基于連續下降運行的終端區環形進場航線設計

程驍丁

(中國民航技術裝備有限責任公司, 北京 100027)

多機場系統(multi-airport system, MAS)指某一區域內存在兩個及以上彼此靠近且同時運行的商業機場,并由同一終端空域管制單位提供服務的系統。多機場終端區內密集的機場分布導致其運行關聯性較強。受當前空中交通管理(air traffic management, ATM)模式和航空器導航設備性能限制,各機場的進離場時隙配置尚未得到統一有效的管理,且各機場的進離場航空器需使用終端區空域公共進出口點和進離場航段,因此區域內關鍵位置的運行態勢繁忙且復雜,成為限制終端區容量和運行效率的重要瓶頸。

針對此問題,學者們的研究方向集中于終端區空域結構-進離場航線設計、交通流分析、運行狀態評估與容量預測等。由于進場航空器在運行過程中機動性較大,且具有更高的隨機性和時變性,因此普遍將進場航空器作為主要調整對象。在空域結構分析方面,Murca等[1-2]選擇全球范圍內數個多機場系統,根據航空器歷史航跡數據,利用機器學習方法評估各MAS在空域結構、容量和運行效率等方面的差異,以此為復雜空域的容量規劃提供決策支持。在交通流分析方面,劉繼新等[3]提出了基于密度峰值的終端區航跡聚類與異常識別方法。孫淑光等[4]提出了基于高程異常補償的飛機終端區組合導航高度優化方法。Carmona等[5]基于復雜系統的思想,通過比較標準進離場航線與航空器實際運行軌跡之間的差異,分析終端區空域的運行效能和延誤原因。在運行狀態評估與容量預測方面,Wang等[6]基于實時氣象信息、機場跑道運行配置和歷史航跡數據,提出了一種數據驅動的深度學習框架,用于預測MAS中各機場的機場接受率,以此支持終端區內的交通流管理。張金鵬等[7]基于航跡分類方法研究了終端區交通流非線性特征。

上述學者的研究對象多為當前技術和運行規則下的終端區空域。隨著空中交通管制理念和通信、導航、監視技術的不斷發展,尤其以終端區連續下降運行(continuous descending operation, CDO)為代表的進場航空器自主運行模式的提出與逐步應用,為解決相關問題提供了新的思路。

以自由航路空域(free route airspace, FRA)和基于航跡運行(trajectory based operation, TBO)為背景的航空器自主運行模式和機載分布式ATM系統不斷投入使用,使得航空器對所在空域的運行態勢感知能力大大增強[8]。全球導航衛星系統(global navigation satellite system, GNSS)和地基(導航)增強系統(ground-based augmentation system, GBAS)為航空器執行CDO模式提供了導航支持[9],執行CDO模式的進場航空器將不必依賴地面導航臺指引并遵循固定航路運行。其進場程序將與當前運行模式有較大差異,當前的終端區劃分和運行規則較為剛性,不利于充分發揮CDO模式的靈活性[10]。

在此技術背景下,學者們開展了大量研究。Toratani等[11]提出一種由飛行控制系統與地面管制員協商控制的固定梯度角下降(fixed flight-path angle, Fixed-FPA)技術。Saez等[12]提出一種“長號(Trombone)形狀”的區域導航進近程序。楊磊等[10]設計了一種點融合(point merge, PM)理念引導的倒皇冠形進場空域結構,并規范了該空域內航空器運行程序。向征等[13]提出了基于多目標融合及改進遺傳算法的終端區進場協同排序方法。上述學者有關CDO模式的研究對象多為單一機場。針對多機場終端區CDO模式的研究相對較少,多機場終端區CDO模式運行的研究仍處于發展階段。

