民航協(xié)同決策(CDM)概念及分析

閆 然

(民航數(shù)據(jù)通信公司，北京 100191)

引 言

近幾十年來，全球航空運(yùn)輸發(fā)展勢頭迅猛，空中交通流量的上升造成了各國空中交通堵塞、航班延誤。針對這種情況，各國政府都采取了相應(yīng)的措施，如增加本國的空域范圍與基礎(chǔ)設(shè)施等。不可否認(rèn)，這些舉措緩解了現(xiàn)狀，但隨著各國國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，以上做法還不能從根本上解決空中交通的擁擠問題。各國逐步意識到航空運(yùn)輸一體化的重要性，提高相關(guān)部門之間的協(xié)同決策的能力，增強(qiáng)管制水平已成為了共識，而協(xié)同決策(collaborative decision making，簡稱CDM)正是一種在管制部門與航空公司之間進(jìn)行協(xié)調(diào)的有效方法［1］。

一 協(xié)同決策的概念

協(xié)同決策的概念最早出現(xiàn)在美國聯(lián)邦航空管理局的一次實(shí)驗(yàn)中，1993年9月，美國聯(lián)邦航空管理局通過航空數(shù)據(jù)交換協(xié)議(FAA/airline data exchange，簡稱FADE)實(shí)驗(yàn)，考證航空公司給空中交通流量管理(air traffic flow management，簡稱ATFM)部門提供的航班時(shí)刻表信息是否能提高空中流量管理效率。實(shí)驗(yàn)表明，協(xié)同決策的應(yīng)用能夠大幅度減少航班總體延誤。

在空中交通運(yùn)輸系統(tǒng)中，空管、機(jī)場、航空公司等組織之間，以及各組織內(nèi)部，在進(jìn)行相應(yīng)的工作過程中，往往需要多個(gè)組織同時(shí)參與一個(gè)工作流程，實(shí)現(xiàn)同一目標(biāo)。但目前缺少一種標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)同機(jī)制，導(dǎo)致無論是在各組織之間還是組織內(nèi)部都缺乏對工作流程所需信息的實(shí)時(shí)掌握，對資源的使用靈活性差、利用率低，造成了不必要的資源浪費(fèi)。

協(xié)同決策是一種政府與行業(yè)之間的聯(lián)合行動，首先由管制部門定出約束條件，然后航空公司在這些約束條件下優(yōu)化自己的運(yùn)作，最后在決策問題上達(dá)成一致。協(xié)同決策將空管、航空公司和機(jī)場聯(lián)系起來，通過信息交流、數(shù)據(jù)共享和改善決策支持工具，努力提高控制交通管理效率，確?？展?、航空公司和機(jī)場獲得用于計(jì)劃運(yùn)作的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息，幫助決策過程，旨在利用協(xié)作技術(shù)和程序改進(jìn)空中交通流量管理，為各方提供最大利益［2］。

二 協(xié)同決策在美國發(fā)展情況

協(xié)同決策是美國實(shí)施“自由飛行”項(xiàng)目第一階段的五個(gè)核心成果之一，是流量管理的一個(gè)子系統(tǒng)，致力于流量的優(yōu)化控制。它利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、開放式數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各個(gè)航空子系統(tǒng)的信息進(jìn)行融合、提煉，以一定的專家知識為背景進(jìn)行模擬與預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)一定的輔助性決策，進(jìn)而提高各個(gè)空中交通管理部門和航空公司的應(yīng)變與自動決策能力，通過協(xié)同工作以達(dá)到宏觀規(guī)模效益的目的性手段［3］。

協(xié)同決策的最初目標(biāo)是通過增強(qiáng)信息交換和協(xié)同來改善空中交通管理，快捷的信息和順暢的協(xié)調(diào)有助于管制者和國家空域系統(tǒng)(national airspace system，簡稱NAS)用戶做出更佳的決策，優(yōu)化空域資源，降低延誤，同時(shí)滿足國家空域系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。隨著空中交通流量的持續(xù)增加、空中擁塞的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)的流量管理方法已愈加顯得無力，需要更先進(jìn)的空中流量管理方法?？罩羞\(yùn)輸業(yè)中互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了協(xié)同決策的產(chǎn)生，包含網(wǎng)絡(luò)互連訪問協(xié)議(internet protocol，簡稱IP)、互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)的最新信息技術(shù)(information technology，簡稱IT)的采用，最新的航空公司和機(jī)場運(yùn)行系統(tǒng)的不斷開發(fā)。協(xié)同決策的產(chǎn)生，是傳統(tǒng)體系和新技術(shù)的結(jié)合體。

