机场飞行区容量计算.ppt

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飞行区容量airfieldcapacity,停机坪容量已经讲述此章重点关注跑道,一、飞行区容量概述二、跑道容量度量三、影响跑道系统容量的因素四、计算单条跑道容量的模型五、一般容量模型及其延伸六、飞行区其他部分的容量,一、飞行区容量概述,飞行区容量，尤其是跑道系统的容量，决定了机场的最终容量。

跑道的复杂性是空中交通管理系统的主要瓶颈Therunwaycomplexisusuallytheprincipal“bottleneck”oftheairtrafficmanagementsystem在跑道及其周围区域，空中交通从空间的三维运行（three-dimensionalflows）转变到跑道运行必须遵守“纵向单列”式。

大幅度增加机场的跑道容量非常困难，而且相当耗费时间。

建设新跑道，以及相关保护区、噪声缓冲区等，需要大量的额外占地。

相比之下，陆侧设施和其他飞行区设施的容量，可以从一个方向或者另外一个方向增加或者超过跑道系统的容量。

单跑道容量是基础。

二、跑道容量度量,跑道容量度量有多种，这些度量旨在对一些特定单位时间段跑道系统所服务的飞机运行架次（包括出发和到达）的数目进行估计。

首先必须明确，跑道容量是概率数量，是一个随机变量。

aprobabilisticquantity,arandomvariable依据情况的不同，跑道容量在不同时刻是不同数值，因为它容易受到各种因素的影响例如机型比例例如风力、能见度等例如管制员的状态等人为因素任何机场跑道系统容量的数目要参考平均数，或者更确切地说是单位时间内所能服务的期望飞机运行架次。

跑道容量的度量最大吞吐量themaximumthroughputcapacitySaturationcapacity实际小时容量thepracticalhourlycapacity持续容量thesustainedcapacity公布容量declaredcapacity,跑道饱和容量（跑道最大吞吐量）假设连续服务要求不违反空中交通管理规则，每小时跑道系统服务的飞机运行架次的期望数。

为了计算最大吞吐量，需要明确跑道运行的特定环境。

这意味着要指定所用的ATM间隔要求、飞机的组合形式、飞机运行架次组合形式、跑道间的飞机运行分布等诸多要素。

最大吞吐量的定义没有参考任何服务水平要求,例如，1平方米可以有4个旅客，那是不是一个2000平方米的航站楼大厅的容量就是8000名旅客呢？

旅客会不堪忍受呆在这样的环境里，因此，实际容量的确定必须考虑可以接受的个人舒适程度（也就是所说的服务水平）,由于最大吞吐量没有考虑服务水平，其他三种小时容量度量得以在特定的情况下使用。

