上海地區(qū)復(fù)雜天氣條件下的協(xié)同流量管理方法

梁 葉

（民航華東空管局，上海 200335）

近年來，隨著民航華東地區(qū)航班流量的大幅增長，上海浦東機(jī)場和虹橋機(jī)場（以下簡稱兩場）的航班量與日俱增，航班增長的剛性需求與有限空域資源之間的矛盾日趨尖銳，航班正常與安全保障壓力也相應(yīng)驟增。在這樣的態(tài)勢下，當(dāng)機(jī)場上空、航路、航線上出現(xiàn)強(qiáng)對流、臺風(fēng)、低云低能見度等復(fù)雜天氣條件時(shí)，為保障航空器的安全運(yùn)行，航班延誤難以避免。因此，如何應(yīng)對復(fù)雜天氣條件下航班大面積延誤已成為當(dāng)前民航空管的一項(xiàng)重要課題[1]。

1 復(fù)雜天氣與航班大面積延誤

長期以來，航班大面積延誤都是民航空管、機(jī)場、航空公司以及用戶關(guān)注的重點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2011年上海兩場全年始發(fā)航班497 682架次，航班正常率為75.41%，其中浦東機(jī)場為75.44%，虹橋機(jī)場為75.36%（本文選用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)沿用了2008年實(shí)施的《民航航班正常統(tǒng)計(jì)辦法》的統(tǒng)計(jì)規(guī)范）。影響航班正常的主要因素為：航空公司原因占44%，天氣原因占22%，空域航路限制原因占17%，飛機(jī)晚到原因占11%，流量控制原因占5%；從影響航班的主要因素所占比例來看，浦東機(jī)場和虹橋機(jī)場基本一致,天氣原因影響航班正常位于各種因素的第2位[2]，如圖1所示。

在出現(xiàn)延誤的航班中，延誤時(shí)間2 h以上的兩場合計(jì)1.5萬架次，峰值集中在夏季6～8三個(gè)月和冬季的1、2月份，航班大面積延誤月分布具有明顯的季節(jié)特征；而2011年上海兩場發(fā)布的機(jī)場警報(bào)的月分布峰值有3個(gè)，除了冬季和夏季的峰值以外秋末的11月份也存在一個(gè)相對的峰值，上海地區(qū)復(fù)雜天氣的發(fā)生與航班大面積延誤的月分布具有很好的相關(guān)性，如圖2所示，因此復(fù)雜天氣條件是造成上海兩場大面積航班延誤的主要原因。

圖2 2011年上海兩場的機(jī)場警報(bào)發(fā)布情況與2 h以上延誤航班的月分布特征Fig.2 Airport alert distribution and more than 2 h delay flights monthly distribution characteristics of Pudong and Hongqiao in 2011

2 協(xié)同流量管理的概念及實(shí)現(xiàn)方案

依據(jù)上文分析可以看出，復(fù)雜天氣條件是造成上海兩場航班大面積延誤的主要原因。要解決這一問題，需要引入科學(xué)的管理方法，充分利用現(xiàn)有資源，最終實(shí)現(xiàn)航班延誤總量的最小化。為此，華東空管運(yùn)行管理部門結(jié)合流量管理人員、空管人員、航空公司和機(jī)場的需求，提出了基于協(xié)同流量管理[3]方法的運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制方案。協(xié)同流量管理是一種旨在通過提高航空公司和機(jī)場在空中交通流量管理過程中的參與度來改善民航飛行流量狀況、減少航班長時(shí)間延誤的系統(tǒng)方法[4]，而運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制則是實(shí)現(xiàn)協(xié)同流量管理的可行方案之一。

2.1 協(xié)同流量管理的概念

協(xié)同流量管理是指空管、公司、機(jī)場及其他運(yùn)行相關(guān)方在對飛行計(jì)劃、飛行動(dòng)態(tài)共同感知的基礎(chǔ)上，按照運(yùn)行管理各個(gè)階段的主要任務(wù)，按照分配的角色和決策流程，圍繞疏導(dǎo)機(jī)場、扇區(qū)、航路擁塞問題（流量控制事件）而實(shí)施的航班計(jì)劃/飛行計(jì)劃調(diào)整和管制預(yù)案（clearance）的生成、發(fā)布及效果評估工作。

