一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法及系统技术方案

本发明专利技术属于环境评价技术领域，公开了一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法及系统，根据机场停机位分配规则与航空器场面运行规则对机场停机位进行第一次分区划分；基于航空器运动模型与机场对航空器场面运行的速度限制，估算航空器从不同停机位滑行至起降跑道入口的滑行时间；结合滑行时间，计算航空器滑行至不同停机位的排放量；基于污染物扩散结果，进行分区第二次划分；最后，根据停机位分区结果，以及污染物的扩散浓度值，通过综合评价方法，计算各停机位分区对大气环境影响程度的排序，以对停机位的分配优化进行优先级指导。本发明专利技术可以为面向大气环境影响的停机位分配奠定基础，提供决策支持。

【技术实现步骤摘要】
一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法及系统
本专利技术属于环境评价
，尤其涉及一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法及系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：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。航空器作为机场最主要的排放源，其在场面运行过程中的排放主要集中于滑行道及机坪区域。而航空器所排放的大量污染物经传输、扩散会对近地面(1000m以下)大气环境造成一定影响。因此，需要考虑航空器分配至不同停机位时对大气环境的影响，并从环保的角度对停机位进行优先级划分，从而为面向大气环境影响的停机位分配奠定基础，对降低机场航空器运行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，国内外学者对停机位优先级进行评价时，主要从机场运行效率、停机位所属航空公司属性的角度出发，并未关注不同停机位分配对大气环境的影响。随着机场航班流量的日益增长，以及我国对机场环保要求的加强，提出一种考虑大气环境影响的停机位优先级评价方法至关重要。在考虑对大气环境影响的停机位优先级评价时，航空器排放导致受体点污染物浓度的多少是确定各优先级的主要依据。由于现阶段，出于机场航空器运行的安全性考虑，航空器必须按照机场规定的滑行路线滑行，且相邻停机位具有相同的滑行路径，因此，可将一定数目的相邻停机位纳入同一分区。综上所述，现有技术存在的问题是：现有确定机场停机位优先级时主要关注机场运行效率、停机位所属航空公司属性，从而忽略了不同停机位分配对大气环境会产生不同程度的负面影响的技术问题。现有技术没有完善停机位优先级排序；不能为降低机场航空器运行对大气环境影响的优化措施提供依据。解决上述技术问题的难度和意义：解决上述技术问题的难度：首先，现有环评技术仅对机场整体进行了污染物进行扩散模拟，以评价机场对周边大气环境的影响，并未具体到从机场内部关键资源分配导致的影响进行量化；其次，现有关于停机位的优先级划分方法，并未考虑将不同停机位的分配对大气环境所造成的影响加入；最后，现有关于停机位的优先级划分手段，并未将聚类方法与综合评价方法结合，从而以考虑大气环境影响的角度对停机位进行优先级划分。解决上述技术问题的意义：机场运营导致的各类航空排放物对大气环境的影响也日益受到关注。机场范围内，具有局地性及集中性等特点的航空排放将加重大气环境恶化，对机场附近公众健康及生态环境构成最直接的威胁与影响。为此，为构建环境友好的现代化民航，中国民航已将绿色发展融入行业发展中长期规划，并将环保提升至与安全、效益、服务同等地位。机场内，航空器滑入停机位以及从停机位滑出至跑道的过程中，会排放大量污染物。因此，停机位作为机场的核心资源，航空器分配至不同的停机位，会导致对大气环境不同的影响。基于此，本专利技术对不同停机位分配导致的航空器排放进行扩散模拟，以量化不同分配方案的影响。其次，采用聚类方法与综合评价方法，对停机位优先级进行排序评价。以期提供一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法及系统，为今后考虑大气环境影响的停机位分配方案提供决策支持，为降低机场航空器运行对大气环境影响的优化措施奠定基础。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法及系统。本专利技术通过对航空器滑行至各分区产生的污染物浓度进行数值模拟，并通过污染物浓度对分区进行聚类，以减少分区数目，可提高停机位分配效率，更具有实际意义。