基于性能导航的航路容量评估

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1、基于性能导航的航路容量评估中国民用航空飞行学院空中交通管理学院周继华王悦航摘要：基于性能导航（PBN）是近年来民航领域广泛应用的新技术，研宄基于性能导航下的容量评估具有重要的理论意义和实际应用价值。木文首先阐述了基于数学模型下的航路容量评估方法，分析了实施PBN对数学模型的影响，并根据研究成果设计了基于性能导航环境下的容量评估软件；最后，以B213航路为研究对象，验证了该模型的准确性以及评估系统的有效性，分別对传统导航和基于性能导航两种方式下的航路容量进行了评估，对比分析得出结论并针对成拉航线提出了有实际意义的运行建议，给管制员的工作提供了一定的参考。关键词：基于性能导

2、航；航线容量；容量评估引言近几年来，随着航空运输的不断发展，中国的空中交通系统面临着越来越严重的机场和空域拥挤，并因此造成了大量的经济损失和事故隐患。容量是制约我国民航发展的核心因素，在现行条件下，如何提高机场运行容量已迫在眉睫。由于我国飞行空域的限制，不仅需要依托传统导航采用调整航路航线结构、优化起飞滑跑路径、提高各项保障措施来增加容量，还可以利用基于性能的导航（PBN）程序的运行来解决容量瓶颈。而航路是空域网络的基木组成部分，其容量评佔的准确性和完整性将直接影响到流量管理实施的效果，木文基于PBN运行对航路容量评估进行了优化并仿真。1.基于性能导航对航路容量模型的影

3、响1.1PBN对航线容量的影响区域导航飞行程序相对于传统导航飞行程序能优化空域结构，是更为先进的导航技术，它们之间的不同主要体现在以下几个方面。减少飞行时间；提升军航影响时容量；提升恶劣天气下容量；减少转弯的飞行程序；减少航空器间间隔和航路间隔；减少管制员飞行员的通话量。1.2PBN对航路容量评估的影响1.2.1航路理论最大容量评估模型根据航路容量定义，其基本公式为：其中，C为航路最大容量，N为服务的航空器总架次，T为服务的总吋间。根据实际应用情况，可对式(1-1)做如下推导：对于一定数量的航空器N,按机型分为A、B、C、D、E五个类型，每个类型的航空器都冇一个主用高度

4、层和若干个备用高度层。设各种机型的比例依次为Pa、Pb、Pc、Pd、Pe，则存在约束［1】：Pa+Pb+Pc+Pd+Pe=1(1-2)由于航路具有高度层划分，且大部分航空器都在其主用高度层上飞行，为表示各种飞机类型对于主用高度层和备用高度层占用的不同情况，设ri为i类航空器在其主用高度层上飞行的占用率［1】。同吋，设i类航空器主用高度层上飞行的航空器平均速度为vi,航空器之间的标准管制间隔为S,管制员考虑导航设备的定位精度、通信延迟以及管制员能力等因素所增加的管制间隔裕度为ΔS,各个主用高度层飞完所冇航空器所需要的吋间为Ti,航路最人容量为C,则：1.2.2

5、航路最大容量模型的改进从式(1-4)的航路最大容量计算模型中可以看出，该模型考虑了航路高度层配置对航路容量的影响，体现了主用高度层和备用高度层的差异性，冋吋还考虑了航空器流的混杂比例、管制安全间隔和系统能力及设备精度等诸多因素的影响，具有一定的合理性和实用性。但是，通过进一步分析发现该模型没冇考虑航路长度对容量的影响。也就是说，冋样的机型配置在冋等条件下飞越一条长度为200km的航路R1和一条长度为2000km的航路R2吋，其容量计算结果为CR1=CR2,航路容量与航路长度无关，这显然与实际情况和惯常思维不一致。所以，该模型在实际应用中需要改进。如图1-1所示，在计算航

6、路AB的容量吋，原冇模型仅考虑的是从t吋刻开始的一段时间T内以安全管制间隔进入航路AB的飞机流，而忽略了在t吋刻航路本身所能够容纳的飞机架次。由此，定义在T吋间段内保持最低安全间隔要求从A点进入航路AB的飞机架次为航路起始点A的过点容量CT;定义航路AB在自身长度L范围内能够容纳的、满足最低安全间隔的飞机架次为航路AB的固定容量CI.根据式（1-4）可得CT的求解公式如下：同吋可以得出式（1-5）和式（1-6）分别具有以下性质：当其他限制条件一定吋，航路起始点的过点容量随吋间变化且与吋间成正比；航路的固定容量保持不变，只与航路自身长度有关。于是，一段时间内航路的最大容量

7、由两部分之和构成：在该段吋间内航路起始点的过点容量和航路上本身的固定容量，其基本公式如下：改进后的航路最大容量模型体现了航路长度与容量大小的关系，避免了原冇模型可能出现不同长度的航路容量相同的情况，使模型更趋合理性、更具冇实用价值。在此基础上建立的交叉航路容量模型和航路容量评估模型也将更准确、更合理。在本文中，将以成都-拉萨航线为例，分析计算PBN运行下的航线容量。1.成都一一拉萨航线容量分析2.1成都一一拉萨航线基本情况B213航路为成都及以远往返拉萨的主要航道，是一条传统航路，距离约1300km,仅冇2个NDB和2个VOR,导航监视台