綜上所述,在當前運行模式下,終端區內交通流時空分布不均,空域結構和航線設計無法完全滿足航空運輸需求,已成為限制空域容量和航空器運行效率的關鍵因素。隨著CDO模式不斷實行,進場航空器的運行管理將更為靈活。為了提高多機場終端區的航空器進場效率,提高終端區容量,基于前人研究,設計一種應用于多機場系統的終端區環形進場航線,將各機場的進場航空器納入統一管理中,并包容從各方向進入終端區的進場航空器,對其進行時空疏解以避免聚集;以環形進場航線為基礎,為不同運行態勢下進入終端區的航空器設計相應的運行程序;建立航空器進場順序優化模型,以提高空域內進場航空器運行效率;使用實際扇區結構數據和航空器運行數據進行仿真模擬,并與實際情況進行對比評價。

1 終端區環形進場航線設計

基于目前普遍應用的終端區空域結構和進離場航線設計,結合終端區內各機場的空間分布,設計一種基于航空器自主運行和連續下降運行模式的終端區環形進場航線,如圖1所示。

圖1 終端區環形進場航線運行模擬示意圖Fig.1 Schematic diagram of loop approach route in terminal area

如圖1所示,環形進場航線由橢圓矩形進場等待航線和圓形進場準備航線組成,各航線的劃設位置、長度、間隔等由該終端區的實際運行條件決定,并滿足航空器管制規則要求。圓形進場準備航線僅設置一層,其位置與對應的機場位置直接相關,圓心位于機場基準點;橢圓矩形等待航線將包容終端區內各機場的圓形準備航線,并可根據不同終端區的空域構型和障礙物分布等因素設置不同層數。執行連續下降運行模式的各進場航空器在進入終端區后,將根據當前終端區的空域運行態勢和機場繁忙程度,沿橢圓矩形等待航線繞飛,并按順序逐層下降高度,由外層進入內層,最終進入圓形進場準備航線,調整幾何構型完成進場準備工作后降落。

1.1 圓形進場準備航線

圓形進場準備航線以機場基準點為圓心,根據其空域結構設計、障礙物分布、飛行性能要求等設定航線半徑和高度。即將進場的航空器在該航線上保持足夠水平間隔、沿逆時針方向依次繞飛,調整飛機構型并完成降落準備工作,根據管制員及機載分布式ATM系統指令適時飛向最后進近定位點(final approach fix, FAF)并完成降落。由于執行連續下降運行模式的航空器具備一定的自主運行能力,不必受到固定進場航線的嚴格約束,其接收降落許可后,由圓形準備航線上任意位置直飛FAF點即可。因此環形航線中的航空器無需對其空間順序進行嚴格編排。某架航空器離開圓形航線后,最內層等待航線運行的航空器亦可按其進入的時間順序依次填補空位,在空間中不必重新排序,降低了管制員工作負荷和航空器沖突風險。

1.2 橢圓矩形等待航線

單一的橢圓矩形等待航線由兩條直線邊和兩個半圓形轉彎邊組成,直線長度和半圓形半徑由當前終端區空域結構和預期容量等決定。等待航線可由外至內、由高至低設置多條,以此稀釋整理進場航空器。低層航線在高層航線的內側下方,垂直和水平間隔根據空域結構和運行間隔標準確定。

進入等待航線的航空器將沿逆時針方向運行,并依據進入時間和目的地機場運行態勢等因素,按序待內層航線出現空位后逐級下降遞補,直至進入圓形準備航線后降落。同一等待航線的航空器將以相同的速度沿逆時針方向運行,并保持水平間隔。不同層等待航線的容量和運行速度不同,受航線長度和航空器進場運行趨勢限制,內層航線容量更小,航速更低。

1.3 終端區環形進場運行特點

(1)終端區內各機場的進場航空器將由同一管制單位指揮,并共享同一組橢圓矩形等待航線,以此整合各機場各方向的進場交通流;各機場的圓形準備航線獨立運行,航線間保持一定的間隔以避免航空器發生沖突。

