点融合技术在浦东机场进场飞行程序设计中的应用
摘要：浦东机场因空域条件有限，进场航班流较大，排序实施困难，急需通过先进的技术手段减少运行冲突和管制员工作负荷。点融合技术是解决浦东机场飞行顺畅的有效手段，且目前在国内尚无实际应用的先例。结合浦东机场实际情况分析点融合飞行程序设计要点和应用难点并对该技术加以改进，设计浦东机场进场飞行程序。
浦东机场作为国内规模较大的枢纽机场，航班量大，但空域资源十分受限，进港点仅4个主用方向，特别是庵东方向进港航班非常拥挤，急需解决大流量情况下不同方向进港航班的冲突调配和排序。浦东机场进港点的航班流量统计分布比例如下表所示：
点融合技术能够较好地解决大流量下航班精细化排序的问题，在欧洲等地已经有了较为成熟的应用，但在国内尚无已经投入使用该技术的机场飞行程序，值得在浦东机场应用推广。本文结合浦东机场飞行程序调整优化成果，基于现有空域条件和相关限制对点融合飞行程序提出技术性改进，为点融合飞行程序能够更好地应用于浦东机场展开研究。
1.点融合技术的概念和组成
点融合技术（Point Merge）是利用RNAV导航规范对进场航空器运行航迹进行有效改进和优化的方法，充分利用了PBN程序的灵活性，基于环形上任意一点至圆心距离相等的原理实施排序，其优势主要在于能够减少等待程序的使用，在通话中可以指挥直飞至某航路点，但也需要较大的空域范围。点融合程序通常包含以下几个组成部分：汇聚点；与弧衔接的进场程序；相对运行的内、外弧形排序航段；等间隔的距离参考线。
图1 点融合飞行程序的组成
2.点融合飞行程序设计要点
由于国内外管制要求和习惯存在差异，在飞行程序设计中，为尽可能的减少管制运行负荷，需要在点融合技术的基本原理基础之上，加以适当的调整。笔者基于实际工作经验，结合上海地区管制运行要求，总结了以下几个方面的设计要点。
（1）空域使用
点融合程序整体呈扇形，扇形的半径和弧长以及航班之间的间隔，决定了整个区域内排序航班的容量。为尽可能增大扇形区域容量，点融合程序的扇形区域应当足够大，并尽量选择能够确保足够的弧长以体现排序功能，同时还需要考虑到内弧到汇聚点在半径距离上的高度下降。
在扇形排序结束之后，为确保航班流能够有效地保持间隔，高效运行，汇聚点应选在离五边较近的位置，扇形区域的最佳摆放位置为五边上，后续航段宜直接对正五边。空域条件不允许的情况下，也可以放置于三边，但不应远离机场，以避免排序结束后再出现需要干预航班下降和调速的情况。
（2）高度设置
点融合程序的高度需要重点注意的是内弧高度应当高于外弧。这是因为外弧飞机在向汇聚点飞行时，需从内弧下方穿过，必须与内弧上的飞机满足至少300米的垂直间隔。内外弧尽量保持平飞，也可以存在高度下降，但应确保内弧的最低高度高于外弧最高高度。
由于内弧高度高，与汇聚点距离短，因此在高度设置时须充分考虑半径上的下降梯度应符合飞行程序设计相关规范和飞机性能的要求，避免设置过高高度，导致飞机难以实施下降时需要延弧形消耗高度，影响其他航班和排序效果。
（3）进场航线的衔接
进场航线与内、外弧线的连接应尽量从弧的端点加入，如不可避免的从弧线中间加入，应避免出现大于120°的转弯
3.点融合技术在浦东机场应用的技术难点
结合浦东机场现有空域条件，设计点融合飞行程序还存在很多技术难点，主要体现在以下几个方面：
（1）可用空域有限。上海终端管制区纵向范围约180km，但浦东机场北侧、西侧均分布有军用机场，可用空域非常受限，特别是向南落地时，五边长度仅34km，实施独立平行仪表进近尚且资源紧张。向北落地时，南侧B221航路为杭州、宁波机场的重要通道，航班量非常密集，供浦东机场实施落地的五边长度可用约50km。除此之外，浦东机场西侧44km处为虹桥机场，期间还包括存在高度限制的市区，西侧可用三边宽度约20km。
总体看来，点融合程序仅能考虑设置于浦东机场东侧雷达引导区内的海域上空。
图2 浦东机场空域条件
（2）进场高度设置。由于外围空域使用等原因，浦东机场东侧DUMET和MATNU两个进场点通常交接高度分别为6300米和6000米，而起始进近高度为600米。在有限的空域内，目前上述方向进港航班下降率已经较大，点融合程序所需要的扇形空间势必压缩进场航段的距离，将给航班下降带来极大困难。