这三种容量没有直接定义容量，而是通过明确或者不明确的制定可接受服务水平或者通过空管人员的工作量定义容量。

实际容量，持续容量，公布容量,实际小时容量FAA20世纪60年代提出每次运行的平均延误为4分钟时，跑道系统每小时服务的飞机运行架次的期望数。

可接受服务水平门槛：

每次飞机运行平均延误为4分钟。

如果超过这个门槛时，跑道系统达到它的容量最大值。

凭经验估计，跑道的实际小时容量大约是最大吞吐量的80-90%。

持续容量定义地相当模糊，合理的持续的几个小时内，每小时的飞机运行架次数目。

“合理持续”主要参考了ATM系统和空管人员的工作量，其基本原理是ATM系统应该一直保持在良好状态，以取得最大吞吐量。

然而实践中在超过一个或者持续两个小时的时间段，将不能保持既高效又高负荷运转。

因此当提及几个小时或者一整天空中交通活动运转的时候，需要指定一个更实际的目标，而不是最大吞吐量。

公布容量与持续容量类似，定义模糊，在合理的服务水平下，机场每小时可以服务的飞机运行架次。

此概念比较模糊，延误是服务水平的一个主要指标。

在拥挤机场，与日程协调表和起降时段的分配有关，在这种情况下，每个拥挤的机场公布一个容量来限制本机场每小时安排的飞机运行架次。

在大多数情况下，公布容量被设定大约为跑道系统的最大吞吐量的85-90%。

总结最大吞吐量是最基本和最少主观的度量，提供了最真切的容量估计，即跑道系统达到它的极限的时候，单位时间平均运行多少架次飞机，但是它没有考虑服务水平。

通过收集飞行区的数据，可以获得最大吞吐量的粗略估计。

只需要在繁忙连续时段，观察跑道，计算发生的飞机运行架次数。

数据收集要在高峰小时而不是在非高峰小时。

当一段时间内每小时的平均需求水平超过实际小时容量或者持续容量或者公布容量时，这就表明机场容量的扩大非常必要。

在研究和实际运行中，一般使用最大容量这个概念。

容量可以以小时为单位，也可以以年为单位。

三、影响跑道系统容量的因素,1：

跑道的数目和几何构形2：

ATM系统管理下的飞机间隔要求3：

能见度，云和降水量4：

风向和风速5：

使用该机场的机型组合6：

每条跑道的运行组合和运行的先后顺序7：

从跑道到滑行道出口的位置和类型8：

ATM系统的状态和性能9：

与噪声和其他环境因素有关的限制,1：

跑道的数目和几何构形,跑道的数目和几何构形影响跑道系统容量的最重要因素，取得机场容量增加最有把握的方法是建立一条位置和设计俱佳的跑道。

首先，区分两个不同的概念机场的跑道数目VS任何特定时间均可使用的跑道数目例如BOS同时可以使用的跑道不超过3条，这是由于跑道系统的几何构形和噪声限制的缘故可以同时使用的跑道数目是决定机场容量的基本因素。

其次，任何给定的时间内，不仅运行中跑道的数目和功能，而且连在跑道上分配的机型和飞机运行类别，一天内可能变化好几次。

PVG任一特定时刻特定跑道组合的选择取决于下列因素需求，例如需求量低，一条跑道足够天气状况，例如能见度，降水，风速和风向运行组合，例如进港高峰时段和出港高峰时段噪声限制,根据浦东机场进离港航班时刻的不均衡性，各种跑道运行模式相互转换，以提高跑道运行效率及班组资源管理。

一般地：

08：

00至09：

30时段为离场航班高峰时段，采用17L/35R和16/34跑道独立平行离场，17R/35L跑道进场的“双起单降”模式。

09：

30至11：

30时段为进离场航班双高峰时段，采用17L/35R和16/34跑道独立平行离场、17R/35L和16/34跑道独立平行进场的“双起双降”模式，其中17L/35R和17R/35L跑道为窄距运行。

11：

30以后采用17L/35R跑道离场、16/34跑道进场的隔离运行模式。

每日下午至夜间根据进场航班的各高峰时段，与进近协调后采用17R/35L和16/34跑道独立或相关平行进场、17L/35R跑道离场的“单起双降”模式，当17R/35L跑道因综合施工关闭时，可采用17L/35R跑道离场、16/34跑道进场的“一起一降”模式。

次日01：

00至06：

30由于相关跑道综合施工关闭，采用单跑道运行模式。

对于有几条跑道的机场，可以有大量组合，诸如多条现有跑道同时开放、天气状况以及分配到现有跑道的机型和运行类别（到达/出发），每种组合被称为一种跑道构形。

Foranairportwithseveralrunways,therecanbealargenumberofcombinationsofsimultaneouslyactiverunways,weatherconditions,andassignmentsofaircrafttypesandmovements（arrivalsand/ordepartures）totheactiverunways.Eachofthesecombinationsiscalledarunwayconfiguration.波士顿洛根机场5条跑道有40种不同的跑道构形,2：

ATM间隔要求,不管是先进的，还是简单的，每套ATM系统都会给在仪表飞行规则（IFR，instrumentflightrules）下飞机飞行指定一系列所要求的最小间隔。

这些间隔要求是为了保证安全。

这些间隔反过来又决定了最大能通过每部分空域或者能使用跑道系统的飞机在单位时间的架次。

大多数情况下，美国主要机场在IFR规则下飞机运行的需要的间隔距离是最小的，一方面是要求最大化使用机场容量，而且反映了空管人员的良好熟练程度和培训情况。

欧洲、亚洲的繁忙机场也开始在间隔方面要求与美国最繁忙机场一致的间隔要求下运行。

（1）同一跑道上往来运行的飞机的间隔要求Separationrequirementsforaircraftoperatingto/fromthesamerunway.在同一跑道上，飞机起降的纵向间隔要求是决定跑道系统容量的关键性因素。