(2)同一環形航線中的航空器將以同速同方向水平運行并保持間隔,以此確保運行安全。

(3)內側下層航線運行的航空器進場順序優先于外側上層航線,同一航線的航空器進場順序與其優先級、進入航線時間、目的地機場運行態勢等有關。與其在同層航線中運行的空間位置無關,各層航線均不執行嚴格的航空器空間位置排序。

(4)若終端區內各機場的運行態勢、進場航空器數量有較大差異,則各層等待航線將預留一定的空位,以備不繁忙機場的進場航空器可穿越等待航線直接進場,減少等待時間。該空位也可供高優先級或出現緊急情況的航空器穿行,以備其快速進場。

(5)圓形準備航線的圓心是機場基準點而非某個航路點,原因在于執行自主運行模式的航空器在GBAS支持下將無需地面航路點進行方向指引;且機場跑道的運行方向受氣象因素影響,若調整運行方向,則進場航線途徑的航路點也將會變化。以機場基準點為圓心可保證航線位置穩定,便于航空器機載分布式ATM系統導航。

(6)該模式下各機場的離場航空器將執行自主運行下的連續爬升運行(continuous climbing operation, CCO)模式,同樣無需地面導航臺指引,可直飛終端區邊界;且各層環形航線間有充足的水平及垂直間隔,離場航空器可經由該間隔穿越環形航線并爬升。因此本文模型及運行程序將不再考慮離場航空器影響。

2 終端區環形進場流程設計

終端區環形進場運行模式將根據空域運行態勢和繁忙程度等劃分為多種情況,具體如下。

2.1 直飛FAF點進場

該流程適用于空域運行態勢極佳的時段,即終端區內航空器很少,且目的地機場不存在其他航空器等待進場。則其進入終端區后不必經由等待航線和準備航線,可在GBAS支持下由機載分布式ATM系統輔助飛行員完成路徑規劃,應用連續下降運行模式直飛FAF點,并在途中適時降低航空器高度及速度,調整幾何構型并完成降落準備工作。

2.2 圓形準備航線等待

若空域運行狀態較好,存在少量航空器排隊進場,且圓形準備航線尚未排滿,則該航空器進入終端區后不必經由各層等待航線,可直接進入準備航線中的空位,并與航線上現有的航空器保持水平間隔。其進入準備航線的位置僅與航線中的空位位置相關,與降落順序無關。降落順序將綜合考慮各航空器進入航線時間、優先級和降落間隔標準等,由地基集中式ATM系統輔助管制員發布降落許可,并由機載分布式ATM系統輔助飛行員完成路徑規劃,直飛FAF點準備降落。

2.3 橢圓矩形等待航線等待

若空域整體運行較為繁忙,各機場的準備航線均已排滿,且另有部分航空器在等待航線盤旋,則進入終端區的航空器也需排隊等待。根據現有航空器的數量和位置飛至相應的等待航線空位,并根據空域運行態勢和目的地機場繁忙程度等,按順序逐級降低高度進入內層等待航線,直至進入目的地機場的準備航線并飛向FAF點準備降落。

2.4 穿越等待航線進場

若終端區內各機場運行態勢不均,部分機場運行繁忙,對應的圓形準備航線已排滿且有航空器在等待航線中繞飛;另一部分機場運行態勢較好,準備航線中仍有空位。在此情況下進入終端區的航空器將根據目的地機場的運行態勢不同進行區別考慮。若目的地機場運行態勢繁忙,則航空器將進入等待航線,按序逐級下降直至進入準備航線并降落;若目的地機場運行態勢良好,則該航空器將直飛并穿行等待航線中預留的空位,直接進入目的地機場對應的準備航線并降落。

在終端區環形航線運行模式下,各機場五邊航線承擔的航空器等待作用將由等待航線和準備航線代替完成,且由于機載通信導航技術可滿足其執行自主運行模式,不必對各航空器進行空間位置意義的嚴格排序,因此各機場的五邊航線將被取消。