（3）使用点融合的进场方向设置。从前文所述航班流统计来看，AND/BK方向进港航班已占总量的1/3，西侧、南侧可用空域又比较受限，因此，如采用点融合技术对AND/BK方向进场航班排序，需要考虑如何和DUMET、MATUN两方向进场航线融合、衔接，并尽可能地减少绕飞。此外，在实际运行中，DUMET、MATUN两方向进场点距离较近，过早的汇聚还会加大两方向进场航班的冲突，也需要足够的空间对两方向进场航线进行分流。
（4）需尽量减少与离场程序的冲突。浦东机场因就近起飞需求，东侧三边可供东跑道起飞后绕飞去往西侧出港点使用，与进场程序存在高度上的交叉和穿越，在设计进场点融合飞行程序时，航线和高度的划设还需统筹考虑与离场程序的相互影响。
4.点融合技术的改进
结合前文对浦东机场设计点融合飞行程序技术难点的分析，采用以下3种解决方式，对浦东机场点融合飞行程序加以改进。
（1）扇形区域的形式变化。
根据进场方向的不同，改变原有的设置内、外两道相对运行的弧线，对点融合程序的扇形区域进行拆分，在间隔足够的前提下，顺向运行，如下图所示。
图3 点融合飞行程序的形式变化
（2）点融合与S型程序的结合。
针对进场航班下降率过大的情况，可考虑在弧线外侧，设置S型程序，形成第三道弧线，增加外围航班的飞行距离，提供下降空间。在内侧两道弧线上没有航班或高度冲突影响较小的情况下，第三道弧线上的飞机也可在任意位置直飞汇聚点，以减少绕飞距离。
图4 点融合与S型程序的结合
（3）缩小内、外排序弧线的间隔。
考虑到内、外排序弧线上的高度已经满足了300米的垂直间隔，在有限的空间内，适当缩小弧线之间的水平间隔可以有效地节约空域资源，有利于减少进场航线和离场航线之间的冲突。但为了更好地实施雷达引导，加强雷达管制屏幕的辨识度，两条弧线程序宜保留一定的水平间隔，本文以4km的间隔作为参考进行设计。
5.浦东机场点融合进场程序设计
（1）向南运行
由于浦东机场目前西侧空域受限，东侧空域条件相对较好，且AND/BK方向进场航班量较大，本文的点融合程序设置于机场东侧空域内，供MATNU、DUMET、AND/BK三个进场方向排序使用。
由MATNU方向进场的航空器沿进场航线飞行加入内弧排序程序，高度2400米。因进场交接高度较高，由DUMET方向进场的航空器沿进场程序飞行加入最外侧的第三道弧，即左转加入S型程序以消失高度，随后掉头加入外弧航线排序，高度1800米-2100米。由AND/BK方向进场的航空器飞至XSY导航台，经由东侧跑道落地的航空器加入外弧航线排序，高度2100米。
其中供排序的内弧、和外弧间隔4km，供下降的最外围S型程序和外弧间隔为12km。在弧上可经由ATC引导直飞至汇聚点。
图5 浦东机场向南运行时东侧进场程序方案
（2）向北运行
向北运行时，在机场五边两侧分别设置了点融合程序，东侧点融合程序主要供MATNU和DUMET方向进场排序使用，西侧点融合程序供SASAN和AND方向进场排序使用。考虑到西侧的点融合所占空域为虹桥机场AND方向进场航班的机动区域，因此设置点融合内弧高度为2400米，因此，虹桥进场飞机需要在2700米以上进行机动飞行。
由MATNU和DUMET方向进场的航空器沿进场航线分别加入五边东侧的左右拆分为二的扇形区域进行排序，高度分别为2400米以下和2700米以下。
图6 浦东机场向北运行时东侧进场程序方案
由AND/BK方向进场的航空器沿进场航线加入五边西侧的内弧排序程序，高度2400米以上，。由SASAN方向进场的航空器沿进场航线加入外弧排序程序，高度2100米以下。
在弧上可经由ATC引导直飞至汇聚点。
图7 浦东机场向北运行时西侧进场程序方案
6.结论与展望
本文所研究的点融合技术，需要建立在雷达监控和引导的基础上实施，可以解决不同方向进场航班流的排序问题，也可降低管制员负荷，不仅可以用于航班量大的枢纽机场，也可以结合空域环境等因素应用于其他具备条件的机场，甚至应用于区域管制，未来随着通信、导航、监视技术不断地提高，点融合技术也可以更加多样化，是增大空域容量的有效手段。（作者：刘冰 上海华东民航飞行程序设计研究院；巩文健 民航华东地区空中交通管理局空管部）