一种开口V型多跑道同时运行冲突避让调度方法

本发明涉及民航安全调度，涉及开口v型多跑道同时运行冲突避让，具体涉及一种开口v型多跑道同时运行冲突避让调度方法。

背景技术：

1、随着民用航空运输业在我国的快速发展，运输周转量快速增长，机场需要保障航班量不断扩增加，越来越多的机场通过修建多跑道来提高航班保障水平。当前机场多跑道建设多以平行双跑道构型为主，形成从隔离运行、独立离场、相关进近到独立进近等多种运行模式，北京、广州、成都、重庆等还在进一步扩建跑道数量以提高机场保障水平。由于风向、交通效率等因素，我国新建大型机场或改扩建大型机场，如大兴机场、天府机场和白云机场也在积极推进开口v型多跑道的建设和研究，以实施平行跑道和v型跑道同时运行以进一步提高机场运行效率。

2、针对平行多跑道(如图1，跑道1和跑道2构型为平行双跑道的示例)，《平行跑道同时仪表运行管理规定》(2023.3.23)已经对其运行模式、跑道间距、非侵入区和正常运行区设置、平行跑道运行规则等做出了比较详细的规定。其中，对于两条平行跑道中心线的间距不小于1035米的平行跑道(大型机场普遍采用的跑道布局)，允许航空器按照独立平行仪表进近的模式运行，以实现平行跑道运行效率最大化。平行仪表进近在提高效率的同时，进近阶段对安全水平必须得以保证，为此《平行跑道同时仪表运行管理规定》对独立进近最后进近阶段的冲突情况做出了详细的规定，要求设置非侵入区(ntz)、正常运行区，并明确提出航空器将进入ntz时的处理要求：“发现航空器正在进入非侵入区时，负责监视相邻仪表着陆系统航向道活动的雷达管制员或者承担相应职责的进近管制员，应当指挥在其监视的仪表着陆系统航向道上受影响的航空器立即爬升和转弯到指定的高度和航向，以避开偏航的航空器；在障碍物评估时使用了平行进近障碍物评估面(paoas)标准的情形下，当航空器相对于跑道入口标高的垂直距离小于120米时，管制员不得向航空器发布航向指令；当航空器相对于跑道入口标高的垂直距离不小于120米时，管制员可以发布航向指令，但指定的航向与仪表着陆系统航向道的夹角不得大于45度”。

3、针对v型交叉跑道(如图1中跑道2和跑道3构型)运行，中国民航局2019年在faa7110.65的基础上发布了《民航空管系统多跑道汇聚发散运行管制指导材料》(ib-atmb-2019-003)，对多跑道汇聚发散运行的一般情况进行了指导。faa 7110.65(空中交通管制)规定了航空器在交叉跑道或者开口v形跑道等非平行跑道的运行规则。它要求管制员在指挥时将离场航空器与进场航空器充分分开，确保离场航空器在起飞时，避免由于进场航空器出现复飞而导致航空器之间发生航迹交叉情形，ffao 7110.65的“平行或非交叉分散跑道上的进离场”一节中有以下叙述：“如果离场航向与复飞航向立即偏离至少30度，直至间隔建立并满足以下条件之一，则对于在跑道上离场的航空器与最后进近的航空器之间，进近航空器使用另一条平行或非交叉分散跑道，授权其同时运行。”这些规则明确了当离场航空器从一条跑道起飞，而进场航空器同时从相邻跑道着陆时的交叉跑道安全操作要求。

4、无论平行跑道还是开口v型跑道对相关运行规定，核心是避免航空器在起飞、复飞以及冲突避让过程中的碰撞事件发生。从上面说明可以看出，平行跑道对运行已经通过《平行跑道同时仪表运行管理规定》进行明确；开口v型多跑道的部分运行要求通过faa7110.65和《民航空管系统多跑道汇聚发散运行管制指导材料》基本明确，但是这些规定只适用于解决单独两条交叉跑道的复飞风险。我国具有开口v型多跑道都是大型机场，航班服务量很大，如大兴机场、天府机场等，最终目标是实现同时运行，即跑道1和跑道2独立进近、侧向跑道3同跑道1和跑道2同时运行。目前，国内开口v型机场对最前沿是相关进近(大兴机场)，即平行双跑道同时进近航空器之间具备一定的斜距作为安全间隔，这种跑道运行模式下跑道能力不能得以充分发挥，有待运行效率对进一步提高。

5、针对开口v型多跑道实施同时运行对核心是到达起飞窗(adw)的设置，涉及两个关键问题：1)侧向跑道离场和跑道1和2对进近复飞问题；2)跑道2上进近航空器因跑道1进近航空器偏离航道而冲突避让(紧急避让)的问题。这两个问题都可以通过设置不同尺寸的adw解决。

6、针对开口v型多跑道同时运行的第一个问题，cn 110322733a公开一种侧向跑道保护区到达起飞窗建立方法，提出了一种基于运动学方程的定点复飞adw方法，该方法只是对复飞的一种场景进行了计算，提出了基于碰撞风险对到达时间窗计算方法，该方法经过改进和优化可以用于解决开口v型多跑道同时运行的第一个关键问题，但是未解决上述第二个问题。关于交叉跑道的运行风险的相关研究还包括：1)徐超等人在《不同交叉角度下的交叉跑道碰撞风险评估》(航空计算技术，2018)中分析了交叉跑道地面碰撞风险的评估模型。2)孙宁在《成都天府机场多跑道管制运行安全研》(2017)中结合天府机场天府跑道构型分析了单跑道运行模式、相关平行进近和独立平行离场对理论碰撞风险。