在協(xié)同決策制定之前，民航基于航班數(shù)據(jù)(official airline guide，簡稱OAG)發(fā)布航班信息，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)往往和發(fā)布的時(shí)刻表相差較大，航空數(shù)據(jù)交換協(xié)議經(jīng)常對已取消的航班并不知情，航空公司也很少知道航班延誤信息，因此，不能有效、充分地使用降落資源。航空公司被排除在決策過程之外，導(dǎo)致了在地面延誤程序中，航空數(shù)據(jù)交換協(xié)議和航空公司之間不能進(jìn)行有效的通信和協(xié)作。而協(xié)同決策使航空公司具有了提供最新航班數(shù)據(jù)的動力，航空公司能夠更多地參與到空中流量管理的決策過程中，通過數(shù)據(jù)交換，可以得到更好的航班信息，基于此信息的決策，獲得更加有效的運(yùn)行，從而降低延誤。

下面是美國實(shí)現(xiàn)協(xié)同決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的四個(gè)組件［4］，可以為建立中國的協(xié)同決策系統(tǒng)提供一個(gè)很好借鑒。

1.CDMnet:

是一個(gè)intranet網(wǎng)，連接國家空管運(yùn)行管理中心和航空公司運(yùn)行控制中心(Airlines Operation Center，簡稱AOC)。其中CDM Hub是協(xié)同決策的處理中心。

2.CDM Messages(協(xié)同決策報(bào)文):

AOC通過intranet網(wǎng)以協(xié)同決策報(bào)文的格式將他們的航班時(shí)刻更改發(fā)送給CDM Hub。

協(xié)同決策報(bào)文有3種類型:

(1)FC—Flight Create航班的創(chuàng)建

航空公司告知FAA那些OAG中沒有列出的航班，以及取消航班的恢復(fù)。

(2)FX—Flight Cancellation航班取消

航空公司告知FAA那些將不再飛行的航班。

(3)FM—Flight Modification航班變更

航空公司對現(xiàn)存的航班信息進(jìn)行修改，F(xiàn)M報(bào)文主要被用來發(fā)送延誤信息。

3.Flight Schedule Monitor(航班計(jì)劃監(jiān)視):

一種決策支持軟件系統(tǒng)，用于流量指揮中心和航空公司間航班數(shù)據(jù)和信息的交換和發(fā)布。

4.Aggregate Demand List(時(shí)隙需求傳輸列表):

一種規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸格式。

協(xié)同決策為流量指揮中心和航空公司提供了一個(gè)數(shù)據(jù)和信息交換與共享的環(huán)境，在此環(huán)境下，指揮中心可以實(shí)現(xiàn)由以前的單純指揮者向服務(wù)者轉(zhuǎn)換，為用戶提供更好的服務(wù)。由以前的指揮中心下達(dá)命令，航空公司被動接受，到航空公司具有更大的主動權(quán)，使航空公司等更多地參與到?jīng)Q策過程中，大大提高了他們的主動性和運(yùn)作的靈活性。

三 協(xié)同決策在中國的初步探索

中國對協(xié)同決策的研究，往往被誤解為僅僅是民航領(lǐng)域某工作流程中的參與者間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，而實(shí)際上數(shù)據(jù)共享僅僅是協(xié)同決策中最為基礎(chǔ)的內(nèi)容，它所帶來的影響還應(yīng)包括兩個(gè)方面:一方面是傳統(tǒng)工作流程上的改變，各個(gè)參與者不再是相互割裂的單一流程，而需要建立一個(gè)完整的、為所有流程參與者所認(rèn)可的、公開的工作流程;另一方面是文化、態(tài)度方面的改變，民航領(lǐng)域的工作流程中所有參與者應(yīng)該對目標(biāo)有一個(gè)共同認(rèn)知的理念，在整體協(xié)商中，參與者需要建立一種相互信任的理念，積極地共享信息，制定出總體最優(yōu)策略的同時(shí)，自身也實(shí)現(xiàn)了利益最大化。

