Deklarowana przepustowość portu lotniczego

PORTY
LOTNICZE
Deklarowana przepustowość
portu lotniczego
– problemy, koncepcje rozwiązań
Celem artykułu jest analiza istniejącego stanu oraz opracowanie
założeń dla metody ustalania deklarowanych wartości
przepustowości portu lotniczego.
W ostatnich latach odnotowuje się stały, znaczący wzrost
ruchu lotniczego. Zjawisko to powoduje, że narasta problem zapewnienia punktualności wykonywania operacji
lotniczych. Występujące opóźnienia są ściśle związane
z przepustowością zarówno przestrzeni powietrznej, jak
i portów lotniczych. Port lotniczy to lotnisko użytku publicznego przeznaczone do obsługi handlowego przewozu
lotniczego. Eksploatacja portu lotniczego podlega licznym
wymaganiom prawnym, których nadrzędnym celem jest
zapewnienie bezpieczeństwa i regularności transportu
lotniczego. Prawny aspekt pojęcia „użyteczność publiczna” powoduje, że zarządzający portem lotniczym w swojej
działalności nie może kierować się jedynie interesem handlowym. Wymagane jest m.in. zapewnienie równych zasad
dostępu przewoźników lotniczych do portu lotniczego.
W zależności od wielkości wpływu eksploatacji portu lotniczego na środowisko, a w szczególności wielkości emisji
hałasu lotniczego, mogą zostać wprowadzone ograniczenia
dobowej liczby wykonywanych operacji startów i lądowań
samolotów. Innymi, koniecznymi do uwzględnienia czynnikami wpływającymi na funkcjonowanie portu lotniczego
są zmienne w czasie meteorologiczne warunki wykonywania lotów i stan eksploatacyjny elementów infrastruktury.
Sprawność funkcjonowania portu lotniczego zależy rów-
dr inż. Jacek Skorupski
Adiunkt na Wydziale Transportu Politechniki
Warszawskiej. Zajmuje się zagadnieniami
modelowania procesów ruchu lotniczego,
ze szczególnym uwzględnieniem rejonów
lotnisk. W ostatnich latach zajmuje się metodami oceny bezpieczeństwa ruchu lotniczego oraz problematyką przepustowości (pojemności)
sektorów kontroli ruchu lotniczego i rejonów lotnisk.
dr inż. Anna Stelmach
Pracuje na Wydziale Transportu Politechniki
Warszawskiej w Zakładzie Inżynierii Transportu Lotniczego.
34
Jacek Skorupski
Anna Stelmach
nież od parametrów czasowych realizacji poszczególnych
procesów.
Mając na uwadze opisane czynniki, przeanalizowany
zostanie istniejący stan oraz opracowane zostaną założenia
dla metody ustalania deklarowanych wartości przepustowości portu lotniczego. Da to możliwość podejmowania
decyzji dotyczących przydziału czasów operacji lotniczych,
by zapewnić:
• jak najmniejszą liczbę okresów spiętrzeń ruchowych,
• poprawę komfortu obsługi pasażerów w terminalu lotniczym,
• zwiększenie „nasycenia” przepustowości portu
lotniczego,
• weryfikację skutków proponowanych zmian w rozkładach
lotów.
Przepustowość portu lotniczego
W piśmiennictwie (2, 4, 10, 12) występuje wiele definicji
traktowanych jako synonimy pojęć przepustowość lub
pojemność lotniska czy tożsamo rozumianego portu lotniczego.
Przepustowość podstawowa portu lotniczego – maksymalna liczba operacji startów i lądowań umownego statku powietrznego w jednostce czasu, prowadzonych w ustalonych
warunkach ruchu lotniczego i ciągłej obsłudze pasażerów,
ładunków (towarów i poczty).
Przepustowość praktyczna portu lotniczego – liczba
operacji startów i lądowań umownego statku powietrznego
w jednostce czasu (prowadzonych w ustalonych warunkach
ruchu lotniczego i ciągłej obsłudze pasażerów, ładunków,
towarów i poczty), dla której średni czas opóźnienia będzie
odpowiadał poziomowi akceptowalnemu.
