基于航空器歷史軌跡數據的飛行間隔研究

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據，研究了航空器的起/起、降/降、起/降、降/起時間間隔和距離間隔計算方法。

關鍵詞：歷史軌跡數據；飛行間隔；機場吞吐量

中圖分類號： V355 文獻標識碼：A

機場終端區的瓶頸效應主要在于管制過程中使用的著陸、起飛間隔較大，使得在單位時間內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、航班延誤日趨嚴重等問題。

國際民航組織在DOC4444文件中規定航空器在進近和離場階段必須使用以尾流距離為基準的最低間隔，[1]中國民航局將ICAO的尾流間隔標準的精度由百米上取整到公里。[2]曹力基于飛機機型、尾流間隔時間提出了機場流量動態優化模型。 [3]夏正洪研究了起降序列、機場流量、跑道使用與終端區飛行間隔的關系。[4]本文使用場面監視雷達數據，提出了基于航空器歷史軌跡數據的起降時間間隔、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 飛行間隔計算方法

起飛時刻：航空器進入跑道開始滑跑的時間，本文定義第i架航空器首次有連續三個軌跡點出現在跑道上且速度大于50km/h的時刻作為起飛時刻di，t。

落地時刻：航空器接地瞬間的時刻，本文定義航空器的軌跡數據首次有連續的三個點出現在跑道上且速度大于50km/h的時刻為落地時刻li，t。起飛航空器的位置：第i架航空器在t時刻的位置記為DPosxi，t，DPosyi，t。

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

起/起時間間隔：若第i，j架航空器為連續起飛航空器，則起/起時間間隔ConDepTimei，j可由公式1計算。

ConDepTimei，j=dj，t-di，t（1）

起/起距離間隔：定義為后機起飛時刻dj，t的位置坐標DPosxj，dj，t，DPosyj，dj，t與前機在該時刻的位置坐標DPosxi，dj，t，DPosyi，dj，t之間的斜距ConDepDisi，j，由于監視數據中的航空器位置是在直角坐標系中的投影。因此，離場航空器起飛間隔可以使用中、重型飛機（某機場主要起降機型）的標準爬升梯度α對前后機的水平距離修正。

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

ConDepDisi，j=ConDepHDisi，j*secα（3）

降/降時間間隔：若第i，j架航空器為連續降落航空器，則降/降時間間隔ConLadTimei，j可根據公式4計算。

ConLadTimei，j=lj，t-li，t（4）

降/降距離間隔：定義為前機落地時刻li，t所在位置坐標LPosxi，li，t，LPosyj，li，t與后機在該時刻的位置坐標LPosxi，li，t，LPosyj，li，t之間的斜距ConLadDisi，j，監視數據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/降時間間隔DepLadTimei，j可以根據公式7計算得到。

DepLadTimei，j=lj，t-di，t（7）

起/降距離間隔：定義為后機著陸時刻lj，t的位置坐標LPosxj，lj，t，LPosyj，lj，t與前機在該時刻的位置坐標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/起時間間隔LadDepTimei，j可以根據公式10計算得到。

LadDepTimei，j=dj，t-li，t（10）

2 飛行間隔分類

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

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

因此，航空器間隔與機場流量密切相關，因為流量具有明顯的周期性和日變化性，所以間隔研究必須分時間片進行，然后遍歷容器取出該時間片中符合要求的航空器對象序列，并計算航空器之間的時間、距離間隔，然后求出該時間片的最小間隔、平均間隔、最小間隔均方差，并以天為單位分跑道將所有時間片的最小間隔進行對比分析，并用上表中的航空器間隔標準來衡量所求機場的最小起降間隔是否滿足運行標準。

3 結論

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

參考文獻：

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

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

[3]優化空中交通管制運行規范的暫行規定[R].中國民用航空局， 2013.

[4]曹力，鄧雪云，王旭輝.基于機型間隔機場終端區流量優化[J].系統工程學報.

[5]夏正洪，潘衛軍，康瑞，羅小林.終端區飛行間隔研究. 科學技術與工程，2014，14（15）：304310.