本发明涉及机场安全管理技术领域，特别是涉及一种民用航空运输机场消防站选址优化方法。
背景技术：
随着新时代民航强国战略进程的不断推进，我国民航事业正处于飞速发展的黄金时期。快速增长的民航业务也为民航机场带来了较大的压力，许多机场的交通流量已经趋近饱和甚至已经饱和，使得机场运行的风险日益增高。当前，我国机场消防站运行主要有以下方面问题：1)我国民航的行业标准中对针对机场消防站选址问题的具体规定偏少，《民用航空运输机场飞行区消防设施》5.4条中规定机场消防站宜靠近跑道或滑行道中部位置，未考虑机场消防站最优分布问题；2)由于机场发生事故的概率较低，在机场的规划和建设中对于消防站选址设置这一块不够重视，且部分机场对消防安全评估工作和消防水源巡查工作流于表面；3)由于机场用地、建设成本等原因，部分机场在实际消防运行过程中并未考虑机场消防救援路线的拥堵程度，一定程度上影响了机场的消防保障能力。因而，大部分机场并未将机场消防站设置在最优位置，一旦事发地点距离消防站较远，难以保障救援效率。因而，需要一种民用航空运输机场消防站的选址优化方法，确定机场消防站的最优位置，提升机场消防救援保障能力。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种民用航空运输机场消防站选址优化方法。该方法通过确定消防车理论救援半径及机场拥堵程度多目标规划，确定机场消防站的最优位置。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种民用航空运输机场消防站选址优化方法，包括如下步骤：
步骤一，根据民航相关行业规定，结合对快速调动车车况的要求，构建机场消防车理论救援半径模型；
步骤二，根据机场实际情况，利用机场的每小时航班量以及每小时航班座位数，构建机场拥堵程度模型；
步骤三，结合步骤一中获得的机场消防车理论救援半径模型和步骤二中获得的机场拥堵程度模型构建机场消防站选址优化模型。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中的机场消防车理论救援半径模型由以下步骤构建而出：
步骤一一，假设消防车在加速和制动过程中分别做匀加速和匀减速直线运动，且加速度和减速度相同；
步骤一二，根据以下公式计算消防车2分钟内可行驶的理论距离：
其中，x为消防车行驶距离，a为消防车的加速度和减速度，t1，t2，t3分别为各阶段的时间，v为消防车的行驶速度；
步骤一三，以x作为半径在机场上画圆，构成机场消防车理论救援半径模型。作为本发明的进一步改进，所述步骤二中的机场拥堵程度模型由以下步骤构建而出：
步骤二一，利用正态分布描述消防救援路线的拥堵系数函数
该函数表示相对该端点距离为s的位置的拥堵系数值；其中，μ是数学期望，在机场中表现为航站楼的位置，拥堵系数函数的峰值点随μ位置的变化而变化；σ为方差，在机场中决定了各位置的拥堵程度分布；
步骤二二，划分机场消防救援路线，划分为飞行区道面、机场服务车道和独立救援通道，并依据救援路线构建不同拥堵程度模型。
作为本发明的进一步改进，所述方差σ由以下公式定义：
作为本发明的进一步改进，所述步骤二二中救援路线为飞行区道面时，机场拥堵程度模型如下：
救援路线为机场服务车道时，机场拥堵程度模型如下：
救援路线为独立救援通道，不考虑消防救援路线的拥堵程度。
作为本发明的进一步改进，所述步骤三中的消防站选址优化模型具体构建步骤如下：
步骤三一，根据步骤一获得的消防车行驶距离理论模型，在救援过程中，消防车第二阶段行驶的时间为：
进行归一化处理：
其中x为消防车行驶距离，a为消防车的加速度和减速度，t1，t2，t3分别为各阶段的时间，l为机场跑道长度，v为消防车的行驶速度；步骤三二，结合步骤二获得的机场消防救援路线拥堵程度模型，构建如下消防站选址优化模型；
1)若l≥5.6762km，由于世界上大多机场的跑道长度在5.00km以内，且我国目前机场跑道长度均小于5.00km的跑道，因此对这种情况不予讨论。
2)若l＜5.6762km，则消防站选址优化模型为
λ∈(0,1).
