SIMMOD模擬模式

SIMMOD 機場與空域模擬模式為美國 FAA 於 70 年代所發展之模擬模式，運 用此套模擬模式，可以有效且完整地分析機場與空域相關之政策與課題。不論是 從單獨機場的航空公司停機坪作業、機場地面交通管理作業、終端區域空中交通 作業、乃至數個機場的空域航路網路交通作業，皆能透過 SIMMOD 模擬模式進 行分析與研究。SIMMOD 可對於班表中的每一架航空器的行進路程，或是航行及 滑行路徑的每一個階段，進行時間和油料消耗的追蹤，甚至對航機未來出現衝突 點之預測。基於上述之功能，機場管理當局或是相關航管單位可透過 SIMMOD 預測出任何空中交通作業改變對系統所造成的影響，並將機場作業、航空器延 誤、旅行時間和油量消耗等資料，以數量方式表示之。

SIMMOD 模擬模式為以事件導向方式模擬空域運作，採用節點節線方式構建 空域飛航路網。每一個節點或節線具有各自的屬性，節點具有高度屬性，因此航 機在節線上的推進僅需考慮前後航機隔離，並以停留在節點上作為模擬航機於空 中等候的方式。

航機定義方面，航機分為四種機型類別，於不同節點節線類型上各有不同的 表現，包括速度範圍與隔離距離。

在空域邏輯方面，航機循路徑上的節點節線續進。航機是否可以續進至下一 節點，取決於節點等候策略與下一節線、席位的容量。此外，模式有 QFIFO、

SpeedFit 及 MultiFit 三種節點到達管制方式，作為計算航機與其他航機之間的到 達時間、到達隔離以決定到達節點的順序。其中，QFIFO 表示先到先服務；SpeedFit 表示新到航機可以較其他前機提早或稍晚，不一定只能排在最後一個位置，同 時，可調整此一航機速度以達到保持隔離之要求；MultiFit 與 SpeedFit 類似，

MultiFit 除了可調整此一新到航機速度外，還可嘗試調整排序中的前後各一架航 機的抵達時間，使新到航機能符合隔離要求而能安插於其中。另外，模式並提供 有初步的流量管制功能。

2.3.2 SIMMOD 模擬模式應用

目前已知 SIMMOD 模擬模式可應用之分析課題如表 2-1 所示。且國內外已 有許多成功之應用實例，不論在學術上或實際應用上，其價值皆獲得肯定。

美國柏克萊大學 Kanafani［19］等人以 SIMMOD 模擬模式探討機場系統複 雜特性，以及如何重新規劃干擾現行航空器作業之結構建築。在研究中提出空邊 重新規劃管理之模型方法論的新觀念，進行干擾之分析，並以舊金山機場（SFO）

為個案，進行操作與設施構建之情境評估。

德國航太研究署導航部門Knabe 等人［21］，藉由SIMMOD 模擬模式之構建 基礎與理論邏輯，完成德國法蘭克福機場（FRA）容量增加之細部報告。報告中 收集了建立法蘭克福機場之相關資訊，並對SIMMOD 模擬模式提出一些觀點。

美國 FAA 垂直飛航小組的 Rakas 等人［26］應用 SIMMOD 模擬模式進行 Tiltrotor 與傳統航空器在相同終端管制區內之干擾分析，研究中以波士頓與紐約 終端管制區作為模擬區域，探討兩種航空器之間的干擾行為。根據航管人員評 估，未來每小時約有2-12 架 CTR（Civil Tiltrotor）營運，然而模擬結果顯示在每 小時未超過20 架 CTR 運作的情況下，將不會增加傳統航空器延誤的模擬結果。

Ricondo & Associates 公司［18］協助 Washington National Airport（DCA）、

Washington Dulles International Airport（IAD）及 San Francisco International Airport

