多跑道协同运行模式优化方法

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1、航空学报ActaAerOnaulicaetAstrOnauticaSinicaMar．252014VoI．35No．3795．806ISSN1000．6893CN11．1929／VhttD：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．e山．cn多跑道协同运行模式优化方法尹嘉男1’2一，胡明华1’2，张洪海1’2，马园园1’21．南京航空航天大学民航学院，江苏南京2111062．国家空管飞行流量管理技术重点实验室，江苏南京211106摘要：繁忙机场飞行区运行能力低下导致空中交通拥堵及航班延误现象频发，机场系统亟需扩容增效与排

2、堵保畅。为有效平衡机场容流供需，研究了多跑道协同运行模式优化方法。综合考虑机场布局、交通流特性、气象条件等因素，提出了多跑道协同运行模式分类方法；基于跑道容量包络线理论，通过引入容量损失系数客观反映模式切换特点，建立了多跑道协同运行模式优化模型；结合多目标优化及遗传算法基本理论，设计了带精英策略的非支配排序遗传算法(NsGA)，对模型进行了准确求解。仿真实验表明，模型可对多跑道协同运行模式进行优化配置，有效实现机场容量与流量之间的均衡。与单一固定模式相比，多元组合模式优化效果显著，其中航班延误成本减少了38．1％，航班调整数量减少了

3、46．4％，所提方法可显著提升多跑道协同运行能力，有效提高航班正常性。关键词：空中交通管制；跑道运行模式；多目标优化；机场容流均衡；容量损失系数中图分类号：V355．2；TP391．9文献标识码：A文章编号：1000一6893(2014)03一0795—12多跑道协同运行模式优化是指机场在特定时段内，根据预期的航空气象条件和交通需求信息，对跑道资源组合方式和交通流组织模式进行优化管理，实现机场容量供给与空中交通需求之间的有效均衡，从而最大化多跑道系统协同运行效益。空中交通需求急剧增长，加之飞行区运行能力低下，导致机场交通拥堵及航班延

4、误现象频发，新改扩建机场已成为航空运输业扩容增效的重要手段和主流趋势。特别是在大型繁忙机场，多跑道系统逐渐呈现数量增多、构型多元、耦合关联、环境复杂、模式丰富、管理精细等特点，为进一步提升多跑道系统协同运行能力，深入挖掘飞行区运行潜能，亟需为我国机场配置科学、合理、高效的多跑道协同运行模式。国内外关于多跑道运行管理的研究成果目前大多集中于单一固定跑道运行模式下的资源优化配置和航班协同调度问题，具体涉及进离场排序[1。3]、离场队列管理[4。6]、资源分配[7-8]、容量管理[9。1叩等内容。然而，这些研究大多以航空器为对象优化多跑道

5、运行过程，却忽略了对多跑道自身运行模式的科学配置。我国民用机场平行跑道同时仪表运行按照跑道使用方式分为独立平行仪表进近、相关平行仪表进近、独立平行离场、隔离平行运行4种模式，机场当局在实际运营中仍主要根据经验对跑道运行模式进行定性决策，缺乏定量分析辅助工具，难以进一步提升多跑道协同运行效率，且不能满足复杂气象条件下大流量、高密度空中交通运行需求。收稿日期：2013-05-21；退修日期：2013—06—17；录用日期：2013—07—23；网络出版时间：2013—08-0814：40网络出版地址：wwwcnklnet／kcms／de

6、tail／11．1929．V．20130808．1440．001．htmI基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(cxzzl2—0165)；国家科技支撑计划(2们1BAH24809)；国家自然科学基金(61104159)；中央高校基本科研业务费专项资金*通讯作者Tel．：025—52112669E—mai

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12、ems￡J]．AdaAeronamlcaetAslr。naut

13、cas{nica．2014，35(3)；795-806．尹嘉勇．胡明华。张洪海．等。多跑道协同运行模武优化方法!J]．航空学报．2014。35(3)：795—806．航空学报Mar252014VoI．35No．3本文面向当前繁忙机场飞行区运行能力亟需增强的现实需求，针对机场结构与飞行模式日益复杂、跑道与交通流耦合程度日益紧密等显著特点，对多跑道系统在协同运行方式下的模式优化问题进行深入研究。通过剖析影响跑道运行模式配置的各类因素，结合不同模式下的跑道容量包络线，建立

14、多跑道协同运行模式优化模型，研究分析与设计能够满足未来某一时空范围内预期交通需求的多跑道协同运行模式优化配置方案，从根源上消除多跑道系统运行瓶颈，提升机场运行服务能力，保障空中交通有序畅通。间(如15min，lh等)内所能服务的进离场