民航机场机坪U型区运行性能综合评估方法及系统

技术特征：
1.一种民航机场机坪u型区运行性能综合评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，分析机坪u型区的物理结构特征与交通运行特征，根据多元化的机坪u型区运行规则与航班运行程序，建立机坪u型区交通运行模型；步骤2，从安全、容量、效率、环保视角，构建多维度的机坪u型区性能评估指标体系，提出各类指标的度量方法；步骤3，集成开发机坪u型区运行仿真模型，综合对比不同类别u型区运行程序的性能优劣，最终生成最优的机坪u型区运行程序。2.根据权利要求1所述的民航机场机坪u型区运行性能综合评估方法，其特征在于：所述步骤1包括：步骤1-1，分析机场一年的航班运行数据，统计机场年高峰小时航班分布情况，通过概率分布检验得到机场年高峰小时航班分布服从泊松分布的航班交通流运行特点，其中航班交通流包括进港航班流和离港交通流两部分；步骤1-2，提取航空器机坪运行关键节点，选择停机位节点和u型区出/入口节点作为u型区运行程序设计的边界要素；步骤1-3，将机坪运行程序与航班滑行时间相关联，根据运行程序的规则限制，分别建立独立型运行程序、分区共享型运行程序和全域共享型运行程序的交通运行模型。3.根据权利要求1所述的民航机场机坪u型区运行性能综合评估方法，其特征在于：所述步骤2包括：步骤2-1，构建机坪运行程序安全性能指标：选取冲突概率和冲突解脱时间作为衡量不同运行程序运行效能的指标，冲突概率指单位时间内航空器在机坪u型区发生冲突的航空器数量与运行的航空器数量之比，该指标反映u型区运行程序的安全水平，冲突解脱时间指单位时间内航空器在机坪u型区的平均等待时间，该指标反映u型区运行程序的安全管理水平和运行效率；对于含有m架航空器f的队列而言，发生冲突的概率p为冲突解脱时间为其中为航空器f的集合，为冲突次数，w
f
为航空器f的等待时间；步骤2-2，构建机坪运行程序资源利用效率能指标：选取最大交通量和饱和度两个指标来度量u型区的机坪资源利用情况，最大交通量指某一瞬间u型区最大的交通流量，该指标反映u型区的交通服务水平，最大交通量表示为q
max
＝max{q
m
(i)}，其中q
m
(i)表示在含有m架航空器的队列中，i时刻的u型区交通量；u型区的饱和度定义为u型区平均流量与容量之比，该指标反映u型区容量利用率和服务负荷程度，其中u型区容量定义为航空器在u型区内的滑行速度与平均机头距离φ之比，得出机坪u型区饱和度的表达式其中q表示u型区平均交通流量，c为u型区容量；步骤2-3，构建机坪运行程序节能减排指标：污染物排放量指某一时间范围内机坪u型区航空器运行排放的污染物总量，该指标与航空器滑行时间、等待时间、航空燃料流率、气体化合物排放指数有关，反映u型区运行程序的绿色性能；选取航空器油耗和碳排放量两个
指标来度量机坪运行的节能情况，航班的滑行油耗表示为f＝t
f
×
n
f
×
μ
f
，其中，μ
f
为发动机燃油流率，单位为kg/s；t
f
为场面滑行时间，单位为s；n
f
为发动机数量；航空器碳排放量表示为e＝f
f
×
ω1×
ω2，其中，e为单架次航空器的co2排放量，单位为kg；f
f
为航班f的滑行油耗，单位为kg；ω1为航空煤油折标准煤系数；ω2为标准煤折碳排放系数；步骤2-4，综合安全运行性能指标、资源利用效率能指标和节能减排指标，引入权重系数，得到机坪u型区多维运行性能评估函数m＝γ1p γ2c γ3q
max
