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研究生: 俞瑞華
Yu, Jui-Hua
論文名稱: 飛航管制策略在空域模擬模式上之應用
Applications to Air Traffic Control Strategy of an Airspace Simulation Model
指導教授: 戴佐敏
Dai, Melody
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 管理學院 - 交通管理科學系
Department of Transportation and Communication Management Science
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 120
中文關鍵詞: 系統模擬空域模擬飛航管制
外文關鍵詞: simulation model, airspace simulation, air traffic control
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  • 本研究發展三種飛航管制策略:「交通量儀控策略」、「流量管制策略」、「近場台管制策略」,並應用系統模擬之方法評估各策略的績效,以有別於以往採用數學規劃的方式,企圖建立一套可提供航管人員作為管制策略績效評估的應用工具。
    「交通量儀控策略」首先定義一易擁擠之空域節點為瓶頸點,並設定一進入此瓶頸點之航機數量,當航機數量超過此一限制時,則令航機轉向或延後進入,以達到控制航機進入擁擠空域之航機數。
    「流量管制策略」首先定義流量管制空域範圍,藉由調整通過管制空域邊界節點航機間之隔離與降低航機速度,達到控管進入該管制空域之航機數量。
    「近場台管制策略」藉由調整到場航機的速度與空中等候時間,並安插離場航機,以使離到場航機適當的排序,充分利用跑道資源,提昇效率。
    本研究為使所架構之模式可符合現行空域之環境,採用國內自行研發,且經由完整測試與驗證之ANS 2.0(Air Net Simulation Version 2.0)模擬模式為基礎,架構飛航管制策略之功能。
    本研究於架構模式並完成測試之後,即進行一分析與應用,利用虛擬的單尖峰班表以及1~1.2倍實際班表透過三種管制策略實施於後龍至林口之間空域的結果,比較「航機延滯」、「跑道使用率」、「空域管制量」等指標之變化,並以較擁擠之狀態下,實施「近場台管制策略」最為有顯著的效果。

    This study develops three strategies of air traffic flow management: “Metering Strategy”, “Flow Control Strategy”, and “Approach Control Strategy”. The methodology of system simulation is employed to evaluate the performance of these strategies.
    “Metering Strategy” tries to control the number of flights allowed to enter the congested airspace. It first defines the bottleneck and the associated number of flights allowed to fly through. Whenever the number of flights reaches this limit, the other flights will be diverted to another route or be delayed.
    “Flow Control Strategy” first defines the airspace scope for the implementation of flow control. By adjusting separation and aircraft speed, it can control the number of flights entering the congested airspace.
    By adjusting the aircraft speed and/or airborne holding time, “Approach Control Strategy” can better sequence flights and thus, enhance the runway throughput.
    The simulation model employed in this study is ANS 2.0 (Air Net Simulation 2.0). ANS 2.0 has been tentatively tested and validated. This study uses ANS 2.0 to represent the air traffic operation system, thus, it can evaluate the performance of each strategy under various scenarios.
    The scenarios considered in this study include a simple one peak flight schedule, the current flight schedule, 1.1 time of the current flight schedule and 1.2 time of the current flight. The airspace of Houlong to Linkou is chosen for implementing the air traffic flow management strategies. The performance indicators are “flight delay”, “runway throughput” and “average controlled flights”. The results show that “Approach Control Strategy” has the best performance when airspace is congested.