Thelongitudinalseparationrequirementsforaircraftlandingonordepartingfromthesamerunwayareofparticularimportanceindeterminingrunwaycapacity.一般说来，根据飞机的大小或者容量，各种型号的飞机被归为几类。

间隔要求是以距离或者时间为标准，每个系列的间隔要求给出了在跑道上连续运行的两架飞机之间的最小间隔要求。

可能的先后顺序：

A-A，A-D，D-D，D-A,美国最大允许起飞重量（MTOW，maximumtakeoffweight）重型H-大型L-小型S（116吨-19吨）B757的尾流影响特别大，将其单独列为一类重型：

A300/310/330/380B747/767/777MD11大型：

A318/319/320/321B717/727/737MD90宽体商用喷气机Wide-bodycommercialjets经常属于重型。

大型实际包括所有的窄体商用喷气飞机narrow-bodycommercialjets和支线喷气飞机regionaljets，以及支线航空公司regionalaircarriers使用的一些涡轮螺旋桨飞机sometypesofturboprops。

小型包括通用航空飞机generalaviationaircraft。

下面介绍FAA美国单条跑道的IFR间隔要求。

theFAAseparationrequirementsformovementsonthesamerunwayunderIFR,AA需要满足两个条件两架着陆的飞机不能同时在跑道上thetwolandingaircraftshouldnotbeontherunwayatthesametime当最后进近的两架飞机还在空中时，飞机之间必须间隔一个最小距离whileairborneonfinalapproach,thetwoaircraftmustbeseparatedbyaminimumdistance.下表中，星号表示的距离间隔要求仅使用于当领先飞机在跑道入口，也就是说在领先飞机准备降落到跑道上时。

其他的间隔要求适用于最后进近到跑道之间的各点。

例如，在特殊的H-S情况下，在最后进近到跑道过程中的各点，尾随的S类型飞机距离领先的H类飞机至少需要5海里，并且H类型飞机在跑道入口时，S类型飞机距其至少为6海里。

FAA：

到达-到达（A-A）,2.5（3）：

繁忙机场与非繁忙机场3/4：

4表示当领先飞机在跑道入口时的需要距离,A-D当到达飞机后面尾随出发的飞机时，到达飞机必须在尾随飞机运行开始之前安全地脱离跑道，不管两架飞机属于什么类型。

Clearancefortakeoffrunofthetrailingdepartureisgrantedaftertheprecedinglandingisclearoftherunway.一般情况下，最小时间间隔要求的估计值为60秒，这与到达飞机的典型跑道占用时间相符合。

forthecaseofA-Dpairs,anapproximateestimateoftheminimumtimeseparationrequiredis60s,correspondingtoatypicalrunwayoccupancytimeofanarrivingaircraft.,D-D：

连续出发飞机的起飞之间必须至少间隔一定时间，以秒计Clearancesfortake-offrunofsuccessiveaircraftmustbeseparatedbyatleasttheamountoftime（inseconds）indicatedbythetablebelow.,D-A出发飞机开始起飞时，尾随到达飞机在最后进近中必须至少距离跑道2海里出发飞机也必须在尾随到达飞机降落到跑道之前离开跑道（为什么）Thetrailingarrivalonfinalapproachmustbeatleast2nauticalmilesawayfromtherunwayatthetimewhenthedepartingaircraftbeginsitstakeoffrun.Thedepartingaircraftmustalsobeclearoftherunwaybeforethetrailingarrivalcantouchdownonit.,不管是AA，还是DD，飞机组合中的领先飞机如果是重型或者B757,通常比其他飞机组合需要更大的间隔。

AircraftpairsinwhichthefirstaircraftisinclassHorB757generallyrequiregreaterseparationsthanotherpairs,bothintheA-AandintheD-Dcases.Thereasonisthattheseaircraftclassesgenerateseverewaketurbulence（wakevortices）behindthem.Awakevortexposesthethreatofdestabilizingatrailingaircraftthatrunsintoit,especiallyifthetrailingaircraftbelongstoClassS.这些类型的飞机会在其后产生严重的尾流涡旋，对尾随飞机的稳定性有很大的威胁，特别是当尾随飞机属于小型飞机时。