在即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生流量管理的情況下，空管、公司、機(jī)場及其他運(yùn)行相關(guān)方之間基于共享數(shù)據(jù)和分布式?jīng)Q策的原則，通過相應(yīng)的流量管理工具和方案,建立共同情景意識，融合多方的飛行數(shù)據(jù)信息，在流量管理行動(dòng)方式上進(jìn)行協(xié)作。他們之間協(xié)作關(guān)系的構(gòu)成可以用下式簡單表示

從上式中可以看出，參與協(xié)同的部門越多，協(xié)同管理越有效，協(xié)同策略效率越高。但若只有協(xié)同部門而沒有協(xié)同策略，或只有協(xié)同策略而沒有協(xié)同部門，協(xié)同管理的效率為零。協(xié)同組織越扁平，協(xié)同管理越有效。許多協(xié)同策略是通過流量管理方案來實(shí)現(xiàn)的，流量管理方案是協(xié)同管理的重要途徑和橋梁，因此制定出高效、協(xié)同的流量管理實(shí)現(xiàn)方案非常重要。

2.2 復(fù)雜天氣條件下協(xié)同流量管理的實(shí)現(xiàn)方案

協(xié)同流量管理的最佳實(shí)現(xiàn)方案是建立航班運(yùn)行協(xié)同決策系統(tǒng)[5]，自動(dòng)收集各類飛行信息并動(dòng)態(tài)更新航班計(jì)劃，并以此為依據(jù)，協(xié)同各方制定航班飛行計(jì)劃調(diào)整方案，從而實(shí)現(xiàn)航班長時(shí)間延誤總量的最小化?；诟鞣矫鏃l件的限制，目前搭建自動(dòng)化航班運(yùn)行協(xié)同決策系統(tǒng)的條件尚不成熟，而實(shí)施運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制則是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)協(xié)同流量管理的可行方案。

運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制是以視頻、電話會(huì)議等形式，集合航空公司、機(jī)場、空管、油料公司等運(yùn)行單位，相互協(xié)調(diào)，統(tǒng)一調(diào)配各類資源，在航班放行、延誤處置上進(jìn)行協(xié)同決策，在確保航空安全運(yùn)行的前提下有效提高航班正常率。目前，華東地區(qū)航班運(yùn)行協(xié)同決策系統(tǒng)的雛形——上海地區(qū)每日運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制已經(jīng)開始投入運(yùn)行。

在災(zāi)害性天氣發(fā)生的前一天，運(yùn)行管理部門協(xié)同各運(yùn)行相關(guān)方，根據(jù)氣象部門分析未來一天不利氣象天氣的發(fā)展規(guī)律及其影響區(qū)域和程度，并結(jié)合各航空公司次日運(yùn)行情況、上海兩場次日運(yùn)行態(tài)勢和空管部門次日運(yùn)行要求，對未來一天的航班運(yùn)行進(jìn)行預(yù)戰(zhàn)術(shù)流量管理。

在復(fù)雜天氣條件下，引起上海地區(qū)航班大面積延誤后，運(yùn)行管理部門協(xié)同各運(yùn)行相關(guān)方，根據(jù)氣象部門分析的當(dāng)時(shí)上海地區(qū)氣象條件、發(fā)展趨勢及主要航路天氣信息，收集上海兩場滯留航班數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)、分析航班延誤狀況及趨勢，及時(shí)制定流量管理方案，并向相關(guān)單位通報(bào)影響航班正常運(yùn)行的氣象信息和流量控制信息，同時(shí)積極協(xié)調(diào)軍方，啟用臨時(shí)航路，使用分流航線，臨時(shí)調(diào)整扇區(qū)，優(yōu)先安排長時(shí)間延誤航班放行，并及時(shí)調(diào)整流量管理方案，同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)行各方的溝通，定時(shí)向相關(guān)單位發(fā)布航班延誤、取消、返航、備降及其發(fā)展趨勢等信息，全面協(xié)調(diào)長時(shí)間延誤航班優(yōu)先放行事宜。