（SFO）的機場營運者，建立及更新 SIMMOD 模擬模式之資料庫，以便於分析 如增建新跑道、滑行道等工程建設之效益分析。

表2-1 SIMMOD 模擬模式可使用分析之相關策略整理

研究類型 相關之策略改變

新航空公司的加入 航線之增減 航空運量

航班增減之影響

現存設施之擴充或移位 機門重新指派 機場設施

新設施之衝擊

地面路線計畫之修正 平行與密集起降 跑道和滑行道之型態 助航設施配置

新跑道之構建 停機坪作業

高速跑道之分析 等候策略與離場規則 機場結構設計和

航管程序

跑道和滑行道之待命行為 降低跑道佔用時間 隔離標準之修正 航路與空域之重新組合 空域設計和航管

程序 速度與高度限制 空域外型與航線之更新

輻軸網路之操作 目視與儀器飛航程序 交通需求與混合機隊 機場間之交互影響 尖峰小時離場順序重新分配 航管程序修正 航空管制操作項

目

普通航空與商用航空之隔離 排班修正

［40、41］

Mumayiz 等人［23］應用模擬模式進行芝加哥大湖區之空域模擬與分析，主 要目的在於評估新機場建立之替選區位，並在研究中選定航班延誤為其績效之衡 量指標。在模式構建步驟中，省略了機場空邊之完整結構，而直接建構空域基本 結構模式，而後收集連續七日之航空器飛航管制條（約 80,000 張），藉由資料的 分析，挑選出一個代表日，進行模式之修正工作，並利用 SIMMOD 模擬模式之 動畫功能，進行模式驗證的工作。

Kleinman 等人［20］則結合 SPSA（Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation）之數學規劃模式，來處理衡量每一架次地面等候時間的問題。並 應用 SIMMOD 模擬模式自行構建簡化機場結構之航空網路，對地面留置策略進 行分析，以期改善航空網路的延誤成本。其研究成果顯示延誤成本約可降低 10.3%。

至於國內應用 SIMMOD 之研究，陳朝文［42］首先針對國外廣泛使用之 SIMMOD 模式，探討其理論基礎與構建邏輯，包括機型定義、空域路網構建原則、

航機在空中移動原則、空邊路網之構建、空邊運作等；並蒐集松山機場及其鄰近 空域之特性資料，包括跑道、滑行道、登機門、航空公司、飛航班表、使用機型、

起降航管程序等；而後據以進行 SIMMOD 模擬模式之參數校估與模式驗證，以 瞭解其於國內之適用性。此外，亦進行跑道容量分析，探討在不同隔離、混合指 數及到場百分比下之跑道容量。

戚文豪［40］應用 SIMMOD 模擬模式透過松山機場個案之建立，進行模式 構建、修正、驗證與發展情境之應用，以確實瞭解該系統之適用性。研究內容分 為兩部分：第一部分藉由模擬邏輯與模式執行之探討，得到正確且完整之模擬執 行與分析資訊；第二部分則以松山機場作為模擬模式應用分析之個案，進行模擬 模式之構建、修正與驗證，並配合國內空運之發展現況，完成發展情境之建立與 分析。透過空域停留時間與空邊離場等候時間之驗證，顯示其研究所建立之松山 機場模擬模式與松山機場現況之差異比例在 5%以下，證實其所建立之松山機場 模擬模式能正確地表現出松山機場之航班作業情形。

郭權鋒［41］運用 SIMMOD 模擬模式構建國內北高空運走廊之雙機場系統

（台北松山機場與高雄小港機場）應用模式，藉此對 SIMMOD 模擬模式在實際 多機場系統應用之可行性上進行評估與探討。在模式驗證部分，對空域與空邊分 別選取航機空中時間與離場等候時間作為驗證指標，經驗證結果顯示其所構建之 雙機場系統模擬模式與松山機場、高雄機場、台北-高雄航線航班的實際運作狀 況之誤差皆在 7%以下，證實該模式可以正確表現航班實際運作的情形。此研究 為國內首次將 SIMMOD 模擬模式應用於多機場系統的規劃研究上，透過北高空 運走廊之個案研究，證實SIMMOD 模擬模式於國內之應用確實可行。

由於SIMMOD 之應用，需要大量的輸入資料，且其編輯器因撰寫年代久遠，

極欠缺親和性，且 SIMMOD 模擬模式所能夠提供之輸出資料繁多，使之在實際 應用上有相當多的選擇，但也增加了許多困難。戚文豪與郭權鋒將 SIMMOD 模

擬模式之運作邏輯與操作功能作一詳細探討，並對 SIMMOD 模擬模式於國內適 用性、輸出資料之可用性與應用方向提出許多建議。唯戚文豪僅針對單一機場及 鄰近空域作模式構建，郭權鋒雖針對雙機場構建，但僅討論一般正常情況下航機 之運作情形，對於在機場運作方式改變，甚至於關閉時，航機運作與延誤延滯之 情形，於文中皆付之闕如。因此本研究對此作一較為完整之補充。

2.4 SIMMOD 模擬模式與等候理論及其他模式之比較