ATM系统需要的间隔越大，跑道容量越小。

thelarger（ormore“conservative”）theseparationsrequiredbytheATMsystem,thelowertherunwaycapacity.例如美国机场单条跑道每小时可以处理60个架次，而一般国家只能有30多。

例如同时期罗马机场和米兰机场的IFR间隔要求DD，必须至少间隔120秒AD，在领先的到达飞机脱离跑道之后，必须保证尾随出发飞机的起飞距离DA，当领先飞机开始起飞时，尾随到达飞机必须至少距离跑道的末端5海里，一般相当于领先出发飞机起飞开始到尾随飞机降落到跑道之间的时间间隔为2-2.5分钟,中国重型中型轻型，136吨和7吨前机为757时，按重型计,中国的标准,中国的标准（第86号令）并没有针对AD和DAAD只需要脱离跑道根据管制员经验介绍，DA需要前机出发之前，后机距离入口最小为10公里，或者前机前起落架离开跑道，后机距离入口最小为5公里，要保证不能两架飞机同时出现在跑道上。

如果是平行跑道运行，且为窄距运行，则此标准可适当缩短。

平行跑道上往来运行飞机的间隔要求,大型机场常常同时运行不只一条跑道，平行跑道上飞机着陆或者起飞的间隔要求对容量起着关键作用。

近似平行跑道跑道中心线延长线的汇聚/发散角不超过15度的非交叉跑道。

美国平行跑道上飞机运行的IFR间隔要求（2000年，如今的美国间距标准已大为缩短）,第一，小于762米AA间隔要求与单跑道一致DD间隔要求与单跑道一致DA出发飞机飞离跑道，即可降落AD出发飞机不必等待降落的飞机脱离平行跑道，一旦着陆飞机降落到平行跑道上，就能开始起飞了。

第二，超过762米当都用于出发，或者一个到达，一个出发时，两条平行跑道可以独立运行。

当都用于到达时，尾随飞机必须在领先飞机后面至少1.5海里（对角线距离），此时间距为762米和1310米之间。

当超过1310米时，独立地到达。

ICAO标准7609151035,对于交汇或者分叉跑道，机场与机场之间和国家与国家之间可以使用的运行程序和间隔要求是不同的。

不可能为间隔要求提供通用方法，为什么？

交叉跑道的位置和角度各有差异,3：

Visibility,ceiling,andprecipitation,VFR目视飞行规则VMC目视气象条件IFR仪表飞行规则IMC仪表气象条件IMC低于VMC，怎么理解？

在美国，在VMC条件下，在飞行的最后高度层配置和最后的进近阶段中，空管人员通常要求驾驶员与前面的飞机保持目视间距，这样使得每条跑道取得比严格遵守IFR规则更大的容量。

4：

风向和风速,必须满足侧风限制,当风速低于5节时，空管人员可以更灵活地选择哪条跑道和哪个运行方向。

5：

机型组合,从管制员的角度来看，相对而言相似的机型组合比不相似的机型组合更可取。

而且相似机型组合也为ATM提供有利条件，简化了空管人员的工作，因为他只需要作出少量调整。

在多跑道机场系统中，空管经常将不同的飞机类型安排在不同的跑道以隔离交通量。

一般情况下出发跑道容量到达跑道容量两条独立运行的跑道组合容量一般情况下要大于单条跑道容量的2倍两条跑道不仅提供了优化每条跑道飞机类型安排，而且优化了在每条跑道上的飞机运行组合和先后顺序,6：

运行组合和先后顺序,在一些繁忙机场，一天内总有段时间到达占据优势，反之亦然。

机场的容量也发生相应的变化。

在给定时刻，空管人员经常倾向于对到达和出发的飞机使用不同的跑道。

这在运行两条平行跑道的机场非常普遍。

这样能够简化ATM操作，但是就机场整体容量而言，并非最佳。

特别是当到达数目与出发数目相差很大时，可能有一条跑道超负荷运转，另一条没有充分利用。

发生这种情况，需要在这两条跑道之间均衡。

在有高级ATM系统且保持良好运作模式的机场，更有效的是将出发和到达混合安排在两条或者多条跑道上。

FRA,一条跑道上的运行先后顺序也能影响跑道容量，特别是跑道用作混合运行。

一般的运行规则为FCFS到达比出发更具有优先权空管习惯先连续处理到达，再连续处理出发，或者在连续到达之间插进去几个出发。

还可以人为地拉大两个到达之间的间隔，创造出足够长的间距以允许出发的插入。

7：

跑道的出口位置和类型,占用时间：

降落跑道开始至脱离跑道到达-出发到达离开越早，起飞开始越早到达-到达要求高于到达-出发高速出口没有给只用于出发的跑道提供实质容量，而是给那些只用于到达的跑道提供一定的容量,8：

