一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法技术

本发明专利技术公开了一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法，包括：通过预测机场未来航班与气象信息数据，确定跑道条数及每个跑道方位取值范围，根据跑道条数与方位组合方案制定相应的不同的机场飞行区布局方案；计算飞机进近、滑行、起飞和爬升4个阶段的污染物(NOx、SOx、CO、HC、PM)排放量；建立AERMOD大气扩散模型，分别对不同飞行区布局方案导致的飞机进近、滑行、起飞和爬升4个阶段排放污染物扩散进行模拟，得到评估区域内污染物的浓度；根据污染物浓度计算相应的污染物扩散面积，并以面积最小对应的飞行区布局规划方案即为对大气环境影响最小的机场飞行区布局方案。本发明专利技术可以减少机场对周边大气环境影响。

A layout planning method for airfield flight area based on the influence of atmospheric environment

The invention discloses a method for atmospheric environmental impact of the airfield planning method, including: through the prediction of airport flight and future weather data, determine the runway number and each runway azimuth range, according to different layout scheme of the airfield runway number and range of pollutants into the calculation of airplane combination scheme; last, taxiing, take-off and climb the 4 stages (NOx, SOx, CO, HC, PM) emissions; to establish the AERMOD model of atmospheric diffusion, respectively for different flight area layout to the approaching aircraft, taxiing, take-off and climb the 4 stages of pollutant diffusion simulation, concentration of pollutants in the assessment area the concentration of pollutants; according to the calculation of diffusion area corresponding to pollutants, and the flight area layout scheme of minimum area corresponding to the impact on the atmospheric environment The smallest airport flight area layout scheme. The invention can reduce the influence of the airport on the ambient air environment.