3 協(xié)同流量管理應(yīng)用實(shí)例

針對復(fù)雜天氣條件下出現(xiàn)的上海地區(qū)大面積航班延誤，自2011年8月份起上海地區(qū)啟動(dòng)了運(yùn)行協(xié)調(diào)會(huì)議。每日例行的運(yùn)行協(xié)調(diào)會(huì)議由空管運(yùn)行管理部門組織氣象部門、航空公司、機(jī)場、油料等運(yùn)行單位，相互協(xié)調(diào)，統(tǒng)一調(diào)配各類資源，在航班放行、延誤處置上進(jìn)行合理決策。運(yùn)行協(xié)調(diào)會(huì)議作為運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制的具體形式，其實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)了協(xié)同流量管理流程中戰(zhàn)術(shù)管理和實(shí)時(shí)流量管理的模塊功能，通過提高航空公司和機(jī)場在空中交通流量管理過程中的參與度，最終達(dá)到航班長時(shí)間延誤總量最小化的目標(biāo)。

上海地區(qū)運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制自啟動(dòng)以來，在應(yīng)對復(fù)雜天氣條件下大面積航班延誤中發(fā)揮了重要的作用。2012年2月21日06：30（北京時(shí)間，下同）開始，浦東機(jī)場出現(xiàn)低云低能見度天氣，低云云底高降至90 m 以下，21 日 12：30—16：00、19：00—22：30 以及 22日00：30—19：00云底高維持在30 m及以下，持續(xù)時(shí)間長達(dá)25 h。浦東機(jī)場遭遇了自1999年開航以來最嚴(yán)重的持續(xù)低云天氣，長時(shí)間的低云天氣造成大面積航班取消和延誤。2月22日，上海兩場共取消進(jìn)出港航班1 021架次，備降航班78架次，返航6架次，延誤2 h以上航班76架次。22日11：30空管運(yùn)行管理部門及時(shí)啟動(dòng)上海地區(qū)運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，積極協(xié)調(diào)各航空公司、機(jī)場、油料和相關(guān)管制單位，重點(diǎn)關(guān)注預(yù)計(jì)延誤2 h以上的航班。運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制啟動(dòng)期間，共協(xié)調(diào)51架次航班獲益，其航班延誤時(shí)間基本控制在2 h以內(nèi)。協(xié)調(diào)獲益航班架次占延誤航班架次的12.5%，占延誤2 h以上航班架次的65.4%。如表1所示。

表1 2012年2月22日各航空公司獲益航班Tab.1 Benefit airlines flights on February 22，2012（架次）

通過表1可以看出，運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制有效地控制了延誤2 h以上航班的總量，在處置大面積航班延誤中效果顯著。

4 結(jié)語

上海地區(qū)的航班正常率的分析表明，災(zāi)害性天氣是導(dǎo)致上海兩場大面積航班延誤的主要原因。為了實(shí)現(xiàn)上海兩場復(fù)雜天氣條件下航班長時(shí)間延誤總量的最小化，本文采用了協(xié)同流量管理方法，以運(yùn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了空管、航空公司和機(jī)場在空中交通流量管理中的協(xié)同決策，特別是在2012年2月22日的復(fù)雜天氣過程中發(fā)揮了較好的作用。協(xié)同流量管理的最佳實(shí)現(xiàn)方案是建立航班運(yùn)行協(xié)同決策系統(tǒng)，下一步的工作重點(diǎn)是建立自動(dòng)化航班運(yùn)行協(xié)同決策系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的使用，合理配置資源，優(yōu)化航空器起降活動(dòng)和交通排序，動(dòng)態(tài)調(diào)整空域容量和航班計(jì)劃，減少擁堵，提高飛行安全和效率，充分發(fā)揮空管、機(jī)場和航空公司的整體運(yùn)行效能，從而更科學(xué)地達(dá)到航班大面積延誤總量最小化的目的。

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[4]李 泉.基于CDM的ATFM策略分析及資源分配機(jī)制研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2006.

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