摘要：随着民航业的迅速发展，空域容量成为限制机场容量的瓶颈因素，而飞行程序又直接影响空域结构，进而影响空域容量，通过PBN飞行程序重构终端区的空域结构，构建基于飞行程序的容量模型，对空域容量进行科学计算。

关键词：PBN飞行程序;空域规划;空域容量模型

PBN即基于性能的导航，是国际民航组织于2006年正式提出，它包括区域导航（RNAV）和所需性能导航（RNP）两部分。它是指基于在指定空域内飞机沿ATC航路或仪表进近程序的特定的系统性能要求。性能要求是以准确性，完整性，连续性和可用性为特征[1]。

传统的飞行程序的导航方式是接受地面导航台的信号，区域导航（RNAV）飞行程序是接受星基导航或者陆基导航，所需性能导航（RNP）飞行程序则只接受星基导航。PBN飞行程序的星基导航方式决定了其可以不受陆基导航台站的限制，使其具有灵活使用空域的特点，这也从根本上决定了PBN飞行程序是解决我国目前空域拥挤、航空器冲突、航班延误情况严重、噪声污染严重、管制员工作负荷过高等问题的有效途径。国际民航组织认为基于性能导航的飞行程序是未来解决空域问题的关键，是程序发展的方向。同中国情况较为类似的欧洲已经制定了详细的PBN发展计划，国际民航组织也有具体的PBN实施方案。我国在这方面的研究和部署虽然起步较欧洲晚一些，但中国民航局已经制定了我国的具体PBN发展的战略实施计划，明确了PBN飞行程序的优点和发展空间，指出PBN飞行程序的发展目标是在我国的航路飞行和终端区飞行中逐步取代现有的传统飞行程序。

终端区空域结构一般包括进出走廊口（终端区入口和出口）、标准进离场航线、起始进近航线、中间进近航线、最后进近航线、复飞航线、等待航线。

运行PBN飞行程序的空域结构同运行传统程序的空域结构有着很大不同。传统的飞行程序采用陆基导航的方式，要求飞机飞越或旁切导航设备，这样航迹的选择比较固定，难免在导航台位置造成航路的交叉，空域利用率低，PBN飞行程序则可以在导航信号覆盖范围之内，或在机载导航设施的能力限制之内，或二者的组合，沿任意期望的航径飞行，这就使飞行程序设计不再受制于导航台的位置，可以更加科学、灵活利用空域，也极大的改变了终端区空域的结构，更好的实现进离场分离，避免交叉航路的出现，使终端区的空域结构更加合理。

由于PBN飞行程序航迹选择灵活的特点，基于PBN飞行程序运行的终端区空域同运行传统飞行程序的空域相比，结构较为规范，各进离场航线，进近航线之间存在的交叉点较少，进离场分离的工作在PBN飞行程序的设计过程中也比较容易完成，即使像厦门这样空域资源较为紧张的情况，结合高度限制，也可以使进离场的飞机流的相互影响降到最小程度。这样，对终端区空域容量的分析和建模就可以在较为理想的情况下进行。

假设两架机型分别为a和b的飞机先后进入终端区空域，前机a从终端区m口进入，后机b从终端区n口进入，不同机型出现的概率相互独立，互不影响，这种情况出现的概率为[2]：

上式中各符号的意义如下表所示：

假设跑道入口为O点，即最后进近定位点为O点，则两种类型飞机相继通过O点的平均时间间隔为：

其中为a，b两种类型飞机通过最后进近定位点的最小时间间隔。

由上式可得进入终端区空域的容量，即终端区空域到达容量：

从以上公式的计算过程可以看出，a，b两种类型的飞机通过最后进近点的平均时间间隔为求得终端区空域到达容量的关键，而要求得这个平均时间间隔，就要先计算进入终端区空域的任意两架航空器间的最小距离，通过距离，求出它们的最小时间间隔，从而利用公式求得两架飞机的平均时间间隔。这样问题就转化成了计算任意两架航空器之间的距离和方位，为解决此问题，对终端区的空域进行理想状态下的呈现，将跑道入口即最后进近定位点O点作为原点，跑道方向即飞机的起飞着陆方向做为X轴，水平方向和垂直方向分别作为Y轴和Z轴，这样，将终端区空域建立为一个右手直角坐标系。根据PBN飞行程序的设计情况确定终端区空域结构，通过进入终端区空域的不同类型飞机的性能数据，计算航班在某一时刻内在该坐标系内的位置坐标，从而求得任意两架航空器之间的距离和相对位置。

对于终端区的离场容量，其模型建立原理同进场容量模型相同，计算过程和公式运用都同進场容量模型相似，模型中涉及参数为离场航空器运行参数。

终端区空域容量评估需要的参数如下：

PBN飞行程序的设计方案。通过PBN飞行程序的设计方案，得到个导航定位点，并把这些定位点的坐标转化到评估模型中建立的坐标系中，完成对空域结构的构建。

机型比例。不同的航空器在随机飞机流中所占比例，重型、中型还是轻型航空器。

进离场航空器的比例。进场航空器和离场航空器的间隔计算算法虽然大体相似，但是进场航空器和离场航空器在速度、程序、占用跑道时间上都有很大不同，需要不同的参数来进行计算。

不同机型航空器的速度参数。不同机型航空器在起飞或者进近阶段所采用的平均速度，它是冲突判断算法中非常重要的参数。

管制员反应时间和空管系统延迟。实际的操作情况中，管制员存在反应的时间和空管设备的通话延迟时间。

通过确定机型比例，进离场飞机比例，速度范围，随机飞机流的数目等参数的确定，产生随机的飞机流;接着确定PBN飞行程序运行条件下的空域结构参数，将飞行程序涉及到的各个定位点经纬度输入系统数据库;根据进入终端区的飞机架次及运行时间可计算空域容量[3]。

参考文献：

[1] David K.Schmidt. A queuing analysis of the air traffic controller’s work load. IEEE Transactions on systems，man，and cybernetics，June 1978，Vol. Smc-8，No.6：492-498

[2] 王晓敏. 基于MONTE-CARLO随机模拟方法的空域容量评估[D]. 南京：南京航空航天大学，2010[3]

[3]倪寅.基于性能导航（PBN）运行的厦门翔安机场容量评估[D]. 广汉：中国民航飞行学院，2013

基金项目：青年基金Q2014-013 基于PBN飞行程序的机场空域容量研究。