1、珠海金湾机场跑道容量评估陈兰兰（民航珠海空管站，广东省珠海市，519000） 摘要：本文根据珠海金湾机场空域和空中交通的具体特点，利用已有理论模型，评估计算跑道最大容量；针对航班计划的实际运行特点，以离场方式为基础，综合考虑本场相关规则的影响，计算出珠海金湾机场的实际跑道容量，以此来评估目前珠海金湾机场航班量与跑道容量满足与否，提出相关优化建议。跑道容量评估运用了概率计算模型和SIMMOD仿真评估方法。关键词：机场 跑道 容量评估珠海金湾机场近年来高速发展，航班量大幅增加。据统计，近5年平均增量保持在10%以上。空域流量的增加，使珠海机场面临着新的考验：那就是在有限的空域条件下，如何提高运行效
2、率。跑道作为连接着机场与航路的纽带，承载着所有进离港航班的起降。一个机场的跑道容量往往会成为限制该机场飞行流量增加的关键因素，当航班量增加到一定数量，即接近和超过机场容量时，将使空管及机场保障单位处于超负荷运行状态，导致航班延误增加。跑道容量的评估，可以作为空中交通先期流量控制的决策依据，同时为机场发展和机场规划提供技术支持，还可以减少飞机延误和运行成本。跑道容量的评估主要有四种方法：经验模型、排队模型、分析模型和仿真模型。仿真模型用于整个系统的综合质量评估，其技术性强，运行复杂，结果全面准确。本文所采用的仿真模型即SIMMOD（Simulation Model）模型。一、 跑道容量概述跑道容
3、量是指，在单位时间内，跑道能够提供的航空器最大起降架次。一般以高峰小时航空器起落的次数计。跑道的容量很大程度上影响了机场的服务能力，是整个机场容量的主要限制因素之一。跑道容量的影响参数众多，关键因素包括跑道长宽、尾流间隔、进近及起飞速度、风向风速、跑道占用时间、飞行规则、飞机类型、脱离道口设置、导航设施等。跑道容量在不同的条件下数值发生变化。理想状态下，通过对各种参数的计算，评估出来的一般是跑道最大容量，最大容量并不反映系统的拥挤程度和延误水平，只可以反映系统所能提供的最大服务能力。跑道最大容量不受任何服务因素的影响，像机场地面服务水平、管制人员的个体差异、反应时间、气象条件等。实际运行中的航
4、班间隔并不都是按照规定的最小间隔执行，不同航班对于同一条指令的执行度也有很大的差异，实际容量通常是通过对实际工作中的影响因子进行修正得出来的。在这种情况下，可以保证飞机之间的间隔，避免产生严重的航班延误。跑道容量计算的前提条件：（1）进出港飞机是连续不断的排队使用跑道；（2）不违反空中交通规则；（3）前后出现的飞机是完全随机的。二、 仿真模型应用（一） SIMMOD 简介 SIMMOD 是一个动态、离散事件机场仿真模型,自 20 世纪 80 年代以来在美国和欧洲得到了广泛的应用。SIMMOD 从一开始被用于对机场跑道容量的评估发展到现在，已经被延伸到整个地面服务以及空域终端的容量评估，通过对各
5、项实际参数的收集，它可以模拟飞行区域 (包括跑道、滑行道和停机坪等)以及与之相连的地面区域、一个机场，一个终端空域或者整片空域。（二） 珠海金湾机场概况珠海金湾机场位于珠海市三灶岛东南部，地形较复杂，其西北侧紧靠丘陵山区。本场单跑道运行，主用跑道 05 号，跑道长度 4000 米，宽度 45 米。本场气象特征：海洋性气候，常年雨量充沛，相对湿度年平均达 73%。春季多低云和恶劣能见度，夏秋季多雷雨和台风，对起降和停场飞机危害很大。2015 年，珠海金湾机场起降架次已经达到 50058 架次，高峰时间段飞行架次达到 22 架次。年份 总架次 正班 正班增长率2012 42908 17823 16
6、.5%2013 44297 25399 42.5%2014 49850 34400 35.4%2015 50058 38506 12%表 1 近四年的航班量统计表（三） 理论最大容量计算模型1、仿真参数到达、离场飞机比例为 11。根据日常统计，珠海机场的起飞机型比例为中型 98.4% 轻型 1.6%；着陆机型比例为中型98.4% 轻型 1.6%；起降比例分别为起飞 =50 %，着陆 =50%。重型飞机所占比例很少，故重机型忽略不计。 机型 最大起飞重量轻型 7000中型 7000重型 136000表 2 机型分类,单位 KG前机/后机轻型 重型 中型 轻型重型 8 10 12中型 6 6 10
