大型繁忙机场场面离场交通流拥堵特征分析

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstronauticaSinicaJun．252016Vol37No61921．1930ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Ehkxbbuaaedu．cnhkxb@buaa．edu．ca大型繁忙机场场面离场交通流拥堵特征分析杨磊，胡明华*，尹苏皖，张洪海南京航空航天大学民航学院，南京211106摘要：阐明机场场面交通流时空演变规律，揭示离场交通流拥堵机理是科学制定场面交通流管控策略的重要基础。采用元胞传输机理论，建立线性滑行道元胞、

2、机坪发散／交叉元胞、汇聚元胞的交通流传输模型，并基于NetLogo系统动力学仿真平台，以广州白云国际机场为例验证了模型的有效性，进而推演分析了离场交通流基础相变特征及其影响机理。研究表明，场面离场交通流存在自由态、亚稳态、拥堵累积态和拥堵死锁态4种基础相态，指出调节与进场率相协调的推出率是有效控制离场交通流密度，缓解场面拥堵的重要手段。研究结果可为大型繁忙机场场面交通智能管控提供一定的理论基础和决策参考。关键词：机场；交通流；元胞传输机；Netl。ogo；相变；空中交通管理中图分类号：V355；U

3、8文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)06—1921—10空中交通需求与国家空域系统容量、空中交通管理能力之问的矛盾导致空中交通系统抗干扰能力下降，空中交通延误频发，旅客满意度持续下跌[1]。空中交通流量管理是空中交通管理的重要内容，旨在平衡空中交通需求与供给，提高空中交通运行效率，减少航班延误。地面延误程序(GroundDelayProgram，GDP)L20是空中交通流量管理的重要手段之一，旨在控制航班起飞时间以满足到达机场和航路容量的限制。然而，随着地面延误程序的实施，空中

4、交通延误从空中向机场地面转移。大型繁忙机场作为航空运输网络的核心起讫节点，通常呈现物理规模庞大、场面网络复杂、飞行活动高密、交通冲突频发、容需关系失衡以及运行调配困难等特点，其场面交通拥堵矛盾尤为突出，主要表现为离场航空器“时走时停”、离场航班长时间跑道头等待，甚至出现滑行网络死锁导致交通瘫痪等[3J。因此，大型繁忙机场离场交通拥堵疏导已经成为空中交通管理面临的重要挑战[4]，亟需开展离场交通流拥堵特征研究，以期科学指导拥堵疏导实践。目前，系统性探讨离场交通流拥堵演变特征的研究尚不多见，主要集中在

5、对交通排队和延误等拥堵直观现象的分析。由于机场场面监视雷达数据的封闭性，探索多样的场面运行建模方式成为主要研究手段。机场场面运行建模主要分为3个派别。1)动态和随机条件下跑道延误分析[57I。以跑道为中心的方法认为跑道是机场容量的主要瓶颈[8]。该类研究通过建立泊松分布下的跑道队列模型预测机场系统期望行为(如新建跑道后延误下降预测等)，对于战略规划等长期计划或者局部扰动下的网络延误研究具有重要意义。然而，该模型在研究航班滑出时间预测方面过于抽象，主要适用于预测整个国家空域系统的宏观运行费用收稿日期

6、：2015．06—19；退修日期：2015．09—21；录用日期：2015-10—18；网络出版时间：2015—10—2117：09网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929V201510211709004htmI基金项目：国家自然科学基金(61104159)；江苏省自然科学基金(BK20131366)*通讯作者Tel．：025—52112669E-mail：minghuahu@263net礅用格式l杨磊．胡明华。尹苏皖．等。大型繁忙机场场面离场交通流拥堵特征分析i

7、J]?航空学报．2016．37(6)：1921—1930．YANGL，HuMH．YINSW．eta1．Characteristicsanalysisofdeparturetrafficflowcongestioninmega-airportsudace[JJ．ActaAeronaut#caetAstronauticaSinica，2016．37(6)：1921—1930航空学报Jun252016VoI．37No．6研究，通过建立费用基线对比预测分析网络调整、系统扰动、交通需求场景改变、未来科技或下

8、一代航空运输系统对于空域系统的影响。2)离场滑行时间预测建模。Shumsky采用各类解释变量预测航空器滑出时间，如航空公司、离场跑道和离场交通流密度等，同时还建立了跑道服务队列模型[93；Idris等[1叩分析了影响滑行时间的主要因素，并据此建立了滑行时间回归预测模型，但没有明确表述跑道服务过程，因此并未将滑行延误与跑道容量进行联系，无法用于场面交通流管理。基于上述研究成果，美国国家空域系统队列模型试图将场面运行纳入其中，而不是仅将跑道作为服务台。特别地，详细政策评估工具(DPAT