jī)；4、5、6分別代表離場的重型機(jī)、中型機(jī)、輕型機(jī)。如前重后中航空器起/降和降/起時(shí)間間隔都不得少于90s。

根據(jù)起飛、落地航空器序列的可能性，將航空器的間隔劃分為起/起時(shí)間間隔和距離間隔、降/降時(shí)間間隔和距離間隔、起/降時(shí)間間隔和距離間隔、降/起時(shí)間間隔。

因此，航空器間隔與機(jī)場流量密切相關(guān)，因?yàn)榱髁烤哂忻黠@的周期性和日變化性，所以間隔研究必須分時(shí)間片進(jìn)行，然后遍歷容器取出該時(shí)間片中符合要求的航空器對象序列，并計(jì)算航空器之間的時(shí)間、距離間隔，然后求出該時(shí)間片的最小間隔、平均間隔、最小間隔均方差，并以天為單位分跑道將所有時(shí)間片的最小間隔進(jìn)行對比分析，并用上表中的航空器間隔標(biāo)準(zhǔn)來衡量所求機(jī)場的最小起降間隔是否滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

本文基于航空器歷史軌跡數(shù)據(jù)研究航空器的飛行間隔的分類和計(jì)算方法，包括起/起、降/降、起/降、降起時(shí)間間隔和距離，對民航間隔的制定有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]International Civil Aviation Organization. Doc4444： Air Traffic Management[R].2007.

[2]民用航空器空中交通管理規(guī)則（CCAR93TM）[R].中國民用航空局， 2000.

[3]優(yōu)化空中交通管制運(yùn)行規(guī)范的暫行規(guī)定[R].中國民用航空局， 2013.

[4]曹力，鄧雪云，王旭輝.基于機(jī)型間隔機(jī)場終端區(qū)流量優(yōu)化[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào).

[5]夏正洪，潘衛(wèi)軍，康瑞，羅小林.終端區(qū)飛行間隔研究. 科學(xué)技術(shù)與工程，2014，14（15）：304310.