3 進場順序優化

在航空器進近及著陸階段,考慮尾流間隔等因素,航空器型號及進場順序對于間隔時間有較大影響;且進場航空器數量在時間層面分布不均,繁忙時刻需對部分航空器執行等待程序,以此確保滿足間隔要求。在現有運行模式下,等待程序主要通過航空器在預設的等待航線中繞飛盤旋而實現。由于等待航線的位置和長度相對固定,因此程序的設定和執行較為固化,在實際運行中會進一步浪費空域資源,并增加航空器平均進場時間。

基于自主運行CDO模式和本文所述的環形進場航線設計,航空器可在任意位置進離環形航線,且同層航線中各航空器的排列與其進場順序無關,因此ATC可通過該航線調整航空器進場的時間順序,而不必改變航空器的空間順序,以此提升機場及空域的運行效率。假設進場航空器可在一定范圍內調整其進入終端區的時間,進而調整其進入各級環形航線的時間,以此緩解終端區內進場航空器時間分布不均的情況,并提升空域利用率和運行效率。使用模擬退火算法(simulated annealing, SA),選擇合適的航空器,為之配置適當的時間調整量Δti以此達到進場順序優化的目的。目標函數為無沖突前提下平均進場時間最短。假設某終端區共設置m層環形航線,某實驗時段內共有n架航空器,則目標函數為

z=Min (C+αT)

(1)

(2)

(3)

式中:C為該時段終端區內發生航空器沖突的數量;T為航空器總進場運行時間;α為權重系數,將其設定為一較小數,對該目標函數去最小值,當且僅當沖突數量為0時,該目標函數才可達到最優。cij為0-1變量,標示第i和j架航空器間是否發生沖突,若發生沖突則取值為1,反之為0;ti為航空器i的實際進場時間;Δti為航空器i的時間調整量。

模擬退火(simulated annealing, SA)算法將優化分配各航空器的時間調整量,并實現平均進場時間最短的目標。約束條件如下。

(1)航空器位置約束——唯一性&確定性約束。假設某終端區共有1組圓形進場準備航線和m條橢圓矩形等待航線,則有

(4)

(2)降落時間間隔約束。當航空器離開圓形進場航線準備降落時,其與前架次航空器之間的間隔需滿足間隔標準,該標準與機場的跑道運行模式、航空器型號(輕、中或重型機)有關,在獨立進近運行模式下,間隔標準如表1所示。

表1 航空器著陸時間間隔標準Table 1 Standard of aircraft landing time interval

(5)

(3)環形進場航線的進入時刻約束。實驗中,各進場航空器進入終端區的時刻和三維位置與實際運行相同,并根據該航空器的運行方向和速度確定其進入環形航線的位置及時刻。通過對部分進場航空器預設一定量的延誤,以此調整航空器進場順序并降低平均進場等待時間。首先為各航空器分配初設的延誤時間值,并由模擬退火優化算法對于各航空器所分配的時間值進行優化調整,以此實現該主動延誤范圍內最優的進場順序。

(6)

4 仿真分析

為驗證所述終端區環形進場航線的可行性,并將其與當前實際使用的進場航線及等待策略進行對比,選擇多機場共用的進近管制扇區(ZSSSAP)作為仿真實驗環境,對其進行數字化建模,應用終端區環形進場航線管制策略對某典型日的航班運行計劃進行仿真,并與當日的實際運行數據進行對比評價。

4.1 環形進場航線設計

ZSSSAP扇區是上海浦東機場(ZSPD)和虹橋機場(ZSSS)共用的進近管制扇區,日常運行較為繁忙。首先對ZSSSAP扇區進行柵格化處理,使用水平間隔10 km,垂直間隔300 m的密鋪長方體柵格對該空域進行劃分。

根據前文所述的橢圓矩形等待航線和圓形準備航線設計,結合扇區空域特點,浦東、虹橋機場地理位置及航空器性能約束等,設計ZSSSAP扇區的環形進場航線共包含兩條橢圓矩形等待航線和兩條圓形準備航線。其中兩條等待航線為同心設計,水平間隔為20 km;兩條準備航線分別位于浦東和虹橋機場上空,以機場基準點為圓心,水平半徑為20 km。環形進場航線具體信息如表2所示。