【技术实现步骤摘要】
一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法
本专利技术具体涉及一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法。
技术介绍
机场对周边大气环境的作用，主要受其飞行区布局及航班流量的影响。机场飞行区是指：供飞机起飞、着陆、滑行和停放使用的场地，包括跑道、升降带、跑道端安全区、滑行道、机坪以及机场周边对障碍物有限制要求的区域，飞机作为机场最主要的排放源，其排放主要集中于飞行区主体部分即：跑道、滑行道及机坪区域，并且飞机在基于机场飞行区布局的进近、滑行、起飞、爬升过程中所排放的污染物经传输、扩散会对近地面(1000m以下)大气环境造成一定影响。随着航空运输量、新建或改扩建机场数量的迅速增加，以及机场附近地区城市化的迅速发展，机场运营对周边大气环境所产生的负面效应日益凸显。因此，在规划机场飞行区布局时需综合考虑飞行区布局对大气环境的影响，从而对更合理规划飞行区布局，降低机场导致的大气环境恶化，保障附近的生态环境稳定和人类生活健康具有重要意义。目前，根据我国《民用机场总体规划规范MH5002-XXXX》主要以安全高效为原则，进行机场飞行区布局规划，而在规划初期，虽有考虑机场布局对环境的影响，但主要以噪声污染为主导进行规划方案的取舍，忽略了不同的飞行区布局对大气环境影响的差异。国内外学者主要从多个功能区(包括：飞行区、航站区、进出场地面交通系统)之间的运行效率、经济效益的角度出发研究机场整体布局规划的合理性，并未关注机场飞行区布局对大气环境所造成的影响。但航班流量的不断增加，必然会导致该影响的加重，为此，选择有利于减少对大气环境影响的机场飞行区布局规划方案至关重要。在规划机场飞行区布局时，机场的跑道条数和方位是整个布局的核心与主导，其决定了飞行区中机坪、滑行道与跑道的相对位置，以此影响飞机的运行轨迹，进而对大气环境产生不同程度的影响。因此，基于飞机运行污染物排放研究，结合以跑道条数及方位为主体的飞行区布局规划，进而衡量机场对周边大气环境的影响，是决定机场飞行区布局规划方案是否有益于降低对大气环境负面影响的重要手段，从而可为制定面向大气环境影响的机场布局规划方案奠定基础，促进机场运营与航空运输绿色可持续发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法，解决了现有在对机场飞行区布局进行规划时主要关注运行效率、经济效益的提升，从而忽略了飞行区布局对大气环境负面影响的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一，通过预测机场未来航班与气象信息数据，确定跑道条数及每个跑道方位取值范围，根据跑道条数与方位组合方案制定相应的不同的机场飞行区布局方案；步骤二，计算飞机进近、滑行、起飞和爬升各个阶段的各污染物排放量，污染物包括NOx、SOx、CO、HC和PM；步骤三，建立AERMOD大气扩散模型，分别对不同飞行区布局方案导致的飞机进近、滑行、起飞和爬升各个阶段排放污染物扩散进行模拟，得到评估区域内污染物的浓度；步骤四，根据污染物浓度计算相应的污染物扩散面积，并以面积最小对应的飞行区布局规划方案即为对大气环境影响最小的机场飞行区布局方案。优选地，所述步骤二具体包括以下步骤：步骤S201，计算飞机在进近、滑行、起飞和爬升4个阶段内NOx、SOx、CO、HC的排放量，计算公式为：Eijk＝(TIMjk*60)*(FFjk)*(EIijk)*(Nej)其中：Eijk为j型飞机在k阶段污染物i的排放量(g)；EIijk为j型飞机在k阶段中污染物i的排放指数(kg/s)；FFjk为j型飞机使用单发动机在k阶段的燃油流率(kg/s)；TIMjk为j型飞机在k阶段的运行时间(min)；Nej为j型飞机上使用的发动机个数。步骤S202，飞机在进近、滑行、起飞和爬升4个阶段内的PM排放量，计算公式如下：CI＝0.06949(SN)1.234，SN≤30CI＝0.0297(SN)2-1.803(SN)+31.94，SN＞30Qmixed＝0.7769(AFR)(1+BPR)+0.877EItotal＝EIPMnvol+EIPMvol-FSC+EIPMvol-FuelOrganicsEPMjk＝TIMjk×FFjk×EItotal其中：EPMjk为j型飞机在k阶段PM的排放量(g)；CI为碳排放指数(mg/m3)；SN为烟度数；Qmixed为混合排气体积流量(kg/m3)；EIPMnvol为非挥发性(non-volatile)PM的排放指数(g/kg)；EIPMvol-FSC为挥发性硫化物(volatilesulphate)PM的排放指数(g/kg)；FSC默认为0.068；ε默认为2.4；MWout＝96(SO4-2)；MWSulpher＝32；EIPMvol-FuelOrganics为挥发性有机物PM的排放指数(g/kg)；EIHCCFM56为ICAO测量CFM56-2-C1发动机的总烃排放指数(g/kg)；EIPMvol-orgCFM56为APEX1测量CFM56发动机挥发性有机物PM的排放指数(g/kg)；EIHCEngine为飞机发动机HC排放指数(g/kg)；EItotal为总排放指数(g/kg)。优选地，所述步骤三具体包括以下步骤：步骤S301，建立AERMOD大气扩散模型，设定评估区域及排放源参数。步骤S302，通过AERMOD大气扩散模型的气象预处理器AERMET计算AERMOD扩散模拟必要气象信息数据；步骤S303，通过AERMOD标准化的地形处理器AERMAP将评估范围内各网格的位置参数及其地形高度转化为符合AERMOD计算污染物浓度分布的地形数据；步骤S304，根据设定的AERMOD模型参数，结合气象数据与地形数据，进行污染物扩散模拟，得出评估区域内各污染物浓度，绘制浓度等值线图。优选地，所述评估区域为以单个跑道中心为原点，与跑道中心距离不大于50km的区域为评估区域，并将评估区域网格化。优选地，将飞机排放设定为AERMOD大气扩散模型中的体源排放，模型所需排放源参数包括对应飞机不同运行阶段下的体源排放速率Qs、边维(Syinit)、垂向维(Szinit)、跑道与滑行道处体源初始垂直扩散参数(δz-跑道，滑行道)与机坪处体源初始垂直扩散参数(δz-机坪)，其中，边维(Syinit)、垂向维(Szinit)分别等于各网格的宽度及高度；排放源的排放速率以及初始垂直扩散参数的具体计算方法如下；其中：Qsi-k为飞机在k阶段运行时对应网格的i(NOX,SOXCO,HC)污染物排放速率(g/s)；QsPM-k为飞机在k阶段运行时对应网格的PM排放速率(g/s)；tseg为模拟时段长(s)；Δx为等于网格长度(m)；Syinit为边维长度(m)，等于网格宽度Δy；Szinit为垂向维长度(m)，等于网格高度Δz；p为飞机k阶段运行时对应的网格个数；δz-跑道，滑行道为飞机在跑道及滑行道处经过网格的初始垂直扩散参数(m)；δz-机坪为飞机在机坪运行覆盖网格的初始垂直扩散参数(m)；W为二分之一跑道或滑行道宽度(m)；U为模拟时间段内的平均风速(m/s)。优选地，所述步骤四中以浓度大于0ug/m3的浓度等值线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一，通过预测机场未来航班与气象信息数据，确定跑道条数及每个跑道方位取值范围，根据跑道条数与方位组合方案制定相应的不同的机场飞行区布局方案；步骤二，计算飞机进近、滑行、起飞和爬升各个阶段的各污染物排放量，污染物包括NOx、SOx、CO、HC和PM；步骤三，建立AERMOD大气扩散模型，分别对不同飞行区布局方案导致的飞机进近、滑行、起飞和爬升各个阶段排放污染物扩散进行模拟，得到不同飞行区布局方案相应的评估区域内污染物的浓度；步骤四，根据不同飞行区布局方案的污染物浓度计算相应的污染物扩散面积，并以面积最小对应的飞行区布局规划方案即为对大气环境影响最小的机场飞行区布局方案。