最后运用综合评价方法衡量各分区对周边大气环境的影响程度，进而对其优先级进行评价。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。本专利技术是这样实现的，一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法，包括：步骤一，根据机场停机位分配规则与航空器场面运行规则对机场停机位进行第一次分区的划分；步骤二，测算各分区内停机位至起飞及降落跑道入口的距离，结合航空器运动模型，计算滑行时间(包括滑入与滑出时间)，通过ICAO排放模型与EEDB航空器排放数据库，计算航空器滑行至不同停机位的污染物排放量(污染物包括NOx、SOx、CO、PM)，取该分区内排放量的平均值作为分区污染物排放量；步骤三，建立AERMOD大气扩散模型，分别对航空器滑行至不同停机位分区所排放污染物的扩散进行模拟，得到评估区域内受体点处的各种污染物的浓度；步骤四，根据各种污染物浓度值，采用聚类算法，并通过聚类性能度量指标确定聚类方案，对停机位分区进行第二次划分；步骤五，根据停机位分区，以及污染物扩散浓度值，采用综合评价方法，对停机位分区产生的大气环境影响进行优先级评价。优选地，所述步骤二具体包括以下步骤：步骤201，测算各分区内停机位至起飞及降落跑道入口的距离，结合航空器运动模型，计算滑行时间，计算公式为：其中：TIMj为j型航空器在滑行阶段的运行时间(s)；Sstraight为滑行路径中直线段长度(m)；Vstraight为航空器在直线段的滑行速度(m/s，Vstraight＝13.88)；Scurve为滑行路径中弯道段长度(m)；Vcurve为滑行路径中弯道段的滑行速度(m/s，Vcurve＝5)。步骤202，计算航空器在滑行阶段内NOx、CO、SOx的排放量，计算公式为：Eij＝(TIMj)×(FFj)×(EIij)×(Nej)其中：Eij为j型航空器在滑行阶段i类污染物的排放量(g)；EIij为j型航空器在滑行阶段中污染物i的排放指数(g/kg)；FFj为j型航空器使用单发动机滑行阶段的燃油流率(kg/s)；TIMj为j型航空器在滑行阶段的运行时间(s)；Nej为j型航空器上使用的发动机个数；步骤203，航空器在滑行阶段内的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-FuelOrganicsEPMj＝TIMj×FFj×EItotal×Nej其中：EPMj为j型航空器在滑行阶段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)；EIPMvolFSC-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测算CFM56-2-C1发动机的总烃排放指数(g/kg)；EIPMvol-orgCFM56为APEX1测算CFM56发动机挥发性有机物PM的排放指数(g/kg)；EIHCEngine为航空器发动机HC排放指数(g/kg)；EItotal为PM总排放指数(g/kg)。步骤204，计算航空器滑行至某本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法，其特征在于，所述针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法包括：根据机场停机位分配规则与航空器场面运行规则对机场停机位进行第一次分区划分；通过测算各分区内的停机位至起飞及降落跑道入口的距离，基于航空器运动模型与机场对航空器场面运行的速度限制，估算航空器从不同停机位滑行至起降跑道入口的滑行时间；结合滑行时间，通过ICAO排放模型与EEDB提供的航空器排放参数，计算航空器滑行至不同停机位时的污染物NOx、CO、SOx、PM排放量；建立AERMOD大气扩散模型，对航空器滑行至不同停机位分区的污染物进行扩散模拟，获得所设置受体点处的污染物浓度；采用聚类算法对各类污染物浓度值进行聚类，并通过DB指标，Silhouette指标综合确定停机位分区的聚类方案，进行对机场停机位进行第二次分区划分；根据停机位分区结果，以及污染物的扩散浓度值，通过综合评价方法，计算各停机位分区对大气环境影响程度，对停机位的分配优化进行优先级排序。

【技术特征摘要】
