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航空运输网络协同的通用机场区域可达性研究

来源:中英文核心期刊咨询网 所属分类:理工论文 点击:次 时间:2021-07-31 15:36

  摘 要: 通用机场在整个交通运输系统中发挥着支路与毛细血管的功能,是现有交通运输体系的有利补充,其可达性直接决定能否发挥优化与完善现有交通运输系统的功能。借鉴传统空间阻隔模型及潜能模型,考虑现有公共航空运输系统及土地利用等约束条件及期望功能,构建了通用航空机场指标体系。量化了出发地、出发地通用机场、目的地机场之间的连通性和出行时间,建立了通用机场区域航空运输可达性测算模型,对区域内各通用机场的可达性和区域总体可达性进行定量分析及评估。以江苏省为实例进行验证,结合江苏省通用机场点位及公共运输机场运营现状,计算所得的可达性指标与实际较为符合。

航空运输网络协同的通用机场区域可达性研究

  关键词: 航空运输; 区域航空运输网络; 通用机场; 可达性

  引言

  2019 年 10 月我国通用机场数量( 239 座) 首次超过运输机场数量,中国通用航空发展呈现出崭新局面。但与欧美等发达国家仍存在着数量结构和布局上的差距,据 NPIAS [1]统计,截止 2019 年底,美国现有通用机场 2 942 座。美国通用航空主要承担城际交通功能,市场化运营,各类机场设施互相协作,满足不同出行需求。我国幅员辽阔,人口密度不均衡,通用航空作为公共运输机场的补充,具有较强的运输经济性。发展通用航空短途运输飞行服务,是当下超大城市及城市群之间快速互联互通的迫切需求,更是通用航空产业转型升级提速发展的内因需要。

  作为通用航空飞行活动的地面保障基础设施,对通用机场提前优化布局是实现区域航空网络协同的关键。要进行提前规划,必须首先解决通用机场可达性的研究。可达性这一概念很早就用于城市交通规划研究中,来描述两分区间交通联系程度。王泽东等[2]深化了可达性在中小尺度的问题探究。苏瑞晔[3]将时空可达性引入区域城际铁路线网规划问题中。李海峰等[4]以区域机场网络可达性为研究对象,考虑了不能直达的机场间的中转情况。褚艳玲等[5]研究航空货运网络布局优化问题,最大化航空货运网络的可达性,从供给侧引导航空货运的资源配置。韦薇[6]认为区域机场群系统的形成可以提高系统内资源的总利用率及竞争力。陈雨亭[7]分析了多机场系统的协同性。范渊等[8]认为机场群依托于城市群,且其分布特征与城市群的空间布局特点有很大的关联。以上研究都反映了区域航空运输协同的重要性。随着高铁的开通,其与民航的竞争态势越来越激烈。王姣娥等[9]对二者竞争网络的空间演化模式及影响因素进行研究,李晓伟等[10]表明飞机与高铁的竞争主要受运输方式自身属性的影响。因此实现枢纽机场与市区及各县域的快速接驳,可以提升航空运输的竞争力。

  真正意义上的可达性应将区域内部联系与区域外部联系相结合。目前我国尚未形成系统的以通用机场为衔接的航空运输协同网络,缺少与枢纽机场的协同发展。区域航空运输网络应当由枢纽机场、干线机场、支线机场依次以圈层向外辐射,并穿插以衔接干、支线网络最后一站的通用机场,将航空运输的地域服务范围有效延伸到县级地区。综上,本文将就通用机场在航空运输网络中的协同作用,从空域和陆域可达性两个方面,提出通用机场区域可达性概念,以期为评价通用机场布局方案的优劣奠定基础,并为通用机场选址及区域航线优化提供量化分析的工具。

  1 研究方法与思路

  1. 1 通用机场可达性影响因素分析

  1. 1. 1 通用机场的空域可达性

  通用机场的空域可达性是旅客经由通用机场利用航班到达各公共运输机场的便利程度,与通用机场至公共运输机场的航班、航线密度、空域辐射范围相关。此外,公共运输机场的航空运输系统因素也会影响通用机场的空域可达性。假设通用机场 i 与区域外公共运输机场 k 之间没有直飞航班,则可以通过与 i,k 都通航的公共运输机场 j 进行中转。因此 j 的航空运输系统因素( 通航机场数、航班频率、通航里程) 也会影响通用机场 i 的空域可达性。

  1. 1. 2 通用机场的陆域可达性

  一次完整航空出行包括从始发地利用陆路交通前往始发地机场、利用航班从始发地机场前往目的地机场、利用陆路交通从目的地机场前往目的地( 由于目的地陆路交通无法由出发地决定,因此不做讨论) ,大多数学者的研究仅关注了空域可达性,忽略了旅客的陆域可达性。通用机场的陆域可达性反映了通用机场腹地内各县域到通用机场的交通便利性,可用距离、时间或金钱来衡量。本文利用 ArcGISNetwork Analyst,以各个区( 县) 到机场的公路计算最短旅行时间,得到各通用机场的陆域可达性。