γ4ρ γ5f γ6e，其中γ1、γ2、γ3、γ4、γ5、γ6分别表示冲突概率、冲突解脱时间、最大交通量、饱和度、耗油量和碳排放量的指标权重。4.根据权利要求1所述的民航机场机坪u型区运行性能综合评估方法，其特征在于：所述步骤3包括：步骤3-1，构建机坪-跑滑系统节点网络模型：将地面网络图中的节点划分为四个部分：跑道节点、滑行道节点、u型区入口节点和停机位节点，各节点之间由直线段或弧线段相连接；步骤3-2，构建机坪u型区运行性能评估仿真模型：在已构建好的机场地面网络基础上，将对航空器场面滑行过程进行约束；步骤3-3，仿真航班流生成：使用monte-carlo仿真法将进港航班和离港航班的时间序列转化为概率模型，基于此模型生成随机航班流，得到大量可供计算机仿真的进离港航班序列；根据历史运行数据，改变参数，进而进离港航班的流量，得到不同流量强度下、不同运行程序下u型区的运行情况。5.一种民航机场机坪u型区运行性能综合评估系统，其特征在于：包括机坪u型区分析模块、机坪u型区性能评估模块、机坪u型区运行程序生成模块，其中：所述机坪u型区分析模块，用于分析机坪u型区的物理结构特征与交通运行特征，根据多元化的机坪u型区运行规则与航班运行程序，建立机坪u型区交通运行模型；所述机坪u型区性能评估模块，用于从安全、容量、效率、环保视角，构建多维度的机坪u型区性能评估指标体系，提出各类指标的度量方法；所述机坪u型区运行程序生成模块，用于综合对比不同类别u型区运行程序的性能优劣，最终生成最优的机坪u型区运行程序。6.根据权利要求5所述的民航机场机坪u型区运行性能综合评估系统，其特征在于：所述机坪u型区性能评估模块包括机坪运行程序安全性能评估子模块、机坪运行程序资源利用效率能评估子模块、机坪运行程序节能减排评估子模块、机坪u型区多维运行性能评估子模块，其中：所述机坪运行程序安全性能评估子模块，用于获得衡量不同运行程序运行效能的指标，包括冲突概率和冲突解脱时间，冲突概率指单位时间内航空器在机坪u型区发生冲突的航空器数量与运行的航空器数量之比，该指标反映u型区运行程序的安全水平，冲突解脱时间指单位时间内航空器在机坪u型区的平均等待时间，该指标反映u型区运行程序的安全管理水平和运行效率；所述机坪运行程序资源利用效率能评估子模块，用于获得u型区的机坪资源利用情况，机坪资源利用情况通过最大交通量和饱和度两个指标来度量，最大交通量指某一瞬间u型区最大的交通流量，该指标反映u型区的交通服务水平，u型区的饱和度定义为u型区平均流
量与容量之比，该指标反映u型区容量利用率和服务负荷程度；所述机坪运行程序节能减排评估子模块，用于获得污染物排放量，污染物排放量指某一时间范围内机坪u型区航空器运行排放的污染物总量，该指标与航空器滑行时间、等待时间、航空燃料流率、气体化合物排放指数有关，反映u型区运行程序的绿色性能；所述机坪u型区多维运行性能评估子模块，用于综合安全运行性能指标、资源利用效率能指标和节能减排指标，评估机坪u型区多维运行性能。

技术总结
本发明公开了一种民航机场机坪U型区运行性能综合评估方法及系统，方法包括以下步骤：步骤1，分析机坪U型区的物理结构特征与交通运行特征，根据多元化的机坪U型区运行规则与航班运行程序，建立机坪U型区交通运行模型；步骤2，从安全、容量、效率、环保视角，构建多维度的机坪U型区性能评估指标体系，提出各类指标的度量方法；步骤3，集成开发机坪U型区运行仿真模型，综合对比不同类别U型区运行程序的性能优劣，最终生成最优的机坪U型区运行程序。本发明有利于推动实现机坪运行资源的集约化利用与运行效率的最大化提升，有利于降低机坪进离场航空器燃油消耗和气体排放，有利于促进大型繁忙机场节能减排。繁忙机场节能减排。繁忙机场节能减排。


技术研发人员：刘颖俪 尹嘉男 苏佳明 胡明华 王书策
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.07.27
技术公布日：2022/12/1