中國尚未建立起全國性的空中交通流量管理系統(tǒng)，根據(jù)國外的成功經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)完整的協(xié)同決策協(xié)調(diào)機(jī)制需要在流量管理中心處建立一個(gè)協(xié)同決策中心協(xié)調(diào)席位，在全國范圍內(nèi)協(xié)調(diào)各區(qū)之間的流量時(shí)隙分配規(guī)劃，又分別在區(qū)級流量管理單元和終端區(qū)流量管理單元上建立各自的協(xié)同決策席位。中心協(xié)調(diào)主要負(fù)責(zé)區(qū)域級的流量時(shí)隙分配規(guī)劃，當(dāng)需要跨區(qū)級協(xié)調(diào)時(shí)隙分配時(shí)則負(fù)責(zé)上報(bào)上一級協(xié)同決策協(xié)調(diào)單位，最后在終端區(qū)、塔臺、機(jī)場和航空公司端設(shè)立相應(yīng)的協(xié)同決策席位，負(fù)責(zé)時(shí)隙調(diào)整反饋、飛行計(jì)劃更正、航路修正計(jì)劃提交等工作。

圖1 全國協(xié)同決策流量控制中心的協(xié)同決策協(xié)調(diào)工作流程

圖1是需要在全國范圍內(nèi)進(jìn)行流量控制協(xié)調(diào)的情況下，由全國流量控制中心進(jìn)行的一次協(xié)同決策協(xié)調(diào)工作流程，具體如下:

1.問題的發(fā)出。某區(qū)域流量管理中心的專家發(fā)現(xiàn)某機(jī)場的流量問題，認(rèn)為需要協(xié)調(diào)其他區(qū)域流量中心共同解決時(shí)，他就會將問題呈送給全國流量管理中心，或者全國流量管理中心的專家自己發(fā)現(xiàn)需要全國范圍的協(xié)調(diào)管理時(shí)，也會發(fā)送即將要進(jìn)行某個(gè)機(jī)場的協(xié)同決策流量計(jì)算指令。

2.要求航空公司提交最新的航班計(jì)劃。

3.航空公司將自己最新的航班計(jì)劃變更信息提交到中心數(shù)據(jù)庫中，航班計(jì)劃變更信息包括取消航班、航班延誤、新增航班、備降航班等。

4.10分鐘后，全國流量管理中心的專家再次對最新的信息進(jìn)行分析，如果潛在的問題得到解決，就發(fā)送取消協(xié)同決策計(jì)算指令;如果仍然存在問題，則采取協(xié)同決策壓縮算法。

5.全國流量管理中心將計(jì)算出來的建議時(shí)隙規(guī)劃下發(fā)給航空公司和各個(gè)管制部門;如果時(shí)間緊迫，就直接按照計(jì)算出來的時(shí)隙分配執(zhí)行。

6.航空公司可以在15分鐘內(nèi)就得到的時(shí)隙進(jìn)行調(diào)整，包括時(shí)隙取消、時(shí)隙交換等方式將時(shí)隙提交給中心數(shù)據(jù)庫。

7.全國流量管理中心再次對時(shí)隙反饋后的結(jié)果進(jìn)行分析。

8.進(jìn)入循環(huán)協(xié)同決策運(yùn)算過程，一次協(xié)同決策運(yùn)算的時(shí)間段為現(xiàn)在時(shí)間減去1～10個(gè)小時(shí)。這里的循環(huán)計(jì)算是因?yàn)?，有可能天氣變好，或者航空公司在不斷調(diào)整航班的緣故，致使系統(tǒng)可再次進(jìn)行新的協(xié)同決策運(yùn)算。

四 結(jié)語

綜上所述，協(xié)同決策是一種新的工作機(jī)制，是在原有基礎(chǔ)上建立的一種新的工作流程。在一次民航領(lǐng)域業(yè)務(wù)流程中有兩個(gè)以上的流程參與者共同參與的情形下，希望通過標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)同方式實(shí)現(xiàn)“由正確的人、正確數(shù)據(jù)和正確輸入信息，做出更好的決策”，在充分考慮各參與者自身利益的同時(shí)，最大程度利用各種資源。協(xié)同決策在國內(nèi)的應(yīng)用，必將在減少航班延誤、提高機(jī)場正常性、增強(qiáng)空管保障能力和提升航空公司效益方面發(fā)揮越來越大的作用。

［1］Tan Guang，Zhang Jun，Zhang Xuejun，et al.Concepts in Constructing CDM System［C］.China Proceedings of the 4th International Symposium onElectronics in the Air Transport Industry，8-9 January 2003.

［2］周沁，張學(xué)軍，張軍.機(jī)場流量管理模型的公平性與有效性研究［J］.中國科技信息，2005，4.

［3］顏曉東，朱道嫻，馬輝.美國空中交通流量管理體系及其對我國流量管理建設(shè)的啟示［J］.中國民用航空，2007，2.

［4］Michael Ball，Robert Hoffman，Thomas Vossen.Optimization and Mediated Bartering Models for Ground Delay Programs［A］.June 15，2002.