W niniejszym artykule zdefiniowano pojęcie przepustowości deklarowanej portu lotniczego jako przepustowość
praktyczną na dany sezon rozkładowy, deklarowaną przez
zarządzającego portem lotniczym w celu zaplanowania
czasów operacji lotniczych (sezonowego rozkładu lotów).
Definicja przepustowości praktycznej rejonu lotniska
zakłada istnienie funkcyjnej zależności pomiędzy wielkością ruchu lotniczego a opóźnieniem statku powietrznego.
Na podstawie obserwacji rzeczywistej realizacji ruchu oraz
INFRASTRUKTURA
TRANSPORTU
1/2008
PORTY
rozważań teoretycznych można stwierdzić, że w praktyce
taka zależność funkcyjna nie istnieje. Można natomiast
mówić o zależności statystycznej pomiędzy wielkością
ruchu lotniczego a średnim czasem opóźnienia. Zdefiniowano następujące zmienne losowe, opisujące ruch lotniczy
w rejonie lotniska:
• X – zmienna losowa określająca liczbę operacji startu
i lądowania w jednostce czasu; opisuje ona wielkość ruchu
lotniczego w danym rejonie,
• D – zmienna losowa określająca opóźnienie samolotu
podczas przebywania w rejonie lotniska; jest ona sumą
opóźnień samolotu w poszczególnych podsystemach
rejonu lotniska.
W rzeczywistym ruchu lotniczym zmienne losowe X oraz
D są od siebie zależne.
Mając na uwadze powyższe stwierdzenia, można zmodyfikować istniejącą definicję pojemności, nadając jej następującą postać:
Przepustowość lotniska (CT) to taka liczba operacji startu
i lądowania, dla której prawdopodobieństwo warunkowe
tego, że opóźnienie jest większe niż maksymalna wartość
dopuszczalna Dmax, jest równe lub mniejsze pewnej ustalonej
wartości PT (8).
Przepustowość CT można zdefiniować według wzorów
nr 1 i 2, gdzie funkcja GX jest zdefiniowana jako następujące prawdopodobieństwo warunkowe, przedstawione we
wzorze nr 3.
Istotą działania przy wyznaczaniu przepustowości lotniska
jest więc poszukiwanie takiej wielkości ruchu, która odpowiada pewnej granicznej wartości Dmax. Ponieważ nie jesteśmy
w stanie poznać przebiegu funkcji GX, dla danej wartości
Dmax możemy mówić jedynie o prawdopodobieństwie tego,
że odpowiadającą jej wielkością ruchu jest x0. Jeżeli analiza
otrzymywanej próbki statystycznej pokazuje, że dla danej
wartości x0 prawdopodobieństwo tego, że zmienna losowa
D jest większa od Dmax jest mniejsze od 0,5. Oznacza to,
że szukana wartość CT jest prawdopodobnie większa od
wartości x0. Analogicznie, jeżeli w próbce statystycznej, dla
danej wartości x0, prawdopodobieństwo tego, że zmienna
losowa D jest większa od Dmax jest większe od 0,5, oznacza
to, że szukana wartość CT jest prawdopodobnie mniejsza
od wartości x0 (ryc. 1).
Przepustowość portu lotniczego jest zależna od wielu czynników zakłócających, a co za tym idzie zmienna w czasie.
Jeżeli w porcie lotniczym zostały wprowadzone ograniczenia
dopuszczalnej liczby operacji lotniczych wykonywanych
w porze nocy, to dostępna przepustowość będzie nierównomiernie rozłożona w cyklu dobowym.
W rzeczywistych warunkach realizacja poszczególnych
procesów i ich zmienność, zmienność meteorologicznych
warunków wykonywania operacji lotniczych, wprowadzenie ograniczeń operacyjnych oraz zaistnienie sytuacji
awaryjnych i kryzysowych będą powodowały, że dostępna
przepustowość będzie także nierównomiernie rozłożona
w ciągu sezonu rozkładowego.