7、轻型 6 6 6表 3 各型飞机的尾流间隔，单位 KM前机/后机轻型 中型 轻型中型 2 2轻型 3 2表 4 航空器起飞所满足的尾流间隔，单位分钟机型种类 中型 轻型最后进近速度 250 140表 5 各机型进近速度平均值，单位 KM/H备注：因为本场中型机多为 B737-700、B737-800、A320、A319，轻型机多为运五、SR-22 等，所以此次数据采集只选取了这几种本场比较常见的机型加以考虑。2、最大容量计算方法任取两架飞机，机型为 i，j。飞机 i 在前飞机 j 在后起飞的概率为 Pij， 离场飞机之间概率为 PD，进场飞机之间的概率为 PA，离场飞机之间时间间隔为 TD，进
8、场飞机之间的时间间隔为 TA，离场平均间隔为T1，进场平均间隔为 T2，前机 i 和后机 j 的时间间隔为 Tij， Pij=Pi*Pj ,前机为中型机，后机为中型机时：p1=0.984*0.984=0.9683前机为中型机，后机为轻型机时：p2=0.984*0.016=0.0157前机为轻型机，后机为中型机时：p3=0.016*0.984=0.0157前机为轻型机，后机为轻型机时：p4=0.016*0.016=0.0003故而：PD= PA=03.157.96803.157.968起飞容量计算如下：起飞平均间隔为：TD= 23T1= =2.0157 分钟 (3.1)21ijPij*T其中机型
9、总数为 n，时间单位为分钟，起飞容量为 CD， 则得出：CD=60/T1=29.7730 架次/小时 (3.2)落地容量计算如下： 因落地机组无法时间间隔来掌握落地间隔的大小，通常是飞到距离跑道很近时，才能确定前机是否脱离跑道，但此时已无法再调整速度，从而错过决断的最佳时机。根据进场尾流间隔和脱离跑道时间的限制，对于接连落地的飞机的间隔，必须满足以下条件：最后进近航迹上，如果前机速度大于后机速度，则在最后进近的一开始，两机之间的间隔必须满足规定的尾流间隔，因为两机的间隔是会越来越大；当前机速度小于后机速度时，随着进近的继续，两机之间的间隔会越来越小，故而在跑道入口处，即最后进近阶段结束时，还应
10、该满足尾流间隔（目视情况除外） 。若令前后落地的两架飞机尾流时间隔为 Tij， 经过计算：前机中型，后机中型时：t1=6/250=1.44前机中型，后机轻型时：t2=6/140=2.6前机轻型，后机中型时：t3=（13.9*（250-140）/140+10）/250=5 分钟前机轻型，后机轻型时：t4=6/140=2.6其中珠海机场主用跑道 05 号的最后进近航段长度为 13.9KM。故而：TA= 6.2541则落地平均间隔为：T2= =1.5145 分钟 21ijij*IJTP（3.3）落地容量 CA， 得出：CA= 60/T2=39.6240 架次/小时 (3.4)珠海机场跑道的最大容量为
11、：C=CD*50%+CA*50%=35 架次/小时 (3.5)以上仿真模型采用的间隔标准来源于中国民用航空空中交通管理规则 （简称 86 号令） ，均为采用规定的最小间隔，计算出来的是跑道最大容量。实际工作中，航班的间隔与气象条件、地面设备、任务性质、本场条件等密切相关。因条件所限，各个管制工作岗位并不能完全执行最小间隔，都会相应的提高数值。珠海空管站管制运行部在遵循 86 号令的基础上，根据本场的地形特点、机型结构等，与相邻管制单位制定了更符合本场运行的一些规定。（四）实际跑道容量计算模型以下通过对本场各项运行数据的采集来建造模型，计算本场跑道的实际跑道容量。此次建模用到的数据主要是本场的离
12、场程序、落地间隔、起飞间隔等。1、仿真参数到达、离港飞机比例为 11。根据典型日航班结构统计，重型机和轻型机所占比重极小，而且一般都是避开高峰时段飞行，可以忽略不计，这里只考虑中型机一种机型。珠海金湾机场离场程序有五种 MIPAG-09D、IDUMA-09D、SULAS-09D、OVGOT-09D、TOMUD-09D。以下用 05 号跑道 RNAV 离场为例，保密起见，图中导航台名称未标注。图 1 珠海机场离场程序经统计，当华东方向临时航路 V17、V18 关闭时，离场飞机用 IDUMA-09D；当临时航路 V17、V18 开放时，离场飞机 SULAS-09D，也就是说这两种离场方式是替换使用
13、的，所以在这里我们只讨论离场航班用IDUMA-09D 的情况。经统计,得出:MIPAG-09D、IDUMA-09D、OVGOT -09D、TOMUD-09D 四种离场方式分别占离场飞机的 43.5%、33.9%、4.9%、17.7%。离场程序 MIPAG IDUMA OVGOT TOMUDMIPAG-09D 4 2 2 2IDUMA-09D 2 4 2 2OVGOT-09D 2 2 5 2TOMUD-09D 2 2 2 5表 6 起飞间隔如下图：单位分钟实际起飞容量计算如下：任取两架飞机，使用的离场方式为 i，j。i 在前 j 在后起飞的概率为 Pij， i 和 j 的时间间隔为Tij， Pi