表2 ZSSSAP扇區環形進場航線設計參數Table 2 Loop approach route design parameters of ZSSSAP sector

4.2 航空器進場流程設計

本實驗假定航空器應用地基增強系統支持的衛星導航,并執行自主運行CDO模式進場,可充分感知并共享空域環境的運行態勢,不必受地面導航設備的分布和性能限制。由此,進入ZSSSAP扇區并計劃在浦東機場或虹橋機場著陸的進場航空器,其進場流程將參照第2節,具體流程如下。

進入扇區的航空器將評估當前時刻終端區的運行態勢,并識別內外層等待航線和準備航線上現有的航空器數量及其所在位置。根據當前運行態勢決定其進場流程:若沒有其他航空器等待降落,則直飛最后進近定位點,在途中調整航速、高度、機翼構型,并完成降落檢查準備;若已有航空器在盤旋等待,則參照進入時間和優先級等,加入準備航線或等待航線執行繞飛,按序逐級下降并進場;若兩機場運行態勢不均,則以運行態勢較好(航空器等待數量較少)的機場為目的地的航空器將經由環形航線中預留的空位間隙穿越航線并直飛最后進近定位點,另一機場的航空器將繼續按序等待進場。

4.3 仿真實驗

選取某典型日09:00—21:00在ZSSSAP扇區進近并著陸的航空器作為實驗對象,將總時間分段,各組實驗時間為1 h。各航空器以實際運行時間進入終端區,模擬所述的終端區環形進場航線運行模式,根據空域運行態勢,分別進入等待航線或準備航線,按序排隊進場。實驗將基于該日12組時段的航空器初始運行信息,分別模擬先到先服務(first come first service, FCFS)模式和航空器進場順序優化模式,假定不存在高優先級航空器;計算各組航空器的平均進場時間并度量空中交通運行態勢,將結果與實際數據進行對比;隨后使用蒙特卡洛模擬方法,選取實際運行中較為繁忙的時段,在各時段內再次生成一定數量的航空器加入運行模擬中,以此探究所述運行模式在該終端區的極限容量。

4.3.1 航空器平均進場時間

空域內航空器進場時間長短可以反映進場航空器的運轉效率。由于各航空器進入終端區的位置不同、在終端區內運行路徑長度不同、進入時刻的空域運行態勢也不同,因此單獨比較某航空器在兩種運行模式下的進場時間沒有實際意義。分別計算各組實驗中航空器在兩種運行模式下的平均進場時間,如表3所示。

表3 航空器平均進場時間分時對比Table 3 Time-separation comparison of aircraft mean approach time

通過為所有航空器分配各自的時間調整量實現航空器進場順序優化,航空器進場時間調整量分別為-3、0、3 min,其中0 min占比為50%,-3 min和3 min各占比25%;各時間調整量在初始狀態時將隨機分配給各航空器,使用SA算法優化其分配方案,從而實現更短的平均進場時間,模擬退火算法的參數設置如表4所示。算法優化迭代結果如圖2所示。

表4 模擬退火算法(SA)基礎參數設置Table 4 Parameter setting of simulated annealing algorithm

圖2 某時段內模擬退火算法優化迭代結果Fig.2 The simulated annealing algorithm optimizes the iterative results in a certain period of time

對比終端區環形進場運行模式和實際運行模式可知,所述運行模式在進場航空器瞬時峰值數量和平均進場時間方面均較實際運行模式有一定優化,且經由進場順序調整后,航空器的平均進場時間可得到進一步降低。