Odnosząc się do rzeczywistości, istotnym problemem jest
właściwe określenie wartości deklarowanej przepustowości
portu lotniczego – parametru determinującego wielkość
obsługiwanego w porcie lotniczym ruchu i przewozu lotniczego.
WWW.INFRASTRUKTURA.ELAMED.PL
LOTNICZE
Prawdopodobieństwo D≥Dmax
1
0,5
0
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Liczba operacji/godz.
Ryc. 1. Przykładowe prawdopodobieństwo przekroczenia granicznej wartości opóźnienia
zasób danych
100%
nieokreśloność
probabilistyczne
deterministyczne
0%
horyzont czasowy
Ryc. 2. Wpływ horyzontu czasowego na określoność zasobu danych
z
CDkl(opt)
CDkl
Ryc. 3. Przebieg zależności funkcji zysku parametru z od zadeklarowanej przepustowości cdkl
wzór 1
CT : P(D ≥ Dmax)
wzór 2
CT = G -x1 (PT )
X = CT
≤ PT
wzór 3
GX(x0) = P(D ≥ Dmax)
X = x0
wzór 4
z(cdkl) = x·(zn + m·zm) - k(cdkl) - x·(kn + m·km) - s(tsr(x, cdkl, cT ))
z(cdkl) – zysk zarządzającego portem lotniczym, gdzie
cdkl – deklarowana przepustowość
x – rzeczywista liczba operacji; zależna m.in. od deklarowanej przepustowości
zn – opłata nawigacyjna za start i lądowanie
m – średnia liczba pasażerów na jedną operację
zm – opłata lotniskowa na jednego pasażera
k(cdkl) – koszty stałe (niezależne od wielkości ruchu) związane z utrzymaniem infrastruktury dla deklarowanej przepustowości
kn – koszt związany z jedną operacją lotniczą (np. wynikający ze zużycia
nawierzchni lotniskowych)
km – koszt związany z obsługą jednego pasażera
s(tsr(x, cdkl, cT )) – straty wynikające z opóźnień operacji lotniczych, gdzie
tsr – średnie opóźnienie, cT – przepustowość rzeczywista
35
PORTY
LOTNICZE
Procesy determinujące
przepustowość portu lotniczego
Port lotniczy można rozpatrywać jako węzeł sieci lotniczego
systemu transportowego, w którym powstają i zanikają potoki ruchu statków powietrznych. Rozpatrując port lotniczy
jako system, można stwierdzić, że jest to złożony system
techniczny, w którym realizowanych jest wiele procesów
związanych w szczególności z:
• obsługą ruchu statków powietrznych,
• obsługą naziemną statków powietrznych,
• obsługą naziemną pasażerów i ich bagażu oraz ładunków
przewożonych komunikacją lotniczą,
• eksploatacją i utrzymaniem technicznym infrastruktury,
• kontrolą graniczną i celną,
• kontrolą bezpieczeństwa,
• ochroną przed aktami terroru i bezprawnej ingerencji.
Realizacja wszystkich tych procesów determinuje przepustowość portu lotniczego, a zmienne w czasie rozłożenie potoków ruchu statków powietrznych, pasażerów,
bagażu i ładunku wpływa na punktualność transportu
lotniczego.
Określone wyżej procesy eksploatacji portu lotniczego
realizowane są w różnych obszarach infrastruktury portu
lotniczego i jego otoczenia, w których ze względu na rozpatrywany problem wyróżniono:
• strefę kontrolowaną lotniska (CTR), w której wykonywane
są operacje odlotów i podejścia do lądowania statków
powietrznych,
• pole manewrowe (PML), zawierające drogi startowe (DS),
na których wykonywane są operacje startów i lądowań statków powietrznych oraz drogi kołowania (DK), po których
statki powietrzne kołują na płyty postojowe,
• płyty postojowe statków powietrznych (PPS), na których
wykonywana jest obsługa naziemna statków powietrznych,
w tym m.in. pokładowanie/wypokładowanie pasażerów,
załadunek/wyładunek bagażu i ładunków, tankowanie
oraz obsługa cateringowa,
• terminale pasażerskie (TP), w których wykonywana jest
m.in.: odprawa biletowo-bagażowa pasażerów, odprawa
gate’owa/boarding’owa, kontrola paszportowa, celna
i bezpieczeństwa, sortowanie bagażu.