7、针对开口v型多跑道同时运行的第二个问题，即跑道2上进近航空器因跑道1进近航空器偏离航道而冲突避让(紧急避让)的问题；目前包括faa 7110.65在内对国内外规章尚无支撑这种冲突避让的直接参考内容，国内也没有针对航空器同时进近时最后进近阶段冲突避让改出不安全运行场景的运行经验和研究成果。

8、综上所述，目前现有技术没有针对开口v型多跑道同时运行冲突避让存在上述问题的有效解决方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种开口v型多跑道同时运行冲突避让调度方法，结合国内开口v型多跑道同时运行的运行效率和安全需求，考虑管制员反应时间、航空器响应时间和航空器运行实际航迹、尾流影响等因素综合分析的基础上，结合管制运行实际需要，构建航空器碰撞风险分析模型，形成了一种开口v型多跑道同时运行冲突避让调度方法，为大型复杂多跑道构型机场的安全、高效运行提供了技术解决方案。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种开口v型多跑道同时运行冲突避让调度方法，包括：

4、基于基础因素综合分析的基础上，结合管制运行实际情况，构建航空器运动学模型、进近避让航空器模型和尾流分析模型，最终构建航空器碰撞风险分析模型；

5、其中，基础因素综合分析包括但不限于管制员反应时间、航空器响应时间、航空器运行实际航迹参数、尾流影响；

6、其中，航空器运动学模型：基于航空器运行实际航迹参数，结合离场加速度、上升率、速度改变关键位置分析，构建松刹车至离地阶段、离地至起落架完全收上阶段、起落架完全收上至离场程序某点阶段三个阶段的运动模型作为离场航空器运行学模型；

7、其中，进近避让航空器模型包括建立进近航空器避让模型1和进近航空器避让模型2；

8、所述进近航空器避让模型1：当跑道1侵入发生位置距离跑道头距离较远时，跑道2上进近航空器可以一定改出角度改出，直飞调整后按性能要求进行转弯直到避让航空器同离场航空器航迹发散；

9、所述进近航空器避让模型2：当跑道1侵入发生位置距离跑道头距离逐渐缩小，跑道2上进近航空器转弯过程中可能会到达侧向跑道上空，甚至二次飞跃跑道上空，同离场航空器形成冲突，此时应引导避让航空器以一定避让角度直飞，从距离侧向跑道的跑道头一定距离上空飞越，到达一定距离和高度并确保冲突解脱后重新加入落地；

10、其中：尾流分析模型：基于平行跑道独立进近避让航空器和侧向跑道离场航空器的运动特征，建立数学模型，计算避让航空器与离场之间的垂直间隔，从而判断两者之间是否存在尾流影响；

11、其中，基于位置误差对碰撞风险模型进行避让冲突风险分析，碰撞风险模型分别从侧向、纵向和垂直方向分析。

12、进一步的，所述航空器运行实际航迹参数，通过对运行数据的读取、统计等，获得相关参数，包括但不限于离场爬升梯度、复飞爬升梯度、进近高度分布、一边高度、进近航迹偏差、不同位置速度、离场加速度、进近加速度、复飞加速度；同时根据不同航空器运行特征，所示参数应该按照a、b、c、d、e机型不同进行分类统计分析。

13、进一步的，航空器冲突避让策略包含：

14、a：航空器相对于跑道2入口标高的垂直距离小于120米之后可以沿着跑道方向飞行，此时航空器可以沿着标准复飞程序进行复飞；

15、b：航空器相对于跑道2入口标高的垂直距离小于120米之前，可以按照一定对避让角度进行引导；

16、针对航空器相对于跑道2入口标高的垂直距离小于120米之前对侵入避让，避让航空器距离跑道2跑道头较远时应采用a；避让航空器距离跑道2跑道头相对较近时应采用b。

17、本发明的有益效果为：

18、1)该方案以复杂多跑道同时运行冲突避让场景为研究对象，提出了开口v型多跑道同时运行的技术解决方案，截止目前未发现该方向存在其他成果。

19、2)该方案核心为航空器碰撞风险模型，但又不局限于碰撞风险；针对避让航空器和侧向跑道离场航空器之间对尾流影响进行了分析。目前国内平行跑道独立进近冲突避让角度基本都是根据《平行跑道同时仪表运行管理规定》规定取最大值45°(排除障碍物影响)，以快速避让另一条平行跑道上的侵入航空器。对于开口v型多跑道，除了经典尾流因素影响，本方案验证和评估结果发现，航空器冲突避让角度不同也会产生不同对尾流影响。以本方案示例数据为例，进近冲突避让角度建议最大取35°，以避免进近避让航空器同侧向跑道离场航空器之间的尾流影响。通过本发明的论证过程可知，实施开口v型复杂多跑道同时运行，不仅应该分析碰撞风险，还需要结合运行环境对航空器的尾流影响进行详细评估。

20、3)该方案立足于管制运行实际，兼顾安全和效率，空中交通管制员可以根据冲突避让发生阶段不同，采取不同对冲突避让引导策略，具有明确的可实施性，已经在天府机场进行验证。

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。