机场近距平行跑道一起一降模式下的容量计算

1、机场近距平行跑道一起一降模式下的容量计算王维，李伟（中国民航大学交通工程学院，天津 300300）摘 要： 通过对传统跑道容量模型的修正并结合相应的飞行程序，得出了近距平行跑道在一起一降运行模式下起飞和到达容量独立计算的数学模型，并且用中国上海浦东机场运行数据进行了验证，表明容量模型具有较好 的实用性，从而在实际应用中方便了近距平行跑道容量的计算，同时也提高了近距平行跑道的利用率。关键词： 近距平行跑道；容量；独立计算中图分类号： V351.11文献标识码： A文章编号： 16745590（2009）03002003Airport Capacity Calculation of Closely

2、 Spaced Parallel Runway UnderOperation Mode of One Arrival and One DepartureWANG Wei， LI Wei（College of Transportation Engineering， CAUC，Tianjin 300300，China ）Abstract：By amending the traditional runway capacity model， and according to the corresponding flight procedure， theauthor has summarized how

3、 to calculate respectively the departure and arrival capacity of closely spaced parallel runway， under the operation mode of one arrival one departure. This model has been verified with the operation data of Shanghai Pudong Airport， and the result indicats that the capacity model is of better usabil

4、ity. Then， it is much more convenient to calculate the capacity of closely spaced parallel runway in practical application， at the same time， the utilization ratio of closely spaced parallel runway is raised.Key words：closely spaced parallel runway； capacity； calculate respectively近距平行跑道在容量上比单条跑道大大增

5、加，但占地规模明显小于远距离平行跑道1。基于上述两个 原因，近距平行跑道目前成为机场规划研究的重点领 域之一。国外如德国法兰克福、美国旧金山等大型机 场都有采用近距平行跑道构形的先例。中国大型枢纽 和干线机场中，远期总体规划大都采用平行跑道构 形。近年来，随着国家对基本建设用地控制力度的加 大，加之一些机场面临的实际问题，近距平行跑道引 起人们特别是民航业界的普遍关注。以上海虹桥机场 为例，由于其在整个城市规划中处于综合交通枢纽地 位，而机场又位于城市中心区域，根本不具备采用远 距平行跑道构型的可能性，因此采用了国内罕见的近 距跑道构型（跑道间距 365 m）。随着民航业的持续发 展，国内各大

6、、中型机场将会出现新一轮的规划修编 和建设浪潮，为构建和谐社会、节约土地资源，近距平行跑道未来可能成为一些干线机场规划的可选方案。近距平行跑道容量计算问题是近距平行跑道的基本 问题之一。进距平行跑道定义和特点1近距平行跑道2（ closely spaced parallel runway，简称 CSPR），通常指跑道中心线间距在 762 m 以内的跑 道系统。与单跑道和独立运行远距平行双跑道系统相 比，近距平行跑道主要有两个特点：两条跑道的起飞 流和到达流都相关；两条跑道上起、降飞机尾流相互 影响。如果近距平行跑道系统中，一条用于到达（用 A表 示），另一条用于出发（用 D 表示），即构成一起

7、一降运 行模式。文中将用于着陆跑道记为 OA，用于起飞跑道收稿日期： 2008-12-16； 修回日期：2009-03-31作者简介： 王 维（1960）男，河北丰南人，教授，工学硕士，研究方向为机场工程.第 27 卷 第 3 期王维，李伟：机场近距平行跑道一起一降模式下的容量计算21记为 OD。到达飞机一旦脱离 OA 跑道，OD 跑道上的飞机即可起飞。假设 OA 跑道上、是连续到达飞机，、是连 续起飞飞机，模拟情形是在连续到达的飞机、的 aTij 内插入、跑道 1容量计算2近距平行跑道，由于跑道中线的间距小于 762 m（2 500 ft），在现行的运行规定3（ 如表 1 所示）下到达 流和

8、起飞流是相关的，以前近距平行跑道的容量计算 近似于单跑道容量的模型，其实可以对单跑道容量模 型4做相应的修正，更加准确地计算两条跑道的小时 容量，从而得到近距平行跑道在一起一降（one arrival one departure，简称 OAOD）运行模式下的容量模型。表 1 近距平行跑道运行规定（美国，IFR 条件下）Tab.1 Operation regulation of closely spaced parallel runways （USA，IFR condition）（OD）E跑道 2（OA）出发飞机到达飞机图 1 近距平行跑道 OAOD 运行模式Fig.1 Closely spac

9、ed parallel runway under operation mode of OAOD定义 TDA 为 OD 跑道上即将起飞的飞机与即将着陆在 OA 跑道上的到达飞机（正处于 OA 的进近航 道上）的时间间隔，其实是到达飞机距离 OA 跑道入口 的时间，原则是保证两条跑道上同时最多只有 1 架飞机。另外，根据机场实际情况结合空管条件设定一个最小的 T 值，当 TDA T 时，起飞流和到达流是 相关的。如果到达飞机已处在下滑的过程中（一般情 况也是如此），出于安全考虑，起飞飞机需要延长等待 时间，OD 跑道上的飞机不允许起飞；当 TDA T 时，OD 跑道上的飞机允许起飞。这样，可以得到