Problem zapewnienia odpowiedniej przepustowości i dostępu przewoźników lotniczych do czasów na
wykonanie operacji lotniczych w portach lotniczych
stale narasta. W odniesieniu do tego konieczne stało
się wprowadzenie regulacji prawnych w tym zakresie.
W 1993 r. Rada EWG wprowadziła takie regulacje (1),
które są obowiązujące w państwach Unii Europejskiej.
U ich podstawy leży dążenie do zapewnienie punktualności wykonywania operacji oraz spełnienie zasad
przejrzystości, neutralności i niedyskryminacji w dostępie przewoźników lotniczych do czasów wykonywania
operacji startów i lądowań. Przepisy te – w zależności
od dostępnej przepustowości portu lotniczego, odniesionej do zapotrzebowania przewoźników lotniczych na
czasy operacji – określają następujące poziomy portów
lotniczych:
• I – port lotniczy z nieokreślonym statusem,
• II – port lotniczy z organizacją rozkładów lotów,
• III – port lotniczy z koordynacją rozkładów lotów.
36
W przypadku wprowadzenia w porcie lotniczym organizacji lub koordynacji rozkładów lotów w porcie takim powoływany jest odpowiednio organizator lub koordynator
rozkładów lotów. Zadaniem organizatora jest doradzanie
przewoźnikom lotniczym i zalecanie alternatywnych
czasów przylotu i/lub odlotu, jeżeli prawdopodobnie wystąpią problemy z przepustowością, oraz monitorowanie
zgodności wykonywania operacji przez przewoźników
lotniczych z zaleconymi im rozkładami. Koordynator jest
wyłączną osobą odpowiedzialną za przydział czasów na
start lub lądowanie w porcie lotniczym oraz monitoruje
zgodność operacji przewoźników lotniczych z czasami na
start lub lądowanie im przydzielonymi. Wnioski przewoźników lotniczych o przydział czasów na start i lądowanie
w danym porcie lotniczym rozpatrywane są przez organizatorów i koordynatorów rozkładów lotów na specjalnie
organizowanych konferencjach rozkładowych. Zgodnie
z umowami międzynarodowymi w ciągu roku odbywają
się dwie konferencje rozkładowe, oddzielnie dla letniego
i zimowego sezonu rozkładowego, tj. ustalonej przez
IATA (International Air Transport Association) części roku
kalendarzowego, dla której opracowywane są i obowiązują
rozkłady lotów uwzględniające zmiany czasu na półkuli
północnej.
Podstawę planowania rozkładów lotów stanowią parametry przepustowości deklarowane przez zarządzającego
portem lotniczym. Parametry te określane są dwa razy
w roku (na każdy sezon rozkładowy) z uwzględnieniem
wszystkich istotnych ograniczeń technicznych, operacyjnych i środowiskowych, jak również wszelkich zmian w tych
ograniczeniach. Parametry te określa się na podstawie analizy przepustowości, z uwzględnieniem możliwości obsługi
różnych rodzajów ruchu lotniczego, potencjalnych ograniczeń przepustowości przestrzeni powietrznej, liczności
elementów infrastruktury oraz efektywności i parametrów
czasowych realizacji procesów.
Przepisy prawne stanowią, że analiza musi być oparta
na ogólnie uznawanych metodach i ustalać wszelkie braki
w przepustowości w różnych przedziałach czasowych.
Analiza powinna stanowić podstawę określenia możliwości rozwiązania problemu zapewnienia przepustowości
poprzez nową albo zmodyfikowaną infrastrukturę, zmiany operacyjne lub wszelkie inne zmiany oraz określać
czas wprowadzenia tych zmian. W związku z tym analiza
swoim zakresem musi obejmować deterministyczne dane
statystyczne dla zeszłych sezonów rozkładowych, jak
również dane probabilistyczne w różnych horyzontach
czasowych, z uwzględnieniem ich zmiennej nieokreśloności dla przyszłych sezonów rozkładowych. W teorii
decyzji, w warunkach występowania nieokreśloności
podstawowym zagadnieniem jest uwzględnienie stopnia
tej nieokreśloności. Ważne jest również określenie granic
danych probabilistycznych, z uwzględnieniem faktu, że
prognozy statystyczne tracą szybko dokładność wraz ze
wzrostem horyzontu czasowego (ryc. 2, str. 35). Typową
drogą do eliminacji tego mankamentu jest ciągłe uściślanie
danych i aktualizacja prognoz wraz ze zmianą horyzontu
czasowego prognozy.
