港灣機位運行仿真研究

摘"要：機場機位資源是民航業中至關重要的，相比于傳統機位來說，港灣機坪可以擁有更多的機位，但港灣機位的缺點也較為明顯，機位平均面積較小，進出過程不便，因此，港灣機位的運行策略相較于傳統機位更加復雜。本文將得出的推出策略轉化為約束條件整合帶入基于績效的機位分配模型中，通過計算各機位的時間效率指數與面積效率指數從而進行優化求解，提高港灣機位的運行安全與機場效益。

關鍵詞：港灣機位；偏離誤差；機位分配

Abstract：Aircraft"bay"resources"are"crucial"in"the"civil"aviation.Compared"with"the"traditional"bay，the"harbour"bay"apron"have"more"space，which"with"the"disadvantages"of"the"average"area"is"small，leading"to"the"inconvenient"entry"and"exit"process.So"the"operation"strategy"of"the"harbour"bay"is"more"complex"than"the"traditional"one.In"this"paper，the"pushing"out"strategy"which"is"transformed"into"constraint"condition"integration"into"the"performancebased"position"allocation"model，then"it"is"optimized"by"calculating"the"time"efficiency"index"and"area"efficiency"index"of"each"position，so"as"to"improve"the"operation"safety"and"airport"benefit"of"the"bay"station.

Keywords：Harbour"Bay；Deviation"Error；Position"Allocation

1"概述

現階段我國航班量的快速增長，導致了機場的機位不足，不僅機位資源利用效率下降，更制約了行業的進一步發展。因此對有限的機場機位資源進行利用已經成為機場運營亟待解決的關鍵問題。董兵等建立了多目標最優化模型，并使用遺傳禁忌搜索（GATS）算法對模型進行求解，對登機口分配的問題進行研究［1］；Yu"C等根據啟發式模型對停機位的分配進行了研究［2］；Hu"X"B等根據多目標遺傳算法對機場的機位分配問題進行了研究［3］；陳前等根據機場系統的安全運行約束建立避免沖突的停機位分配模型，采用遺傳算法求解得出停機位分配的甘特圖，驗證了該模型可以達到提高機場運行效率的目的［4］；衛東選等根據飛機在機坪的運行過程建立了一類推出沖突避免的停機位分配模型，并進行算例仿真，結果驗證了主動避免沖突對兼顧運行安全與效率的有效性［5］；馮程等根據傳統滑行路徑的概念建立了降低旅客進出機場飛行區時間的停機位分配模型，并與機場地面容量評估系統（ACES）中的停機位隨機分配模型進行了對比，證明了該模型的有效性［6］；劉長有等考慮機場的運行安全，在停機位再分配模型中引入了安全性約束以避免潛在的航班雙推沖突，并采用粒子群遺傳算法對問題進行優化求解，驗證了模型算法的有效性［7］；Ramazan"Kursat"Cecen根據多目標優化模型對機場機位資源分配問題進行了研究［8］；袁媛等考慮跑道的因素基于最小化飛機場面滑行時間建立停機位分配優化模型，并將多跑道分配結果與單跑道進行對比分析，驗證了跑道對于機場運行效率的重要性［9］；邢志偉等根據在同機位相鄰航班間加入緩沖時間的停機位分配調度方法建立了以機位空閑時間、遠機位占用時間最小為目標的魯棒性停機位分配模型，并基于國內某樞紐機場運行數據的仿真驗證了該模型達到了有效提高停機位利用率與魯棒性的目的［10］。

2"港灣機位運行策略

2.1"港灣機位的基礎概念

2.1.1"飛機之間的凈距離

本文提出飛機之間的凈距離概念，將飛機看作一個移動的圖形，圖形的邊界即為飛機機翼或者機頭機尾的邊緣，飛機之間的距離就是機翼劃過的邊界的距離。飛機的滑行路徑是與地面預設的滑行線幾乎是重合的，所以本文提出飛機間凈距離這一概念用于比較與最小凈距的大小關系。