    目 錄 第一章 緒論 1 1.1研究動機 1 1.2研究目的 1 1.3研究內容 2 1.4研究流程與架構 2 第二章 文獻回顧 5 2.1 流量管理與飛航管制策略 5 2.1.1 流量管理之意義 5 2.1.2 飛航管制策略簡介 6 2.2 飛航管制策略最佳化評估 7 2.2.1 數學規劃模式 7 2.2.2 近場排序研究 8 2.3 航機模擬模式之介紹 8 2.3.1 SIMMOD模擬模式簡介 9 2.3.2 ANS 2.0模擬模式簡介 10 2.4 小結 13 第三章 現況分析 14 3.1 交通量現況分析 14 3.2 空域節點容量分析 20 第四章 模式架構 28 4.1 交通量儀控策略 29 4.1.1 交通量儀控策略路網結構 29 4.1.2 交通量儀控策略邏輯 30 4.2 流量管制策略 34 4.2.1 流量管制策略路網架構 34 4.2.2 流量管制策略邏輯 35 4.3 近場台管制策略 39 4.3.1 近場台管制策略路網架構 40 4.3.2 近場台管制策略邏輯 40 4.4 小結 56 第五章 模式確認 57 5.1 交通量儀控策略模式確認 57 5.2 流量管制策略模式確認 58 5.3 近場台管制策略模式確認 60 第六章 分析與應用 66 6.1 飛航管制策略績效分析 66 6.1.1 交通量儀控策略績效評估 68 6.1.2 流量管制策略績效評估 69 6.1.3 近場台管制策略績效評估 71 6.2 實例應用分析 73 6.3 小結 80 第七章 結論與建議 82 7.1 結論 82 7.2 建議 83 參考文獻 84 附錄一 ANS2.0模組流程圖 86 圖目錄 圖1.1研究流程圖 4 圖2.1 空域模式路網架構 11 圖3.2 台北飛航情報區交通量分佈圖 18 圖3.3LK節點原班表運量 21 圖3.4 LK節點原班表增加20%運量 22 圖3.5 LK節點原班表增加40%運量 22 圖3.6 LK節點原班表增加60%運量 22 圖3.7 LK節點原班表增加80%運量 23 圖3.8 LK節點原班表增加100%運量 23 圖3.9 不同運量下LK節點通過架次數 24 圖3.10 不同運量下LK節點通過航機空中等候時間 24 圖3.11 KIZIN節點原班表運量 25 圖3.12 KIZIN節點原班表增加100%運量 25 圖3.13 KIZIN節點原班表增加200%運量 26 圖3.14 KIZIN節點原班表增加300%運量 26 圖3.15 KIZIN節點原班表增加400%運量 26 圖3.16 不同運量下KIZIN節點通過架次數 27 圖3.17 不同運量下KIZIN節點通過航機空中等候時間 27 圖4.2 交通量儀控策略路網示意圖 30 圖4.3 交通量儀控策略副程式流程圖 33 圖4.4 流量管制策略路網示意圖 34 圖4.5 流量管制策略副程式流程圖(詳細) 37 圖4.6 流量管制策略副程式流程圖(簡易) 38 圖4.7流量管制策略航機資訊蒐集流程 39 圖4.8 近場台管制策略管制範圍 40 圖4.9 近場台管制策略起始副程式流程圖 45 圖4.10 滑行道模組流程圖 46 圖4.11跑道管理模組離場事件副程式流程圖 47 圖4.12 空域節點控制模組流程圖 48 圖4.13近場台管制策略副程式流程圖 49 圖4.14近場台管制策略副程式流程圖(續) 50 圖4.15離場向後排序副程式流程圖 51 圖4.16 近場台速度管制副程式流程圖 52 圖4.17 後機更新副程式流程圖 53 圖4.18跑道管理模組閒置事件副程式流程圖 54 圖4.18跑道管理模組閒置事件副程式流程圖 54 圖4.19 跑道閒置更新副程式流程圖 55 圖 5.1近場台管制策略架構圖 65 圖6.1流量與時段分佈 66 圖6.2未管制時最高同時進入航機數 68 圖6.3 1倍班表平均每分鐘管制量 74 圖6.4 1.1倍班表平均每分鐘管制量 74 圖6.5 1.2倍班表平均每分鐘管制量 74 圖6.6 情境一航機通過邊界節點時間間隔 78 圖6.7 情境五航機通過邊界節點時間間隔 79 圖6.8 情境六航機通過邊界節點時間間隔 79 圖6.9 情境七航機通過邊界節點時間間隔 79 圖A.1航機產生模組 86 圖A.2登機門模組 87 圖A.3後推模組 88 圖A.4滑行道模組流程圖 89 圖A.5跑道管理模組 90 圖A.6進場事件副程式流程圖 91 圖A.7離場事件副程式 92 圖A.8橫越事件副程式 93 圖A.9閒置事件副程式 94 圖A.10接續班機模組 95 圖A.11空域節點控制副程式流程圖 98 圖A.12空中等候副程式流程圖 99 圖A.13節點到達控制副程式1 (QFIFO)流程圖 100 