Wyniki analizy stanowią podstawę konsultacji w sprawie
przepustowości portu lotniczego prowadzonych z udziałem
INFRASTRUKTURA
TRANSPORTU
1/2008
PORTY
zarządzającego portem lotniczym, przewoźnikami lotniczymi regularnie użytkującymi port lotniczy, służbami kontroli
ruchu lotniczego (ATC) oraz agentami obsługi naziemnej,
tj. podmiotami świadczącymi usługi w zakresie obsługi
naziemnej na rzecz przewoźników lotniczych użytkujących
dany port lotniczy.
Przepustowość
a koszty wykonywanych operacji
Zagadnienie to można rozpatrywać wieloaspektowo
z wykorzystaniem teorii systemów transportowych.
Jednak – jak wspomniano wyżej – zarządzanie portem
lotniczym jest formą działalności gospodarczej, a więc
określenie deklarowanej przepustowości portu lotniczego należy również rozpatrywać z uwzględnieniem
ekonomicznej sfery tej działalności, zadając pytanie: Jaką
wartość przepustowości portu lotniczego zadeklarować,
aby maksymalizować zysk, przy założeniu spełnienia wymagań organizacyjno-prawnych? Zadeklarowanie „dużej”
przepustowości spowoduje zaplanowanie w sezonowym
rozkładzie lotów „dużej” liczby operacji lotniczych, co
będzie dawało potencjalnie duży przychód zarządzającego
portem lotniczym z tytułu wnoszonych opłat lotniskowych. Ale będzie też generowało większe koszty z tytułu
utrzymania infrastruktury technicznej i potencjalnych
strat z tytułu opóźnień wykonywania operacji lotniczych. Zadeklarowanie małej przepustowości przyniesie
skutek odwrotny. Przychody będą mniejsze, ale również
mniejsze będą koszty z tytułu utrzymania infrastruktury
technicznej i potencjalnych strat wynikłych z opóźnień
wykonywania operacji lotniczych.
Zysk zarządzającego portem lotniczym jest zależny od
liczby wykonanych operacji oraz kosztów utrzymania i potencjalnych strat z tytułu np. opóźnień operacji lotniczych.
Można to przedstawić wzorem nr 4 (str. 35).
Zysk zależy również od wielkości ruchu (liczby operacji)
oraz rzeczywistej przepustowości. Zakładamy jednak, że są
to wielkości, na które zarządzający nie ma wpływu, zatem
staje on przed problemem decyzyjnym polegającym na takim
doborze cdkl, aby zmaksymalizować parametr z.
Poszczególne składowe we wzorze nr 4 (str. 35) należy
rozpatrywać, uwzględniając dwa sezony eksploatacyjne
(rozkładowe) – letni i zimowy. Będą one skutkowały różnymi wartościami współczynników. Na przykład w sezonie
zimowym parametr kn musi uwzględniać koszt związany
z odladzaniem samolotów. Z tym samym związane jest
zmniejszenie rzeczywistej przepustowości cT. Mają na nią
również wpływ czasowe wyłączenia z użycia dróg startowych, np. na czas odśnieżania. Natomiast w sezonie letnim
wykonywanych jest więcej lotów czarterowych, dla których
jednostkowy koszt straty czasu jest mniejszy, co ma odzwierciedlenie w parametrze km.