2.1.2"最小凈距

飛機與飛機之間的最小安全距離即為最小凈距。相關文件中有關機坪中飛機停放與運行標準如表1所示。

2.2"港灣機位問題的影響因素

2.2.1"飛機翼展

不同機型的翼展是不同的，機場中不同機位所服務的機型也是固定的。飛機在滑行中可以近似的看作一個十字的模型，所以飛機的機翼便決定了這個十字模型的寬，翼展越大，掃過的橫向的面積就越大，側邊距也越大，所影響的其他機位正在運行的飛機的概率就越大，能夠同時推出的飛機數量就越少。

2.2.2"偏離誤差

在飛機沿機場預設路線滑行或者推車推出飛機的時候，很難做到百分之百按照場面預先設定好的滑行線運行，可以設立一個相應的偏離誤差，使飛機在滑行推出的過程中的偏離量不超過這個誤差值的范圍，在這個范圍內的運行認為是安全的。本文所取偏離誤差約為飛機機翼的1/3。

3"港灣機位仿真案例

3.1"推出模型的建立

將已知的飛機推出軌跡轉化為若干散點，之后將這些散點擬合成為函數曲線，再根據模型中目標函數以及約束條件進行計算。

本章選擇了青島膠東機場D、E指廊所形成的港灣如圖1所示，取該港灣內104號、105號、106號以及107號四個機位作為建模對象，計算104號機位與其他三個機位的飛機是否可以同時推出。機位的推出路徑可以看作一條線段加一段弧，所以將推出路線擬合為一元一次函數（直線段）與復數次函數（弧線段）的組合。