兩運行模式下航空器平均進場時間的差異與空域繁忙程度相關。隨進場航空器密度增加,兩種運行模式的航空器瞬時峰值數量逐漸出現較大差異。在繁忙時段,終端區中航空器數量較多且不斷有航空器進入,實際運行模式下空域內各航空器之間的運行干擾不斷疊加,運行態勢愈加繁忙,大量航空器需要盤旋等待或調整速度高度以避免沖突。因此隨航空器數量增加,執行實際運行模式的航空器平均進場時間逐漸高于所述運行模式。

上述實驗表明,所述運行模式可在運行態勢繁忙情況下有效提升進場航空器運轉效率。所設計的運行模式可將多機場終端區的進場航空流納入統一指揮中,避免各機場的進場航空流發生時空沖突;且由于航空器在GBAS支持下應用CDO模式進場,不必依賴地面固定導航臺指引,使得整體航跡長度較短。因此航空器進場時間可得到一定縮減,繼而促使空域平穩運行。由于航空器進場過程同樣受到終端區相鄰的其他扇區空域運行狀態的影響,因此若可拓展所述運行模式的覆蓋范圍,將相鄰扇區納入統一管理中,則航空器進場時間的調整幅度也可得到拓展,繼而進一步優化航空器進場順序,使得航空器平均進場時間得到更大程度地縮短。

4.3.2 蒙特卡洛模擬仿真極限運行情況

由上述實驗可知,基于設計的終端區環形進場航線運行模式,并微調部分航空器的進場順序后,終端區內進場航空器的瞬時峰值數量和平均進場時間均較先到先服務模式得到一定縮減,亦較實際運行模式得到更顯著優化;即表示所述的進場運行模式可提高終端區內進場航空器運行效率,由此提升終端區空域容量。

為量化繁忙情況下所述運行模式對終端區進場容量的提升程度,使用蒙特卡洛模擬方法,選擇進場航空器數量較多的時段,在該時段既有航空器的基礎上,再次生成一定數量的進場航空器及其基礎運行數據,以此擴充單位時間的航空器數量;并根據航空器進場順序優化方法,計算此情況下終端區進場航空器的瞬時峰值數量和平均進場時間。以實際運行中上述指標數據的平均值作為參照,將計算所得數據與之進行對比,評估所述運行模式對于終端區進場容量的提升程度(即尋找模擬數據恰小于實際運行峰值數據時的進場航空器數量)。

選擇最繁忙(進場航空器數量最多)的4個時段(11:00—12:00、16:00—17:00、17:00—18:00、19:00—20:00),為每個時段逐架次擴充航空器數量,并在每組航空器數量的設定下進行5 000次重復實驗,將重復實驗所得數據的平均值作為該時段該航空器數量對應的實驗數據;各時段的實驗數據如表5所示,所取參照數據為實際運行情況下該指標的平均數據,分別為進場航空器瞬時峰值數量24.75架,平均進場時間15.94 min。

表5 蒙特卡洛仿真模擬終端區極限容量Table 5 The terminal area limit capacity was calculated by Monte Carlo simulation

如表5所示,經蒙特卡洛方法計算所得,基于本文所述的環形航線結構和航空器進場順序調整策略,該終端區的小時容量可達87.00架/時,較實際運行的極限狀態(83架/時)提高了4.82%。表明在當前的指標限制情況下,所述方法可使ZSSSAP終端區的極限容量得到進一步提高,即繁忙狀態時該終端區可在保證運行安全的前提下容納更多的進場航空器運行。

4.3.3 空域運行態勢

空域中各柵格的運行態勢將以空中交通復雜度表示。對于各時間段,分別以1 min為單位離散成時間片,依照實際運行數據中各航空器的航跡位置及其運行趨勢,計算該時間片內空域各柵格受到的航空器復雜度影響,并將該時刻空域柵格復雜度的最大值設定為該時刻的空域整體復雜度;將柵格復雜度值大于整體復雜度值80%的柵格定義為高復雜度柵格[8]。對某時段內各時間片的數據進行平均化處理。實際運行情況下各時段的空域復雜度峰值、高復雜度柵格占比數據如表6所示。