圖A.14速度調整副程式流程圖 101 圖A.15續進副程式 102 圖A.16節點到達控制副程式2副程式 103 圖A.17排序副程式流程圖 104 圖A.18前後調整副程式流程圖 105 圖A.19向後搜尋副程式流程圖 106 圖A.20可超機副程式流程圖 107 圖A.21 MuitiFit流程圖 108 圖A.22進場等候副程式流程圖 109 表目錄 表3.1 台灣地區各起迄機場班機數 16 表3.2 起迄機場航機飛航路徑 16 表3.2 起迄機場航機飛航路徑(續) 17 表3.3 主要空域節線航機流量統計 19 表3.4不同運量下LK節點運量情形 23 表3.5不同運量下KIZIN節點運量情形 27 表5.1交通量儀控策略模式確認(節錄) 58 表5.2流量管制策略模式確認(節錄) 59 表5.3近場台管制策略模式確認狀態1(節錄) 60 表5.4近場台管制策略模式確認狀態2(節錄) 61 表5.5近場台管制策略模式確認狀態3(節錄) 62 表5.6近場台管制策略模式確認狀態4(節錄) 63 表5.7近場台管制策略模式確認狀態5(節錄) 64 表6.1模擬班表未管制時之指標數值 68 表6.2交通量儀控策略單尖峰班表模擬結果 69 表6.3流量管制策略單尖峰班表模擬結果 71 表6.4近場台管制策略單尖峰班表模擬結果 72 表6.5近場台管制策略離到場狀況(節錄) 73 表6.6實際班表模擬結果 76 表6.7 管制區域內外之空中等候情形 77 表A.1空域模組模式變數說明 96 表A.1空域模組模式變數說明(續完) 97

    [1]Tosic and Odoni O.,”Air Route Flow Management Problems And Research Efforts”,Transportation Planning and Technology,Vol.19,p.63-72,1995
    [2] SIMMOD:The Airport and Airspace Simulation Model- Data Input Manual, CACI Inc. , 1989
    [3] SIMMOD:The Airport and Airspace Simulation Model- Reference Manual, CACI Inc. , 1989
    [4] SIMMOD:The Airport and Airspace Simulation Model-User’s Manual. CACI, Inc., 1989
    [5] 交通部,「台北飛航情報區模擬模式之建立—各終端管制區域模擬架構之建立期末報告」,中華民國89年12月。
    [6] 交通部,「台北飛航情報區模擬模式之建立二—模擬模式之建立及應用期中報告」,中華民國90年9月。
    [7] 交通部,「台北飛航情報區模擬模式之建立二—模擬模式之建立及應用期末報告」,中華民國91年4月。
    [8] 交通部,「台北飛航情報區模擬模式之建立二—模擬模式之建立與應用使用者手冊」,中華民國91年4月。
    [9] 張仁達,「台北飛航情報區空域模擬模式之建立」,國立成功大學交通管理科學研究所碩士論文,民國90年7月。
    [10] 李昀諭,「空邊模擬模式之研究」,國立成功大學交通管理科學研究所碩士論文,民國90年8月。
    [11] 張仁達,「台北飛航情報區空域模擬模式之建立」,國立成功大學交通管理科學研究所碩士論文,民國90年7月。
    [12] 詹承芳,「松山機場終端管制區近場排序研究」,國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,民國90年6月。
    [13]Michael S. Nolan, Wadsworth ,Fundamentals of Air Traffic Control,1993.
    [14]台北飛航情報區飛航指南(Aeronautical Information Publication Taipei Flight Information Region,AIP Taipei FIR),交通部民用航空局,民國89年4月。
    [15]飛航管制程序(Air Traffic Control Procedure,ATP),民用航空局及空軍總司令部,民國88年4月。
    [16]民航局網站。

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    校外:2003-09-01公開
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