基于航空器历史轨迹数据的飞行间隔研究

顾英杰

摘 要：日益增长的空中交通流量与现行不合理的航空器间隔之间的矛盾突出，在保障飞行安全的前提下合理缩减航空器飞行间隔，对于提高机场吞吐量、减少航班延误意义重大。本文基于航空器历史轨迹数据，研究了航空器的起/起、降/降、起/降、降/起时间间隔和距离间隔计算方法。

关键词：历史轨迹数据；飞行间隔；机场吞吐量

中图分类号： V355 文献标识码：A

机场终端区的瓶颈效应主要在于管制过程中使用的着陆、起飞间隔较大，使得在单位时间内能够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、航班延误日趋严重等问题。

国际民航组织在DOC4444文件中规定航空器在进近和离场阶段必须使用以尾流距离为基准的最低间隔，[1]中国民航局将ICAO的尾流间隔标准的精度由百米上取整到公里。[2]曹力基于飞机机型、尾流间隔时间提出了机场流量动态优化模型。 [3]夏正洪研究了起降序列、机场流量、跑道使用与终端区飞行间隔的关系。[4]本文使用场面监视雷达数据，提出了基于航空器历史轨迹数据的起降时间间隔、距离间隔的研究算法，以及飞行间隔的分类，对民航飞行间隔的制定有积极意义。

1 飞行间隔计算方法

起飞时刻：航空器进入跑道开始滑跑的时间，本文定义第i架航空器首次有连续三个轨迹点出现在跑道上且速度大于50km/h的时刻作为起飞时刻di，t。

落地时刻：航空器接地瞬间的时刻，本文定义航空器的轨迹数据首次有连续的三个点出现在跑道上且速度大于50km/h的时刻为落地时刻li，t。起飞航空器的位置：第i架航空器在t时刻的位置记为DPosxi，t，DPosyi，t。

落地航空器的位置：第i架航空器在t时刻的位置记为LPosxi，t，LPosyi，t。

起/起时间间隔：若第i，j架航空器为连续起飞航空器，则起/起时间间隔ConDepTimei，j可由公式1计算。

ConDepTimei，j=dj，t-di，t（1）

起/起距离间隔：定义为后机起飞时刻dj，t的位置坐标DPosxj，dj，t，DPosyj，dj，t与前机在该时刻的位置坐标DPosxi，dj，t，DPosyi，dj，t之间的斜距ConDepDisi，j，由于监视数据中的航空器位置是在直角坐标系中的投影。因此，离场航空器起飞间隔可以使用中、重型飞机（某机场主要起降机型）的标准爬升梯度α对前后机的水平距离修正。

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

ConDepDisi，j=ConDepHDisi，j*secα（3）

降/降时间间隔：若第i，j架航空器为连续降落航空器，则降/降时间间隔ConLadTimei，j可根据公式4计算。

ConLadTimei，j=lj，t-li，t（4）

降/降距离间隔：定义为前机落地时刻li，t所在位置坐标LPosxi，li，t，LPosyj，li，t与后机在该时刻的位置坐标LPosxi，li，t，LPosyj，li，t之间的斜距ConLadDisi，j，监视数据中航空器之间的水平距离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/降时间间隔：若第i架为起飞航空器且第j架航空器为着陆航空器，则起/降时间间隔DepLadTimei，j可以根据公式7计算得到。

DepLadTimei，j=lj，t-di，t（7）

起/降距离间隔：定义为后机着陆时刻lj，t的位置坐标LPosxj，lj，t，LPosyj，lj，t与前机在该时刻的位置坐标DPosxi，lj，t，DPosyi，lj，t之间的斜距DepLadDisi，j，水平距离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/起时间间隔：若第i架为着陆航空器且第j架航空器为起飞航空器，则降/起时间间隔LadDepTimei，j可以根据公式10计算得到。

LadDepTimei，j=dj，t-li，t（10）

2 飞行间隔分类

根据国际民航组织（ICAO）规定的前后航空器之间在不同条件下的最小时间间隔如表1所示。其中1、2、3分别代表进场着陆的重型机、中型机、轻型机；4、5、6分别代表离场的重型机、中型机、轻型机。如前重后中航空器起/降和降/起时间间隔都不得少于90s。

根据起飞、落地航空器序列的可能性，将航空器的间隔划分为起/起时间间隔和距离间隔、降/降时间间隔和距離间隔、起/降时间间隔和距离间隔、降/起时间间隔。

因此，航空器间隔与机场流量密切相关，因为流量具有明显的周期性和日变化性，所以间隔研究必须分时间片进行，然后遍历容器取出该时间片中符合要求的航空器对象序列，并计算航空器之间的时间、距离间隔，然后求出该时间片的最小间隔、平均间隔、最小间隔均方差，并以天为单位分跑道将所有时间片的最小间隔进行对比分析，并用上表中的航空器间隔标准来衡量所求机场的最小起降间隔是否满足运行标准。

3 结论

本文基于航空器历史轨迹数据研究航空器的飞行间隔的分类和计算方法，包括起/起、降/降、起/降、降起时间间隔和距离，对民航间隔的制定有积极意义。

参考文献：

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

[2]民用航空器空中交通管理规则（CCAR93TM）[R].中国民用航空局， 2000.

[3]优化空中交通管制运行规范的暂行规定[R].中国民用航空局， 2013.

[4]曹力，邓雪云，王旭辉.基于机型间隔机场终端区流量优化[J].系统工程学报.

[5]夏正洪，潘卫军，康瑞，罗小林.终端区飞行间隔研究. 科学技术与工程，2014，14（15）：304310.