數據定義：rr是指飛機之間的凈距離。

l1和l2為兩架飛機機翼掃過面積的邊緣的擬合函數。

rmin表示兩架飛機運行范圍邊界曲線之間的最短距離。

a為最小凈距。

通過比較不同機位飛機推出軌跡的凈距離與最小凈距來確定機位之間是否可以同時推出，機位推出模型的目標函數為：

rr=rmin（l1-l2）（1）

約束條件：

a＞0（2）

rmin＞0（3）

rr＞a（4）

3.2"港灣機位推出軌跡（見圖2）

通過對參考文獻的分析與程序運行與試驗，現選取青島膠東機場的A、B指廊所形成的港灣（154～169號機位），仿真使用B737800機型，最大推出偏離誤差5米。

對港灣內所有機位及滑行道進行擬合。

F3滑行道軌跡：

y=1.732x-112.4876（72.721＜x248.2782）

F6滑行道軌跡：

y=-1.7321x+759.5187（255.1742＜x439.7328）

154號機位推出軌跡：

y=0.0213x2-3.0325x+148.6574（56.2988＜x97.2785）

y=-0.5773x+77.547（17.3876＜x56.2988）

155號機位推出軌跡：

y=0.0213x2-3.9227x+257.9476（77.2987＜x118.2786）

y=-0.5773x+126.0244（38.3875＜x77.2987）

156號機位推出軌跡：

y=0.0213x2-4.8313x+386.9017（98.2982＜x139.2788）

y=-0.5774x+144.5219（59.3875＜x98.2982）

157號機位推出軌跡：

y=0.0215x2-5.766x+536.7532（119.2988＜x160.4991）

y=-0.5774x+223.019（80.3875＜x119.2988）

158號機位推出軌跡：

y=0.0213x2-6.8918x+754.7262（146.7987＜x187.7783）

y=-0.5773x+286.5278（107.8864＜x146.7987）

159號機位推出軌跡：

y=0.0213x2-7.7581x+942.6035（167.799＜x208.6504）

y=-0.5774x+335.0253（128.8864＜x167.799）

160號機位推出軌跡：

y=0.0058x2-2.5867x+5553.3342（197.0011＜x235.705）

y=-0.5774x+383.5227（149.8864＜x197.0011）

161號機位推出軌跡：

y=0.02128x2-9.566x+1381（209.7984＜x250.7785）

y=-0.5774x+432.0203（170.8864＜x209.7984）

162號機位推出軌跡：

y=0.02133x2-11.89x+1964（252.6745＜x293.6552）

y=0.5774x+141.3514（293.6552＜x332.5666）

163號機位推出軌跡：

y=0.0064x2-3.8505x+767.8366（267.748＜x306.4518）

y=0.5773x+92.8542（306.4518＜x353.5666）

164號機位推出軌跡：

y=0.02128x2-13.65x+2423（294.6732＜x335.6549）

y=0.5773x+44.3567（335.6549＜x374.5666）

165號機位推出軌跡：

y=0.0216x2-14.53x+2680（315.6742＜x356.6546）

y=0.5774x-4.1406（356.6546＜x395.5666）

166號機位推出軌跡：

y=0.02128x2-15.71x+3051（343.1742＜x384.1549）

y=0.5774x-67.6495（384.1549＜x423.0654）

167號機位推出軌跡：

y=0.02139x2-16.69x+3369（364.1742＜x405.1543）

y=0.5774x-116.1417（405.1543＜x444.0654）

168號機位推出軌跡：

y=0.02124x2-17.47x+3669（385.1742＜x426.5575）

y=0.5774x-164.6449（426.5575＜x465.0654）

169號機位推出軌跡：

y=0.02128x2-18.4x+4016（406.1742＜x447.1549）

y=0.5773x+213.1414（447.1549＜x486.0654）

3.3"仿真結果分析

通過仿真，得到各機位兩兩同時推出時凈距離的最小值，該值不小于4.5米即可同時推出，如表2所示：

4"總結與展望

本文選擇現行機場港灣機位進行仿真模擬，并設置偏離誤差的影響，驗證港灣機位之間的推出關系，實現了對港灣機位運行策略的研究。在后續的研究中可對多機位、多機型同時推出策略進行研究，并考慮天氣、機位使用限制、流量控制、運行限制等影響因素，采用ＡI的方法，通過大量的數據進行仿真模擬，實現更加精確的港灣機位運行策略方案。

參考文獻：

［1］董兵，吳鄭源，賴桂瑾，等.具有衛星廳的機場航站樓登機口分配研究［J］.科學技術與工程，2020，20（18）：75457551.

［2］Yu"C，D"Zhang，Lau"H.An"adaptive"large"neighborhood"search"heuristic"for"solving"a"robust"gate"assignment"problem［J］.Expert"Systems"with"Applications，2017.

［3］Hu"X"B，Paolo"E"D.An"Efficient"Genetic"Algorithm"with"Uniform"Crossover"for"the"MultiObjective"Airport"Gate"Assignment"Problem［J］.Springer"Berlin"Heidelberg，2009.

［4］陳前，樂美龍.基于安全約束的停機位分配問題的研究［J］.華中師范大學學報（自然科學版），2016，50（01）：5560.

［5］衛東選，劉長有，李雄.推出沖突避免的機場停機位分配問題［J］.數學的實踐與認識，2012，42（24）：110.

［6］馮程，胡明華，趙征.一種新的停機位分配優化模型［J］.交通運輸系統工程與信息，2012，12（01）：131138.

［7］劉長有，曹強.基于運行安全的停機位再分配問題研究［J］.中國民航大學學報，2014，32（001）：1518.

［8］Ramazan"Kursat"Cecen.Multiobjective"optimization"model"for"airport"gateassignment"problem［J］.Aircraft"Engineering"and"Aerospace"Technology，2021，93（2）.

［9］袁媛，翟好鑫.考慮跑道的航班停機位分配研究［J］.科技和產業，2021，21（02）：265268.

［10］邢志偉，喬迪，劉洪恩，等.基于松弛算法的停機位分配優化方法［J］.計算機應用，2020，40（06）：18501855.

作者簡介：杜容興（1986—"），男，漢族，云南彝良人，本科，中級職稱，研究方向：空中交通管理。