14、j=Pi*Pj ,可以得出:P 离 = 031.87.06.7. 2412369.45.8进而得出，离场飞机之间的时间间隔为：T 离 = =2.7093 分钟 41ijij*P（4.1）则起飞容量为：C 离 =60/T 离 =22.1522 架次/小时 (4.2)实际落地容量计算如下：根据珠海进近管制中心管制运行部与珠海空管站管制运行部管制协议规定，连续进场飞机之间的最小间隔为 10KM。则：T 进 =10/250=2.4 分钟落地容量为：C 进 =60/T 进 =25 架次/小时 (4.3)当进场飞机间隔为 10 时，跑道的最大容量为：C=C 离 *50%+C进 *50%=23.524 架次
15、/小时 (4.4)珠海金湾机场仅有一条跑道，起飞与落地穿插进行， 。按照相关协议，若珠海机场有离场飞机，则进场飞机之间的间隔不小于 12KM。依照 86 号令规定，进场飞机必须在距跑道 4KM 之前发落地指令。一般离场飞机进入跑道起飞离地，整个过程需要 90 秒左右。故而当选取进场飞机间隔为 12KM 时，图 2 进场航迹示意图进场飞机的时间间隔为：t 12=12/250=2.88 分钟最后 4KM 进近时间为：t 4=4/250=0.96 分钟所以得出，t=t 12-t4=2.88-0.96=1.92 (4.5)两架进场飞机之间可以插入的起飞飞机个数为 k，k=t/1.51可以得出这样的结论
16、：两个连续进场飞机的间隔可以插入一个离场飞机，因为本场进离场飞机各占50%，所以在理想状态下，可以做到一进一出的不间断运行模式，而且在这种情况下，航班延误也是为0。当进场飞机间隔为 12KM 时，跑道容量为：T进 =12/250=2.88 分钟C进 =60/2.88=20.8321 架次/小时 (4.6)实际容量为：C=C 离 *50%+C 进 *50%=21.522 架次/小时 (4.7)三 结论本文通过建立模型，综合各种影响因素的考虑，得出以下结论：珠海机场跑道最大容量为 35 架次/小时，实际容量为 24 架次/小时，航班延误为 0 时跑道最大容量为 22 架次/小时。这些数据相对准确，
17、可以用作空中交通先期流量管理的参考，对机场规划和未来建设有一定的指导作用。目前珠海机场高峰架次已经达到 22 架次/小时，非常接近 24 架次/小时的实际容量，鉴于珠海机场的气候特征（春季多雾，夏秋季雷暴和台风） ，可以预见到：随着航班量的增加，航班延误导致小时架次达到实际容量的情况必然会出现，甚至也有可能超过跑道实际容量，这对于管制员的工作负荷是很大的挑战，增加了机场地面保障的难度和航空公司营运成本。此次跑道容量的评估只选取了进出港间隔、机型、进近速度等几个因素进行研究，实际工作中，地面保障以及天气、空域限制等因素也是无法忽略的，特别是作为航班的直接指挥者，管制员是很重要的一个因素，这部分主
18、要应用模拟机来实现评估，本文并未涉及。目前，珠海空管站塔台管制室开设了地面管制席位，繁忙时段，席位的分离使得管制员的工作更加细化，减轻了机场管制席位的工作压力。另外，塔台管制室也增加了流量预警环节，通过航班计划以及天气预报等因素，对空域流量进行预测，达到一定标准就发出流量预警，相邻管制单位和航空公司可以相应做出调整。本文所进行的评估前提是：飞机对跑道的请求是连续的。事实上，跑道的利用率并不是恒定的。从航班时刻表就可以看出，航班经常聚集在某些高峰时段；由于地面保障以及天气等原因，导致航班不能按照计划时刻执行。这些直接影响了跑道的利用率。如何优化航班时刻、加强地面保障力度和复杂天气应对措施，提高跑
19、道容量，减少延误，必将成为机场空域研究的重要课题。参考文献1洪飞,机场跑道容量评估的理论模型与应用研究,中国民航大学,20072余江,跑道容量的运行优化,中国民航学院学报，2003（6）3张莹,机场地面空中交通容量评估系统的进一步研究，南京航天航空大学，1028707 06-0034，2006；4胡明华，刘松，苏兰根，给予统计分析的单跑道容量评估模型研究J ，数据采集与处理，Vol.15,No.1,2002:74-775中国民用航空局，珠海三灶仪表进近图，2015（4）6中国民用航空局，珠海三灶机场细则，中国民航国内航空资料汇编，2015（4）作者简介：陈兰兰，女，陕西宝鸡人，四级管制员，助理工程师作者单位：民航珠海空管站联系电话：13631264464通信地址：广东省珠海市金湾区三灶机场民航珠海空管站航管楼