1.一种针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法，其特征在于，所述针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法包括：根据机场停机位分配规则与航空器场面运行规则对机场停机位进行第一次分区划分；通过测算各分区内的停机位至起飞及降落跑道入口的距离，基于航空器运动模型与机场对航空器场面运行的速度限制，估算航空器从不同停机位滑行至起降跑道入口的滑行时间；结合滑行时间，通过ICAO排放模型与EEDB提供的航空器排放参数，计算航空器滑行至不同停机位时的污染物NOx、CO、SOx、PM排放量；建立AERMOD大气扩散模型，对航空器滑行至不同停机位分区的污染物进行扩散模拟，获得所设置受体点处的污染物浓度；采用聚类算法对各类污染物浓度值进行聚类，并通过DB指标，Silhouette指标综合确定停机位分区的聚类方案，进行对机场停机位进行第二次分区划分；根据停机位分区结果，以及污染物的扩散浓度值，通过综合评价方法，计算各停机位分区对大气环境影响程度，对停机位的分配优化进行优先级排序。2.如权利要求1所述的针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法，其特征在于，所述通过测算各分区内的停机位至起飞及降落跑道入口的距离，基于航空器运动模型与机场对航空器场面运行的速度限制，估算航空器从不同停机位滑行至起降跑道入口的滑行时间；具体包括：步骤1)，测算各分区内停机位至起飞及降落跑道入口的距离，结合航空器运动模型，计算滑行时间，计算公式为：其中：TIMj为j型航空器在滑行阶段的运行时间(s)；Sstraight为滑行路径中直线段长度(m)；Vstraight为航空器在直线段的滑行速度(m/s，Vstraight＝13.88)；Scurve为滑行路径中弯道段长度(m)；Vcurve为滑行路径中弯道段的滑行速度(m/s，Vcurve＝5)；步骤2)，计算航空器在滑行阶段内NOx、CO、SOx的排放量，计算公式如下：Eij＝(TIMj)×(FFj)×(EIij)×(Nej)其中：Eij为j型航空器在滑行阶段i类污染物的排放量(g)；EIij为j型航空器在滑行阶段中污染物i的排放指数(g/kg)；FFj为j型航空器使用单发动机滑行阶段的燃油流率(kg/s)；TIMj为j型航空器在滑行阶段的运行时间(s)；Nej为j型航空器上使用的发动机个数；步骤3)，航空器在滑行阶段内的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-FuelOrganicsEPMj＝TIMj×FFj×EItotal×Nej其中：EPMj为j型航空器在滑行阶段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测算CFM56-2-C1发动机的总烃排放指数(g/kg)；EIPMvol-orgCFM56为APEX1测算CFM56发动机挥发性有机物PM的排放指数(g/kg)；EIHCEngine为航空器发动机HC排放指数(g/kg)；EItotal为PM的总排放指数(g/kg)；步骤4)，计算航空器滑行至某一分区内的所有停机位时所产生的排放量的平均值，并将该值视为航空器滑行至该分区所产生的排放量。计算公式如下：其中：EKij为j型航空器在滑行至K分区时的i类污染物(NOx、CO、SOx、PM)的排放量(g)；n为该分区内的停机位数量；Eij-n为j型航空器滑行至第n个停机位的i类污染物的排放量(g)。3.如权利要求1所述的针对大气环境影响的机场停机位优先级分析方法，其特征在于，所述结合滑行时间，通过ICAO排放模型与EEDB提供的航空器排放参数，计算航空器滑行至不同停机位时的污染物NOx、CO、SOx、PM排放量；建立AERMOD大气扩散模型，对航空器滑行至不同停机位分区的污染物进行扩散模拟，获得所设置受体点处的污染物浓度；具体包括：步骤a)，建立AERMOD大气扩散模型，设定评估区域及排放源参数；所述评估区域为以机场中心为原点，与机场中心距离不大于50km的区域为评估区域，并将评估区域网格化；将航空器排放设定为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航空器不同运行阶段下的体源排放速率Qs、边维(Syinit)、垂向维(Szinit)、滑行道处体源初始垂直扩散参数(δz-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为航空器在滑行阶段运行时对应网格的i污染物排放速率g/s；tseg为模拟时段长s，为年3.1536×107s、月2.592×106s、日8.64×104s；Δx为等于网格长度m；Syinit为边维长度m，等于网格宽度Δy；Szi...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，赵志奇，田勇，叶博嘉，张朋，王凯，
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