表6 空域運行態勢分時對比Table 6 Time-separation comparison of airspace operation situation

若在所述運行模式下,該扇區設置的內外層等待航線和兩機場的準備航線均被排滿,不存在航空器空位,且內外層等待航線的航空器位置相對(兩層航線上的航空器橫或縱坐標對應相等),則此狀態即為所述運行模式的極限運行情況。計算極限運行情況下各航空器對各柵格的復雜度,取其柵格復雜度最大值為該模式的空域復雜度峰值,數據如表所示。其中環形進場航線的航空器分布、各航線所在高度的空中交通復雜度分布如圖3所示。

紅色菱形表示航空器位置分布;色階圖表示該空域位置的空中交通復雜度圖3 ZSSSAP終端區環形進場模式極限運行態勢Fig.3 Maximum operating situation of loop approach route for ZSSSAP sector

如表6所示,所述環形進場航線運行模式在其極限運行情況下的空域復雜度峰值遠低于當前運行模式在繁忙狀態下的對應數據(降幅61.29%),且高復雜度柵格的數量占比遠高于終端區管制進場運行模式(增幅80.33%),表明在當前運行模式的繁忙狀態時,空域運行態勢分布不均:由于航空器聚集在某些關鍵航路點附近的柵格處,導致該柵格運行態勢繁忙,復雜度相對較高;另一部分柵格空域遠離現有的起降航線,使得其復雜度長時間處于低位,柵格所在空域未得到有效利用。

所述運行模式的柵格復雜度大小與環形航線規劃設計、航空器在航線上的分布直接相關。在極限運行情況下,各層環形航線上的航空器分布較當前運行模式更為均勻,不存在過度聚集的區域,因此其復雜度峰值較當前運行模式更低;且航空器在終端區內空間位置分散,分布區域較當前運行模式更廣,因此其高復雜度柵格占比較當前運行模式更高。終端區環形進場航線運行模式可使用環形航線將多架進場航空器在空域內均勻分布,且CDO運行模式及GBAS支持的星基導航模式也使得航空器不必依賴固定航路點運行,因此不存在航空器過于聚集的柵格,從而降低航空器沖突風險。

綜上所述,所設計的終端區環形進場航線運行模式可在保證運行安全的前提下縮減繁忙時段航空器進場時間并提高終端區空域利用率。以此促進進場航空器在區域內安全高效運行。基于此設計的ZSSSAP終端區橢圓矩形等待航線、圓形準備航線可有效應對浦東機場、虹橋機場日常運行的進場航班量規模。若兩機場的航班量繼續增加,可考慮調整ZSSSAP扇區的劃定范圍并增設新的等待航線,以容納繁忙時段更密集的進場航空器。

5 結論

(1)根據終端區空域結構和運行現狀,設計了一種面向終端區連續下降運行(CDO)的環形進場航線,包括橢圓矩形等待航線和圓形準備航線。

(2)根據終端區空域結構設計和區域內各機場的運行態勢,為環形進場航線設計多種相應的運行程序,并設計航空器進場順序調整方法,以此降低航空器平均進場時間。

(3)以ZSSSAP終端區為例,基于該終端區空域結構設計環形進場航線,并依據典型日實際運行情況,分別使用先到先服務模式和進場順序優化模式進行仿真模擬,將結果與實際運行數據進行對比;使用蒙特卡洛仿真方法模擬該空域的極限運行情況,驗證了本文所述的航線設計和進場程序可在繁忙時段有效提升進場航空器運行效率及空域容量。

(4)所述的環形進場航線模型默認進場航空器裝配的通信導航監視設備滿足自主運行下CDO模式,暫未考慮設備失效或執行IFR模式的航空器運行情況。后續可將環形進場航線進一步細化,規劃出備用航線以供特殊情況的航空器運行使用;并以環形航線為基礎,將航空器進場時間、進場航跡長度、油耗、污染物排放等納入優化目標,對航空器進行進場順序優化和進場路徑規劃。