通过空域优化实现大型运输机场空域节约的方法研究

曹永乐

摘 要：面对空中交通流量的不断增长引发的空中交通拥堵问题，我们常采用开辟新航线，增加跑道数量等方法解决。但是我们拥有的空域是有限的，并且通常由空军占主体，大型运输机场的吞吐量更大，因而情况更加严重。因此如何进行合理规划，通过对现有空域的优化实现空域节约，是十分重要的。我们通常进行空域优化的方法有终端区扇区的优化、航线的结构优化等，本文就对这些方法进行研究，希望研究找出大型运输机场空域节约的最优方法。

关键词：空域优化;空域节约;PBN飞行程序;航线网络优化

1 绪论

进入到新时代，我国民用航空也进入到空前的发展。尤其是三大机场，其中首都机场旅客吞度量世界第二，浦东机场货邮吞吐量世界第三，是名副其实的大型运输机场。但是，继续发展面临的问题也呼之欲出：空中交通流量的不斷增加，新航路的开辟，使得空中交通堵塞问题日趋严重，另外由于我国空域的使用由空军占主体，空域利用的不合理性使得矛盾更加尖锐，怎样在有限的空域中实现满足流量增长的需求，就需要在原有的空域规划上进行优化，实现节约的思想。

所谓空域节约，就是在现有可用空域条件下，对大型运输机场的复杂航路进行空域优化，从而满足流量增长的需求，也通过空域的最优规划，实现资源的节约。

2 航线结构优化

通常，影响区域流量的制约因素有：空域管理、军航飞行、航路容量、地形和天气等。航路容量直接限制了航班增长量，如何提高航路容量成为了主要问题。去年京津冀地区实现了空域优化方案的实施，这次优化的思路是“单项循环，航路分流”，也就是通过增加航线，让以前双向混行的飞机分道行驶，这样，飞机间隔缩短，有利于提高准点率。

2.1 利用PBN飞行程序的空域优化

相对于传统导航方式，基于性能的导航的实施与应用具有很大的优势。实施PBN技术，可以确定明确的运行要求，避免机载和地面设备的重复性安装，从而也避免重复性的适航和运行批准。对空中交通管理部门来说，可以减少管制员的工作负荷，更好的保证飞行安全。

PBN与传统导航相比则明显不同，只要是在基站的信号覆盖之下，航路点就可以灵活选择。我们可以建立从航路点到航路点的航线结构和平行航路，或是基于RNAV/RNP航路的平行偏置飞行，提高航路选择的灵活性，减少航路拥挤，提高空域利用率和交通流量。

终端区空域资源有限，飞行密度大，并且有大量的飞机穿越高度层的情况。PBN程序结合相关的垂直引导，可以降低终端排序难度。通过PBN程序设计，可以在进离场的某些必要的航路点上限定飞行器的高度、速度，根据不同航向划定不同的平行进离场程序，并且使之在正常运行上有一定的时间间隔。在使用RNAV导航后，空中交通流量更加密集，这无论是对节约现有空域还是为增加航线，都提供了可能。

2.2 机场群航线网络优化

航线的规划一般是航空公司根据自己的功能定位和航班需求制定的符合自己利益的航线，在我国现行的航空公司运行的复杂情况下，航线的规划缺乏整体性和有机性。因此，有人提出针对机场群的航线网络优化，在局域内实现联系的航线规划。

航线规划分点对点规划法和中心辐射型规划法。点-点式航线即在两个通航点之间构成直达航线，一个点为出发地，另一点为目的地。点-点型的航线规划大部分都是直达目的地的航线，对于乘客而言，是其最为理想的航空运输方式;对航空公司而言，这种航班运营易于安排，因为航班运营间缺乏相互关联，但这种关联性的缺乏会造成从根本上抑制客座率，因此该方法无法满足对航空运输市场潜在运力的挖掘与开发，难以应对当前形势下的运输需求。中心辐射型航线规划在推动航空公司航线安排、票价制定、时刻分布等方面有更多自由的空间，在大型运输机场采用中心辐射型航线，也可使其与周边较小城镇实现衔接，缓解运输压力。

利用决策树算法来进行机场群的航线优化，可以综合考虑航班准点率、航空公司份额和功能定位。

然后根据高峰小时容量限制、机场航线辐射范围、航班的唯一性和航空公司和航班时刻一致性分别给出约束条件，进行决策树的模型求解。选取样本，进行数据预处理。计算航线评价值。构造决策树，分为决策树的建立和决策树的剪枝。计算各方案损益值。得出最优方案。根据实例分析表明，优化后的机场群总体效益提高了8.21%，优化效果显著。

2.3 小结

在个例大型运输机场上采用PBN技术进行导航，有效的节省了空域，使得在航线规划上更加灵活更加自主，提高了空域利用率。在整体上，提出机场群航路网的规划，通过优化寻找出从中心城市出发，最优的航路辐射网，体现整体性和联系性，使得空域节约更加从全局出发，配合使用CDM协同决策，使得从空域规划到空中交通服务都更加科学高效。

3 总结

空域一直是我国民航发展的限制要素，由于我国特殊的国情，空域资源主要由空军掌握，民航和其他航空飞行可用空域很少。开放空域有限，大型运输机场的流量日益增加，使得我们必须在空域节约上做出更多努力。

首先在空域规划方面，合理的扇区规划，不但可以降低管制人员的工作负荷，也可以使流量得到疏解，调整空域结构从而解决空域使用与飞行需求之间的矛盾;另外，从机场群考虑，综合规划航路网络，加强枢纽机场与周边小机场的支线联系;另外，从空域利用方面，如果能协调军民航的运作机制，实行动态空域使用管理，提高空域使用的精细程度、灵活性和运作效率，满足多种用户的飞行需求，同时综合考虑国家安全因素、用户需求和飞行管制能力，开放低空空域并科学管理和优化低空空域，是现代交通的迫切需求，同时也能使通航得以发展，提高资源利用率;第三各方面，在飞行程序上由传统飞行程序导航逐渐过渡到PBN飞行程序，不仅可以提高导航的可靠性，减少地面导航设施的投资费用，对于优化航路，提高空域利用率也是一个非常重要的举措。通过以上方法，对大型运输机场的空域实现优化，节约我们现有的空域，是应对现在空域紧张的最好方法。