空中交通流量管理中地面等待策略問題的探討

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷的迅猛發(fā)展，國民收入不斷增加，人們外出公干旅游較之以往飛速增長(zhǎng)，而選擇乘坐飛機(jī)作為交通工具的人群也日益增多。因此我國各大航空公司的飛機(jī)、航線數(shù)量都突飛猛進(jìn)，但由于空中交通還有很多區(qū)域并沒有開放，這也客觀上導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)航班延誤，是繼除天氣影響第二大航班延誤的重要原因。正因?yàn)槿绱耍瑸榫徑夂桨嘌诱`問題，本文制作了一套空中交通流量管理模型。這套模型的原理是如果機(jī)場(chǎng)會(huì)因?yàn)樘鞖獾脑蚨鴮?dǎo)致航班的延誤，這種情況是無法避免的。將各個(gè)機(jī)場(chǎng)的出發(fā)航班以及到達(dá)航班進(jìn)行有效的管理，合理分配各個(gè)航班，這個(gè)模型可以有效的緩解航班延誤的問題。這個(gè)系統(tǒng)將國內(nèi)5個(gè)最重要的樞紐機(jī)場(chǎng)的航班流通量的數(shù)據(jù)結(jié)合起來對(duì)模型進(jìn)行了仿真計(jì)算。我們可以通過模擬得知，該模型會(huì)為航班提供調(diào)整策略，也會(huì)幫助航空部門制定相應(yīng)的航班計(jì)劃，使策略更安全更有效，也因此能大幅度降低航班延誤的可能。

關(guān)鍵詞：空中交通流量 地面等待策略 探討

中圖分類號(hào)：V355.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（c）-0209-02

隨著我國目前的經(jīng)濟(jì)騰飛和旅游業(yè)的蒸蒸日上，越來越多的人選擇了乘坐飛機(jī)出門，但往往經(jīng)常遇到航班延誤，在2003年1月初，剛投入使用半年多的云南昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)就因?yàn)槭軔毫犹鞖庠?，?dǎo)致約450架次航班被迫取消，約7600名旅客滯留。這也是目前航班經(jīng)常出現(xiàn)延誤的一個(gè)明顯縮影。也正因?yàn)槿绱?，飛機(jī)航班的延時(shí)會(huì)給乘客造成不同程度的影響與不便利與此同時(shí)，給航空公司的經(jīng)濟(jì)帶來了極大的影響。甚至?xí)p害了航空公司和機(jī)場(chǎng)的聲譽(yù)。更為重要的是，因?yàn)楹桨嘌诱`帶來的安全隱患，也為機(jī)場(chǎng)及飛行領(lǐng)域造成很多不確定因素。正因如此，空中交通流量的管理對(duì)于民航管理有一定的保證，也給航空公司的管理帶提供了基本的保障。

本文使用一種新型的地面等待管理的模型來試圖降低航班延誤縮出現(xiàn)的問題。這種方案采用不同于現(xiàn)今的技術(shù)，使地方等待、合理規(guī)范時(shí)間、優(yōu)化了航班的原始方案，使效率有了很大程度的提高。

1 等待策略

在無法擴(kuò)建機(jī)場(chǎng)跑道或無法更新空管設(shè)備等增加機(jī)場(chǎng)承載量的手段下，那么就需要研究有效的空中交通流量管理（ATFM）的方案來試圖降低延誤損失。目前空中交通流量管理（ATFM）主要采用減少空中交通堵塞方法是采取地面等待策略也就是在機(jī)場(chǎng)營運(yùn)高峰時(shí)期有目的讓部分的乘客在機(jī)場(chǎng)進(jìn)行等候，這樣的延遲可以簡(jiǎn)單的避免空中的堵塞。有很大的原因是因?yàn)橹篮桨喑霈F(xiàn)了不能改變的延遲。那就讓航班在地面延遲，這樣相比在空中延遲要安全的多，同時(shí)也更經(jīng)濟(jì)。不能只考慮一個(gè)機(jī)場(chǎng)，而是要考慮整個(gè)機(jī)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)，在通過如通信、天氣預(yù)報(bào)等方面了解到機(jī)場(chǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的承載量情況，在航班起飛之前就可以協(xié)調(diào)航班在機(jī)場(chǎng)的起降，這樣能大大的有效減緩堵塞情況的發(fā)生，從而將航班的調(diào)度進(jìn)行最大限度的優(yōu)化。這種地面等待策略已經(jīng)在國外實(shí)行很多年了。

2 關(guān)于等待模型的具體特點(diǎn)