其中，λ为机场吞吐量系数。当机场吞吐量较大时，机场的拥堵程度会增加，即拥堵程度的权重会增大；当机场吞吐量较小时，机场的拥堵程度将降低，即拥堵程度的权重将降低。由于我国单跑道机场年旅客吞吐量均不超过3000万，现定义3000万为机场年最大旅客吞吐量，则机场吞吐量系数定义公式如下：
作为本发明的进一步改进，还包括有步骤四，用灰色预测模型预测机场未来拥堵程度，具体为根据机场节假日每小时航班量以及机场节假日每小时航班座位数，利用灰色预测模型对机场节假日每小时航班量以及机场节假日每小时航班座位数进行预测，以带入到拥堵程度模型中，得出σ值，以此预测机场未来的拥堵程度。
本发明的有益效果，通过机场消防车理论计算方法可得消防站救援保障半径，通过机场拥堵程度计算方法可得机场道面的拥堵程度，通过灰色预测可得机场未来几年的消防保障需求，并根据所预测结果结合选址方法确定消防站最佳位置。
具体实施方式
本实施例的一种民用航空运输机场消防站选址优化方法，包括如下步骤：
步骤一，根据民航相关行业规定，结合对快速调动车车况的要求，构建机场消防车理论救援半径模型；
步骤二，根据机场实际情况，利用机场的每小时航班量以及每小时航班座位数，构建机场拥堵程度模型；
步骤三，结合步骤一中获得的机场消防车理论救援半径模型和步骤二中获得的机场拥堵程度模型构建机场消防站选址优化模型，通过上述三个步骤，可结合机场消防车理论救援半径模型和机场拥堵程度模型来构建选址优化模型，如此大大的增加了消防站的选址的合理性。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤一中的机场消防车理论救援半径模型由以下步骤构建而出：
步骤一一，假设消防车在加速和制动过程中分别做匀加速和匀减速直线运动，且加速度和减速度相同；
步骤一二，根据以下公式计算消防车2分钟内可行驶的理论距离：
其中，x为消防车行驶距离，a为消防车的加速度和减速度，t1，t2，t3分别为各阶段的时间，v为消防车的行驶速度；
步骤一三，以x作为半径在机场上画圆，构成机场消防车理论救援半径模型，根据民航行业标准，满足规定3分钟应答时间。将消防站接到报警开始到消防车出发之间的时间假设为1分钟，即消防车应在2分钟内到达事发地点。按照《民用航空运输机场消防站消防装备配备》规定，确定快速调动车的行驶速度与时间的关系，如此便可通过上述步骤实现对于机场消防车理论救援半径模型的构建。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤二中的机场拥堵程度模型由以下步骤构建而出：
步骤二一，利用正态分布描述消防救援路线的拥堵系数函数
该函数表示相对该端点距离为s的位置的拥堵系数值；其中，μ是数学期望，在机场中表现为航站楼的位置，拥堵系数函数的峰值点随μ位置的变化而变化；σ为方差，在机场中决定了各位置的拥堵程度分布；
步骤二二，划分机场消防救援路线，划分为飞行区道面、机场服务车道和独立救援通道，并依据救援路线构建不同拥堵程度模型，所述方差σ由以下公式定义：
救援路线为机场服务车道时，机场拥堵程度模型如下：
救援路线为独立救援通道，不考虑消防救援路线的拥堵程度，如此便可通过救援路线的不同，提供出不同的模型，使得模型能够更好的适用于消防救援了。作为改进的一种具体实施方式，所述步骤三中的消防站选址优化模型具体构建步骤如下：
步骤三一，根据步骤一获得的消防车行驶距离理论模型，在救援过程中，消防车第二阶段行驶的时间为：
进行归一化处理：
其中x为消防车行驶距离，a为消防车的加速度和减速度，t1，t2，t3分别为各阶段的时间，l为机场跑道长度，v为消防车的行驶速度；
步骤三二，结合步骤二获得的机场消防救援路线拥堵程度模型，构建如下消防站选址优化模型；
1)若l≥5.6762km，由于世界上大多机场的跑道长度在5.00km以内，且我国目前机场跑道长度均小于5.00km的跑道，因此对这种情况不予讨论。
2)若l＜5.6762km，则消防站选址优化模型为
λ∈(0,1).
其中，λ为机场吞吐量系数。当机场吞吐量较大时，机场的拥堵程度会增加，即拥堵程度的权重会增大；当机场吞吐量较小时，机场的拥堵程度将降低，即拥堵程度的权重将降低。由于我国单跑道机场年旅客吞吐量均不超过3000万，现定义3000万为机场年最大旅客吞吐量，则机场吞吐量系数定义公式如下：
，由此便可结合实现构建消防站选址模型，依据选址模型便可准确有效的优化机场消防站的选址了。
作为改进的一种具体实施方式，还包括有步骤四，用灰色预测模型预测机场未来拥堵程度，具体为根据机场节假日每小时航班量以及机场节假日每小时航班座位数，利用灰色预测模型对机场节假日每小时航班量以及机场节假日每小时航班座位数进行预测，以带入到拥堵程度模型中，得出σ值，以此预测机场未来的拥堵程度，通过预测机场未来几年的消防需求，可避免后续因为机场改变的原因导致消防站需要调整的问题，具体方式如下：为满足机场未来几年的消防需求，结合机场每小时航班量和机场每小时航班座位数，预测未来几年机场的流量，计算机场的拥挤程度。考虑到适用性，采用gm(1,1)灰色预测。并与构建的非线性规划模型结合，寻求机场消防站的最佳位置。
选取某机场，由机场吞吐量系数定义公式：
(1)建立gm(1,n)灰色预测模型
结合机场数据，求出2015年到2019年机场节假日每天每小时最大航班座位数的平均值，及机场节假日每天每小时最大航班数，列表如下：
表1机场节假日每小时最大航班座位数
表2机场节假日每小时最大航班数
注：2017年中秋和国庆一起放假共8天，令2017年10月8日为中秋节数据。
分别建立机场节假日最大航班座位数时间序列候及机场节假日每小时最大航班数序列：
2)建立gm(1，1)模型，得到预测值。
3)最后对预测值进行误差检验。
gm(1.1)得出预测值列表如下：
表1机场节假日每小时最大航班座位数预测值
表2机场节假日每小时最大航班数预测值
选取上述最大数值，代入σ定义公式中得：
将数据带入模型中
v＝105,
a＝11520,
t1＝0.0091,
t3＝0.0056,
l＝跑道长度；
求解该模型，得s＝km。因而该机场消防站的最优选址为离机场跑道左端点km的位置。
综上所述，本实施例的选址方法，通过机场消防车理论救援半径模型和机场拥堵程度模型组合构构建出选址优化模型，然后通过选址优化模型对消防站进行选址优化，如此便可确定消防站的最佳位置了。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。