10、 OD 跑 道上起飞飞机的时间间隔为dTij = max（dTij/min，d ROT）i + I·（TDA + aROTk） （5） 式中本容量计算模型的前提条件是：1）到达飞机具有优先权；2）出发飞机插缝放行；3）两条跑道同时只能有 1 架飞机占用。显然，近距平行跑道总容量为C（OAOD）= C（A OA）+ C（D OD）OA 跑道到达飞机时间间隔为aTij = maxaTij/min，tOA + tOD + tOD（1）（2）式中：tOA 为到达飞机占用跑道时间；tOD 为起飞飞机占用跑道时间；aTij/min 为连续到达飞机的最小时间间隔；tOD 为 2 架飞机间的缓冲时间

11、。式（2）的实际意义是既满足到达飞机的最短时间 间隔，又保障到达飞机接近跑道入口时，两条跑道上 都已清空。此时，到达容量为I = 1TDA T0TDA T起飞容量为C（D OD）=11（6）=EdTijnnp · Tij d iji=1 j=111C（A OA）=（3）=I 值是个判断因子，决定 OD 跑道上的飞机是否可以被放行。由于一个机场的航班在一定时间段内是稳 定的，为简便起见，可在实际运行中总结出 I = 1 的概 率 q，则nnEaTijpij·aTiji=1 j=1式中：EaTij为连续到达飞机的平均时间间隔；pij 为 i类、j 类飞机顺序达到的概率，且 pi

12、j = p·i pj。到达时间间隔为nnnnEdTij =（1 - q）pij·dTij + qpij·dTij12aTij = Tj - Ti = Ri + /vj +（N* - 1）·tOD（4）i=1 j=1i=1 j=1（7）式中：Ri 为到达飞机序列的前机 i 占用跑道时间； 为飞机 j 距离跑道端的距离；vj 为到达飞机序列的后机 j最后进近速度；N* 为插入起飞飞机的数量。近距平行跑道在 tOA + tO（D N*） aTij 条件下，插入起 飞的飞机不受限制，即最多可插入 N* 架。如图 1 所示，式中：EdTij为连续起飞飞机的平均时间

13、间隔；dT ij1 =max（T，ROT）；T 2 = max（T，ROT） +（T+d ij/min di d ijd ij/min diDAROT）；ROT 为出发飞机 i 的跑道占用时间；ROT 为akdiak到达飞机 k 的跑道占用时间。跑道中心线间距跑道运行相关程度到达-到达 出发-出发 到达-出发 出发-到达700 2 499 ft近似于起飞飞机到达飞机起飞飞机（ 213 762 m ） 单跑道清空跑道清空跑道清空跑道22中 国 民 航 大 学 学 报2009 年 6 月根据以上模型，近距平行跑道一起一降运行模式下的起飞和到达容量可实际独立计算，从而在一定程 度上简化了近距平行跑道

14、由于起飞流和到达流相关 而带来的繁琐计算。重型机 Ri = 60 s，中型机 Ri = 50 s，d = 2 nm，重型机最后进近速度 vi = 150 kn，中型机最后进近速度 vj = 130 kn。另外研究表明 N* = 1 时，跑道系统的容量最大，td 取 55 s 时跑道容量相对稳定（即 N* 对容量的影响较 小）。N* = 1，则上述模型中 q = 0.5，即采用每 2 架到达 飞机间插入 1 架起飞飞机的运行管理。根据上述模型 可计算出：平均到达飞机时间间隔为 EaTij = 106.6 s；到达容 量 C（A OA）=33.7 架次/h；平均出发飞机的时间间隔为 EdTij =

15、 108.2 s；出发容量 C（D OD）= 33.2 架次/h；平行 跑道的总容量 C（OAOD）= 66.9 架次/h。安全考虑3如图 1 所示，对于一起一降的近距平行跑道，由于跑道间距非常近，在飞机、之间的位置（可以是 进近入口位置 E）加入预警系统是很必要的，这样可以 防止驶入错误的跑道入口。对于安全值 T（ 时间 值）的设定，在实际应用中可以相应的换算成一个 （距离值，到达飞机距离 OA 跑道入口的值），既便于计 算，也便于控制和管理。结语5由于近距平行跑道确实存在容量上的局限和操作上的复杂，采用以上运行、计算模型的突出特点是 可以分别独立地计算跑道的到达容量和出发容量，并 可根据机

16、场实际情况设定模型参数、优化运行模式， 从而使得容量计算结果比较精确，其最终目的也是最 大可能地充分利用两条跑道的优势，尽可能提高近距 平行跑道的容量。算例4上海浦东机场第 1 和第 3 跑道是错列的近距平行跑道，跑道中心线间距 460 m，拟采用一起一降的运 行模式。运行的机型如表 2 所示5。表 2 上海浦东机场连续进近的机型配对概率Fig.2 Probability of aircraft type of successive paired arrivals at Shanghai Pudong Airport参考文献：1理查德·德·纽弗威尔，阿米第 R·欧

17、都尼 机场系统：规划、设计和管理M 北京：中国民航出版社，2006.Federal Aviation Administration. Airport Design，Advisory Circular AC150/5300-13R. Washington：Federal Aviation Administration，2008. MILAN JANIC. A Model of the Ultimate Capacity of Dual Dependent Parallel RunwaysR. Delft：OTB Research Institute Technical Univer sity of Delft，2006.胡明华，刘 松，苏兰根. 基于统计分析的单跑道容量评估模型研 究J.数据采集与处理，2002，15（1）：74-77. 上海机场（集团）有限公司浦东机场需求预测与资源分配计划报 告R 上海：上海机场（集团）有限公司，2008.（责任编辑：王纪宽）23注：材料来