【技术特征摘要】
1.一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一，通过预测机场未来航班与气象信息数据，确定跑道条数及每个跑道方位取值范围，根据跑道条数与方位组合方案制定相应的不同的机场飞行区布局方案；步骤二，计算飞机进近、滑行、起飞和爬升各个阶段的各污染物排放量，污染物包括NOx、SOx、CO、HC和PM；步骤三，建立AERMOD大气扩散模型，分别对不同飞行区布局方案导致的飞机进近、滑行、起飞和爬升各个阶段排放污染物扩散进行模拟，得到不同飞行区布局方案相应的评估区域内污染物的浓度；步骤四，根据不同飞行区布局方案的污染物浓度计算相应的污染物扩散面积，并以面积最小对应的飞行区布局规划方案即为对大气环境影响最小的机场飞行区布局方案。2.根据权利要求1所述的一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法，其特征是，所述步骤二具体包括以下步骤：步骤S201，计算飞机在进近、滑行、起飞和爬升各个阶段内NOx、SOx、CO、HC的排放量，计算公式为：Eijk＝(TIMjk*60)*(FFjk)*(EIijk)*(Nej)其中：Eijk为j型飞机在k阶段污染物i的排放量(g)；EIijk为j型飞机在k阶段中污染物i的排放指数(kg/s)；FFjk为j型飞机使用单发动机在k阶段的燃油流率(kg/s)；TIMjk为j型飞机在k阶段的运行时间(min)；Nej为j型飞机上使用的发动机个数。步骤S202，飞机在进近、滑行、起飞和爬升各个阶段内的PM排放量，计算公式如下：CI＝0.06949(SN)1.234，SN≤30CI＝0.0297(SN)2-1.803(SN)+31.94，SN＞30Qmixed＝0.7769(AFR)(1+BPR)+0.877EItotal＝EIPMnvol+EIPMvol-FSC+EIPMvol-FuelOrganicsEPMjk＝TIMjk×FFjk×EItotal其中：EPMjk为j型飞机在k阶段PM的排放量(g)；CI为碳排放指数(mg/m3)；SN为烟度数；Qmixed为混合排气体积流量(kg/m3)；EIPMnvol为非挥发性(non-volatile)PM的排放指数(g/kg)；EIPMvol-FSC为挥发性硫化物(volatilesulphate)PM的排放指数(g/kg)；FSC默认为0.068；ε默认为2.4；MWout＝96(SO4-2)；MWSulpher＝32；EIPMvol-FuelOrganics为挥发性有机物PM的排放指数(g/kg)；EIHCCFM56为I...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，赵志奇，叶博嘉，田勇，万莉莉，王湛，殷润泽，应世杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32