基于模拟仿真的飞行区应急救援评价方法研究

摘 要

民用机场飞行区应急救援的开展越发依赖于科学的预案，而预案的效果则需要科学的方法来检验。本文提出利用AnyLogic仿真软件根据相应的预案模拟应急救援的开展，同时利用仿真软件记录救援力量前往救援地点所用的时间以及该过程中的路径冲突等指标，并对其进行分析，由此定量比较救援路径对应急救援的影响，分析结果表明，调研所得的路径适用于18L跑道的应急救援场景，而重新规划的路径则使用于18R跑道的应急救援场景。

【关键词】飞行区 应急救援 评价分析 AnyLogic

1 引言

机场作为航空运输网络的节点，其功能的完整性与否将直接影响到整个航空运输网络的运输能力，飞行区安全是机场正常运行的基础，而飞行区的安全运行离不开科学的预案，因此制定科学的飞行区应急救援计划则成为保障机场运行的关键。

国内外关行区应急救援计划的研究多集中在应急计划的内容和方式上，梁世华等针对民航机场紧急事件非例行性、不确定性的特点，提出了以案例推理为技术主线，结合模糊推理等方法的机场应急救援规模决策模型。崔国山等针对机场应急救援中资源动态调配的特点，建立了基于多Agent的资源动态调配组织结构模型，并在分析每一个Agent成员组所要完成的主要功能的基础上.论述了协同运作模型和协同步骤。高强等分析机场飞行区地面网络结构图，创建了节点、弧段关系数据库以描述机场飞行区的网络拓扑结构，运用Dijkstra算法实现了快速最短路径搜索。Aghahowa通过研究机场应急救援案例并挖掘数据的方式开发机场设施管理的关键指标。Hojong Baik等利用基于时间的仿真模型，详细描述了飞机在滑行道上的滑行，并考虑飞行员和管制员之间的通信行为，以研究飞机在飞行区的操作行为。

本文拟利用AnyLogic软件对飞行区应急救援进行模拟仿真，通过对救援车辆到达出事地点的路径予以规划，模拟得出救援力量到达出事地点的时间和救援过程中车辆的拥堵情况，并将其与未规划的救援场景进行结果比较，以分析规划路径的效果，根据仿真模拟得出的结果优化救援流程，提高救援效率。

2 飞行区平面布局及应急救援事故场景假设

2.1 飞行区平面布局

飞行区平面布局图如图1所示，等级为4E，共拥有2条平行跑道，其中东侧的跑道号码为18L/36R，长度为3500M，西侧的跑道号码为18R/36L长度为3600M，两条跑道均支持双向运行，分别有2条入口滑行道和4条快速脱离滑行道。飞行区共有3条平行滑行道，分别为C、F和Z3；5条东西走向的滑行道，用以连接两条跑道，分别为C6、M 、S4、S5和Z4；8条机坪滑行道，分别为D1、Z2、Z3、Z4、Z7、Z8、Z9和Z18。

车道边位于航站楼西侧，故航站楼以西至滑行道C之间部分不属行区。其中航站楼和近机位之间留有道路供场内车辆行驶，如图1中的五角形所在区域和航站楼周围的空白区域所示。

2.2 事故场景及应急救援假设

根据航空器紧急事件的应急救援等级分为紧急出动、集结待命以及原地待命三种，本文将模拟紧急出动等级的事件。笔者实地调研的结果显示该机场共有3处应急救援集结点，分别为图1中的圆形区域和五角星区域，其中消防车辆的集结地点为圆形区域，北侧五角星区域为医疗车辆集结之用，其他车辆则在南侧五角星区域内集结。为了检验极端情况下的飞行区应急救援能力，本文将救援地点选在离应急救援集结点最远处，即图1中三角形所在区域。

同时提供两种路径供参加紧急出动的救援车辆行驶，其中第一条路径为实地调研所得，第二条路径则为规划所得，具体如表1所示，图1中的虚线表示各路径。

此外，为了提高模型的真实性并保证其正常运行，对模拟场景作出如下假设：

（1）在救援过程中，救援车辆优先通过滑行道；

（2）救援车辆不得在滑行的航空器前200 米内穿行或50 米内尾随、穿行；

（3）紧急出动命令前，机场运行按该日航班时刻表照常运行，紧急出动命令后，跑道暂时关闭；

（4）救援车辆的行驶速度不超过100km/h。

3 飞行区应急救援模拟数据分析

3.1 应急救援车辆参数设定

对每条跑道的紧急出动命令模拟4次，第3次和第4次仿真模拟中的救援车辆数量为第1次和第2次的2倍，详细参数如表2所示，此外，第1次和第3次仿真模拟中各种车辆按第一条路径行驶，第2次和第4次仿真模拟中车辆按第二条路径行驶。