Dużą trudność stanowi analityczne określenie postaci
powyższej funkcji. Należałoby bowiem uwzględnić koszty
związane z zapewnieniem noclegu przy utracie połączenia,
dostarczeniem posiłków i opieką nad pasażerem, ale także
koszty przestoju służb obsługi naziemnej czy straty wynikające z utraty pasażerów, którzy nie mogli kontynuować
podróży. Zależą one od liczby wykonywanych operacji
oraz średniego czasu opóźnienia. Dla celów badawczych
WWW.INFRASTRUKTURA.ELAMED.PL
LOTNICZE
konieczne jest więc zastosowanie zależności uproszczonej.
Na przykład możemy ją aproksymować funkcją skokową,
przyjmując np. dla opóźnień do 15 min – 0 zł, 15-60 min
– 10 zł, powyżej 60 min – 100 zł na pasażera.
Z przeprowadzonych rozważań i wstępnych badań modelowych wynika, że funkcja zysku jest nieliniową zależnością
zadeklarowanej przepustowości. Funkcja ta posiada maksimum dla pewnej wartości Cdkl(opt). Przykładowy przebieg tej
funkcji przedstawiono na ryc. 3 (str. 35).
Podsumowanie
Deklarowanie przez zarządzającego portem lotniczym
przepustowości portu lotniczego na sezon rozkładowy jest
złożonym procesem decyzyjnym. Należy w nim uwzględnić
wiele czynników, z których większość jest zmienna w czasie
i trudna do prognozowania. Uwzględniając, że zarządzanie
portem lotniczym jest formą działalności gospodarczej
powiązanej z użytecznością publiczną, w procesie deklarowania przepustowości portu lotniczego konieczne jest
uwzględnienie aspektów prawnych i ekonomicznych. Zapewni to nie tylko utrzymanie regularności wykonywania
operacji w porcie lotniczym, ale również równy dostęp przewoźników lotniczych oraz zapewni maksymalizację zysków
zarządzającego portem lotniczym. Dalsze prace związane
z tym zagadnieniem będą miały na celu identyfikację opisanych w artykule zjawisk, a następnie budowę modelu
symulacyjnego, który posłuży do analiz symulacyjnych
oraz optymalnego doboru przepustowości deklarowanej
lotniska.
‰
Piśmiennictwo
1. Rozporządzenie Rady (EWG) nr 95/93 z dnia 18 stycznia 1993 r.
w sprawie wspólnych zasad przydzielania czasu na start i lądowanie w portach lotniczych Wspólnoty (z późn. zm.); Dz.Urz.
U.E. L 14.
2. Aerodrome Design Manual (ICAO Doc 9157, Third Edition
1991).
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 21 czerwca
2005 r. w sprawie obsługi naziemnej w portach lotniczych; Dz.U.
nr 128, poz. 1071.
4. Malarski M.: Inżynieria ruchu lotniczego. Warszawa, OW PW
2006.
5. Ustawa z dnia 3 lipca 2002 r. Prawo lotnicze (z późniejszymi
zmianami); Dz.U. nr 130, poz. 1112.
6. IATA Airport Development Reference Manual – 2004 edition.
7. IATA Airport Handling Manual – AHM (27th Edition/2007).
8. Skorupski J.: Model rejonu lotniska dla wyznaczania jego pojemności. Prace naukowe Politechniki Warszawskiej – Transport 38,
1998, Oficyna Wydawnicza PW.
9. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 30 kwietnia 2004 r.
w sprawie tworzenia i działania komitetów oraz współdziałania
i konsultacji w porcie lotniczym; Dz.U. nr 103, poz. 1088.
10. Annex 9 ICAO of the Convention on International Civil Aviation
– Facilitation (Twelfth Edition – July 2005).
11. Annex 14 ICAO of the Convention on International Civil Aviation – Aerodromes (Fourth Edition – July 2004).
12. Stelmach A., Malarski M.: Model procesu obsługi ruchu lotniczego
w rejonie lotniska. Prace naukowe Politechniki Warszawskiej
– Transport z. 56, 2006, Oficyna Wydawnicza PW.
13. Skorupski J., Stelmach A., Kozłowski M.: Problem ustalania deklarowanych przepustowości portu lotniczego. 11th International
Conference „Computer Systems Aided Science, Industry and
Transport”, Zakopane 2007.
37