ATM系统的状态和性能,空管人员为ATM系统的核心因素人力因素和人类工程学在决定机场容量中起着重要作用。

9：

噪声考虑,噪声是空管人员决定在几种可替换使用的跑道构型的哪一种的主要标准。

请参考波士顿机场的实例,四、计算单条跑道容量的模型,Blumstein布拉姆斯特从单跑道的到达容量计算开始，可推广到单跑道的出发容量计算和既有出发又有到达的容量计算。

考虑只用于着陆的单条跑道一列纵队飞机沿着最后的进近路线thefinalapproachpath下降，直至降落跑道，然后减速，滑到滑行道系统。

到达飞机在最后进近的入口处附近合并。

遵循FAA间隔要求。

每架飞机必须单独占用跑道，必须在下一架飞机降落前安全地离开跑道singleoccupancyofrunwaysisrequired；eachaircraftmustbesafelyoutoftherunwaybeforethenextlandingcantouchdown.,跑道,最后进近r,进近入口,跑道入口,当两个速度一样时，两个公式的结果一样的。

假设r=5海里,A-A,*表示当领先飞机在跑道入口时的使用间距，即前机和后机必须保持的距离。

请计算上述跑道的容量。

第一，计算概率矩阵,第二，计算最小间隔时间矩阵,第三，计算期望值=103秒，容量=35次,缓冲时间,深入分析,我们将跑道占用时间和最小间隔表对比分析，可以看出：

领先飞机的跑道占用时间不是限制因素。

怎么理解？

跑道占用时间的减少并不能很好地增加到达容量对于这个案例，我们可以认为通过增加快速脱离道口并不能有效增加跑道到达容量；最后进近的间隔要求更具有限制性。

三个基本步骤概率矩阵最小间隔矩阵计算期望值和容量,五、一般跑道容量模型及计算,D-D,假设最小间隔时间即为起飞的平均间隔,既出发又到达,最经常的使用策略在高峰需求阶段，管制员可以为一连串连续到达的飞机服务，然后一连串出发，再然后是一连串到达，以此类推。

下次课对此问题展开专门的讨论。

则最终的容量模型需要加权平均,跑道容量包络线runwaycapacityenvelope,1,4,2,3,出发/小时,到达/小时,包络线一个边界决定了可能的到达和出发混合的整个范围内跑道上可以取得的最大吞吐量的包络线。

包络线内的任何一点都是可用的，外面的任何一点都是不可用的。

点1全部到达点点2空余出发点或者到达优先点出发容量等于插入到到达流中的出发的数目，通过利用长的到达之间的间隔得到。

点3更替到达和出发点A-D-A-D-A点4全部出发点,跑道容量包络线提供了在任意给定条件组合下跑道上可用容量的完全描述。

两条平行跑道，一个用于到达，一个用于出发,45度,怎么理解点2在45度线以上呢？

六、飞行区其他部分的容量,一、滑行道容量从理论上讲，滑行道系统的全部容量取决于滑行道系统每小时能够从停机坪向跑道系统转送的飞机架次数，反之亦然。

Theoverallcapacityofthetaxiwaysystemcanbedetermined,intheory,bythenumberofaircraftperhourthatthetaxiwaysystemcandeliverfromtheapronareastotherunwaysystemandviceversa.,全长滑行道的流量超过相关跑道的容量很多。

例如飞机在滑行道上的速度是36公里/小时，并且保持飞机机头之间是400米，那么滑行道的容量是每小时90架次飞机，远比跑道可以服务的架次要多。

如果滑行速度更高或者滑行道上连续飞机之间的距离更小，那么流量更高。

一般滑行道要求单向、循环、固定。

滑行道系统可能的瓶颈点跑道和滑行道之间等待使用跑道（普遍存在）跑道防侵入是目前比较热门的研究话题滑行道与服务车道交叉点（浦东机场T3和T4）机坪滑行通道与滑行道（虹桥机场2号、4号站坪）,