  1. 2 常用的可达性模型及其适用性分析

  常见的可达性模型及其对比分析,如表 1 所示。

  1. 3 模型的选择及优化思路

  综合适用性及优缺点对各模型进行选择。通用机场的陆域可达性反映的是旅客由出发地利用道路交通到达机场的便利程度,不需要反映土地利用和交通需求等其他信息,因此以空间阻隔模型为基础进行描述。通用机场的空域可达性,反映的是旅客从通用机场出发经运输机场中转至目的地机场的便利程度。考虑到目的地的机会和规模会随距离变远而衰减的特点,本文将以潜能模型为基础。为了弥补目前仅对单个公共运输机场可达性进行研究,缺少区域航空运输网络协同研究的空白,进一步引入公共运输机场通达潜力及土地利用因子,建立基于区域航空运输网络协同的通用机场可达性模型。

  3 案例分析———以江苏省为例

  3. 1 数据来源

  本文江苏省路网矢量数据来源于 open street map; 各通用机场点位数据来源于通用机场信息平台; 2019 年旅客吞吐总量前 15 位运输机场航段相关数据( 机场吞吐量、通航机场数、航班频率、航段里 程) 来 源 于《2019 年中国民航统计年鉴》及飞常准大数据。

  3. 2 空域可达性

  本文研究关注点为通用机场在整个航空运输网络中的协同衔接性,因此仅考虑区域内通用机场至区域内运输机场的直飞航班,以及在区域内运输机场中转后通往其他地区的直飞、经停航班,不考虑区域内运输机场至其他地区运输机场二次中转的情况。

  3. 2. 1 最短旅行时间的量化

  2019 年全国通用航空短途运输航线 47 条,使用最多的机型为 CESSNA208B、PC - 12、KODIAK100,其最大巡航速度分别为 341 km /h、519 km /h、339 km /h,因此 对 CESSNA208B、KODIAK100 机型航班进行分析。

  3. 3 陆域可达性

  根据《公路工程技术标准》的公路设计速度及实 际运行情况,各级公路的运行速度为高速 100 km /h,国道 80 km /h,省道 60 km /h,县道 40 km /h。

  利用 ArcGIS Network Analyst 对江苏省内 9 个运输机场及 9 个通用机场进行腹地划分,结果如表 4 所示,江苏省约 35% 的地区可在 0. 5 h 内到达机场,83% 的地区可在 1 h 内到达机场,仅 6% 的地区到达机场时间超过 1. 5 h。

  结合表 3、表 4 可以看出,从航空运输网络衔接出发,南京中心机场的区域可达性最高,与镇江大路通用机场相比,虽然其空域可达性较低,但南京市作为省会,有着发达的路网系统,其陆域可达性有显著的优势,使得南京中心机场的区域可达性最高。镇江大路通用机场的空域可达性最高,其与区域内多个通达能力较高的公共运输机场相邻,局部网络层级效应明显。江苏省区域航空运输可达性为: ACC = 83. 70,对 比表 3,江苏省内近一半通用机场的航空运输可达性未达到区域航空运输整体的可达性,这些可达性较低的通用机场都分布在苏北地区,与地区经济体量、人口规模及路网系统有明显相关性。盐城射阳通用机场腹地区( 县) 的陆域可达性普遍在 1 h,少数区( 县) 超过 2 h,使得对外联系通道严重受阻,严重影响了其航空运输可达性。从总体上看,江苏省各通用机场航空运输可达性差距较大,区域航空运输网络的协调发展受到严重制约,主要原因为公共运输机场航线资源分布不均衡、路网系统发展不均衡。

  4 结束语

  本文在分析现有可达性研究的基础上,基于通用航空与公共运输航空网络的协同关系,重点研究基于区域航空运输网络的通用机场可达性。针对通用机场航空运输可达性影响因素的复杂性,选择从空域可达性、陆域可达性 2 个方面来分析,以空间阻隔模型和潜能模型为基础,量化了出发地与出发地通用机场、出发地通用机场与目的地机场之间的连通性和出行时间,建立了通用机场区域航空运输可达性测算模型。引入公共航空运输系统、土地利用因素,较为全面地反映了通用机场区域航空运输可达性指标。

  江苏省通用机场航空运输可达性的研究表明,上述测算模型的计算结果与地区的实际情况较为吻合,各通用机场航空运输可达性值差距较大,公共运输机场航线资源分布不均衡,路网系统发展不均衡,区域航空运输网络协调发展较差。通用航空短途运输的发展与路网通达性、公共运输机场的辐射能力有很大的相关性。基于此,本文模型为制定公共航空运输与通用航空运输协同的区域机场综合发展战略提供了理论依据,未来建设通用机场时应充分考虑通用机场周边的路网系统及公共运输机场的航线资源,从而提高通用机场的通达水平,实现协同效应,优化区域航线网络,提升区域各机场以及机场网络的整体可达性,使旅客可以更加快捷地利用民航运输系统出行,实现航空出行“县县通”。——论文作者:王 颖1 ,王华伟1 ,王清薇1 ,周 良1 ,郭雅洁2

  相关期刊推荐:《航空工程进展》(季刊)创刊于2010年,反映我国航空科技与工程领域的最新成果,沟通国内外学术交流渠道,促进航空科学理论和实践的发展及其在国民经济各部门中的移植和应用,为我国的现代化建设服务。主要读者对象主要为从事航空工程领域的研究技术人员、高等院校师生和其它行业的研究技术人员等。主要栏目:飞机总体设计、空气动力学与飞行力学、结构与强度、航空动力、飞行控制、航电与机载、材料与制造及可靠性与维护等工程与管理。

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