3.2 模拟数据分析

选取救援力量到达救援地点所耗时间和前往救援地点过程中的路径冲突（航空器与救援车辆，救援车辆与救援车辆）次数作为评估应急救援规划方案的指标。表3给出了仿真模拟的结果汇总。

根据国际民航组织要求，在最佳能见度和道面情况下，消防车辆在机场内部的反应不能超过3分钟，表3给出的结果显示不论救援车辆的数量是否翻倍，消防车辆到达救援地点的时间均控制在3分钟以内，但考虑到此仿真模拟中的车辆前往救援地点的时间不包括车辆的集结时间，即，仅包括从集结点点前往救援地点的时间，实际中车辆前往救援地点的时间应有所增加，则18R跑道实验中的救援路径就很有可能不能满足相关应急救援的规定，建议机场当局重新规划消防车辆的集结地点以适应极端情况下的应急救援要求。

对于18L跑道而言，不论在救援车辆较少，还是救援车辆较多的情况下，第一条路径对应急救援的效果均优于第二条路径。其中，在救援车辆较少的情况下，第一条路径消防车到达所用时间与第二条路径相差无几，而全部救援车辆到达所用时间和路径冲突数却比第二条路径降低了21.9%和25.6%；在救援车辆较多的情况下，这两个的降幅则为19.4%和49.1%。

对于18R跑道而言，不论在救援车辆较少，还是救援车辆较多的情况下，第二条路径对应急救援的效果在部分指标优于第一条路径。其中，在救援车辆较少的情况下，第二条路径消防车到达所用时间与第一条路径基本相同，而全部救援车辆到达所用时间和路径冲突数却比第一条路径降低了3.4%和33.3%；在救援车辆较多的情况下，这两个的降幅则为-0.8%和35.7%。虽然第二条路径的全部救援车辆到达时间比第一条路径要多6秒，但其冲突次数却较第一条路径减少了15次，因此本文倾向于选择第二条路径作为18R跑道的应急救援须经。

此外，从表3中可以看出，救援车辆的增加对整体救援效果的影响因路径而已。 虽然救援车辆较少情况下的指标均优于同等情况下救援车辆较多的指标，但救援车辆的多少也关乎到整体救援效果的好坏，例如，第一条路径中救援车辆较多的实验同第二条路径中救援车辆较少的实验相比，虽然前者处于劣势，但前者各种指标较后者的增幅均控制在40%以内，另外，前者的救援车辆为后者的2倍，考虑到救援车辆较少的实验所得指标的绝对值，更倾向于认为第一条路径更加适合救援车辆较多的情况。类似地，认为第二条路径更适合实验车辆较多的情况。

4 结论

由上面分析，主要结论如下：

（1）不论是实际调研所得的路径还是规划路径，均满足国际民航组织关于在最佳能见度和道面情况下，消防车辆在机场内部的反应不能超过3分钟的规定；

（2）对于18L跑道而言，不论在救援车辆较少，还是救援车辆较多的情况下，第一条路径对应急救援的效果均优于第二条路径；

（3）对于18R跑道而言，不论在救援车辆较少，还是救援车辆较多的情况下，第二条路径对应急救援的效果基本优于第一条路径；

（4）第一条路径下的18L跑道更加适应于救援车辆较多的情况；第二条路径下的18R跑道更加适应于救援车辆较多的情况。

参考文献

[1]梁世华，韩松臣，朱新平.基于CBR的机场应急救援规模决策研究[J].交通与计算机，2008（26）：31-34.

[2]崔国山，韩松臣，朱新平.基于Agent的机场应急资源动态调配研究[J].现代交通技术，2009（06）：78-81.

[3]高强，陈欣，汪振华.基于GIS的地面网络最短路实现在机场飞行区应急救援系统的应用研究[J].交通信息与安全， 2011，4（29）：108-111.

[4]Aghahowa Enoma，Stephen Allen. Developing key performance indicators for airport safety and security2007，25，7：296-315.

[5]Hojong Baik and Antonio A.Trani. Framework of a Time-Based Simulation Model for the Analysis of Airfield Operations2008.10：397-414.

作者简介

唐志星（1989-），男，湖北省老河口市人。硕士学位。现为中国民航飞行学院助教。主要研究方向为民航安全管理，民航运行仿真。

作者单位

中国民航飞行学院 四川省广汉市 618307