2.1 模型實(shí)施的基本保證

（1）本模型不考慮隨機(jī)因素的影響，默認(rèn)航班在執(zhí)行飛行過程中所花費(fèi)的時(shí)間確定。至于現(xiàn)實(shí)中因?yàn)闄C(jī)械、人員、天氣等原因造成的飛行時(shí)間不確定不在本模型考慮范圍之內(nèi)。

（2）本模型忽略不計(jì)航班飛行路線中的承載量限制，只對(duì)機(jī)場(chǎng)起飛以及降落的承載量進(jìn)行限制。在我國，仍然在航路管理體制上存在問題，這也導(dǎo)致了在航路個(gè)管制區(qū)域中的承載量太過于復(fù)雜，這就將很多不確定因素帶入到了模型的求解當(dāng)中。在現(xiàn)實(shí)中，很多時(shí)候都是因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)到原因造成了航班的延誤，而航線等因素的影響相對(duì)較小。

（3）空中等待問題是在模型中默認(rèn)成為不存在的。在航空飛行中，地面等待的成本大大的低于空城等待所需要的成本。在將花費(fèi)最小化的函數(shù)作為目標(biāo)的模型中，空中延誤是不被考慮的。所以在本模型對(duì)空中等待這一參數(shù)是要進(jìn)行忽略的。

（4）這個(gè)模型假設(shè)所有的機(jī)場(chǎng)的承載量能夠完全的提供所有航班在合理的延遲的時(shí)間內(nèi)保證飛行。在一般情況下，在交通的高峰時(shí)期之后的機(jī)場(chǎng)擁有的承載量是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于飛行的需求量的。

2.2 模型的具體特點(diǎn)如下

在我們國家，有相當(dāng)多的一部分機(jī)場(chǎng)關(guān)于地面等待這方面問題的研究中，通常會(huì)假設(shè)機(jī)場(chǎng)的起飛的承載量是無窮多的，所以就只是想了到達(dá)額承載量。但在實(shí)際運(yùn)營中，國內(nèi)多數(shù)機(jī)場(chǎng)往往只有一條跑道，所有客機(jī)的起飛和降落都使用這一條跑道，跑道承載的壓力十分巨大。但也有兩條跑道的機(jī)場(chǎng)時(shí)不多的，一些國際機(jī)場(chǎng)會(huì)擁有兩條跑道，也有少數(shù)機(jī)場(chǎng)會(huì)有雙跑道。但是這兩條跑道并不是單獨(dú)運(yùn)行的，所以起飛和到達(dá)的承載量必須要相互進(jìn)行制約。所以這個(gè)模型對(duì)機(jī)場(chǎng)的起飛承載量和到達(dá)承載量進(jìn)行了充分的考慮，在此之外，模型還對(duì)航班的連續(xù)航程對(duì)延誤帶來的累積效應(yīng)進(jìn)行了進(jìn)一步的考慮。

2.3 目標(biāo)函數(shù)

模型定義變量xf，t和yf，t，分別表示航班f在第t時(shí)間段之前到達(dá)或出發(fā)為1，否則值為0。其中f∈F，F(xiàn)為航班集合；t∈T為時(shí)間段集合。xf，t和yf，t都是步進(jìn)變量。

模型的目標(biāo)是機(jī)場(chǎng)地面等待時(shí)間最小化。

為了能更好的協(xié)調(diào)機(jī)場(chǎng)地面等待的時(shí)間，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)機(jī)場(chǎng)集合Z中的機(jī)場(chǎng)z設(shè)定不同的優(yōu)先級(jí)別。因此，在模型的目標(biāo)函數(shù)里加入機(jī)場(chǎng)地面等待系數(shù)kz， kz∈[0，1]。kz的取值越接近1，那么機(jī)場(chǎng)的優(yōu)先級(jí)越高，因此就可以判斷出機(jī)場(chǎng)的延誤時(shí)間。

目標(biāo)函數(shù)因此變?yōu)椋簕kz[t（yt-y，t-1）-Df]} （2）

其中是z機(jī)場(chǎng)出發(fā)的航班集合。因此，當(dāng)kz取值為1時(shí)，式（2）與式（1）相同。

2.4 約束條件

步進(jìn)變量定義：

3 結(jié)語

我國的航天航空的分布都不是特別的均勻，在一些比較發(fā)達(dá)的城市擁有了很大一部分的承載能力。本文結(jié)合了較發(fā)達(dá)的幾個(gè)城市的機(jī)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并且運(yùn)用到模型中進(jìn)行了仿真的測(cè)試，但是由于對(duì)機(jī)場(chǎng)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)并沒有一定的限制，所以檢驗(yàn)的結(jié)果有一定的片面性。

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