惡劣天氣下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

惡劣天氣下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

過 易（中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局，上海 200335）

摘 要：本文主要在對當(dāng)前空中流量管理的惡劣天氣預(yù)報方法及危險性進(jìn)行描述的基礎(chǔ)上，進(jìn)行惡劣天氣環(huán)境下地面等待和改航影響的具體措施的分析，并提出相應(yīng)的改航策略的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型。

關(guān)鍵詞：流量管理；惡劣天氣；地面等待；改航策略

在當(dāng)前的航空運(yùn)輸業(yè)飛速發(fā)展的過程中，空中交通流程有了較大幅度的增長，但是當(dāng)前的空域結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)布局和通信導(dǎo)設(shè)施等已經(jīng)較難與空中流量的增長速度相適應(yīng)。特別是在惡劣天氣影響下，需要對尚未起飛的航班進(jìn)采取地面等待，對于已經(jīng)起飛的航班進(jìn)行改航處理，從而避免在空域受限或者是管制服務(wù)能力下降的情況下，減少航空運(yùn)輸損失并確?？罩薪煌ǖ陌踩槙尺\(yùn)行。

一、惡劣天氣預(yù)報方法及危險性描述

1 危險天氣預(yù)報方法

當(dāng)前我國所采用的危險天氣預(yù)報方法主要有以下幾種類型：第一種是采用天氣圖，隨后配合衛(wèi)星云圖以及雷達(dá)資料等信息進(jìn)行天氣狀況的綜合診斷分析。第二種是動力學(xué)方法，其主要是采用電子計算機(jī)進(jìn)行大氣運(yùn)動的動力學(xué)方程組求解來進(jìn)行天氣預(yù)測分析，并且可以進(jìn)行短期、中期、長期預(yù)測。第三種是統(tǒng)計預(yù)報方法，其主要是在大量的長期性的氣象觀測資料基礎(chǔ)上，運(yùn)用概率統(tǒng)計學(xué)原理，從而尋找出天氣變化的統(tǒng)計規(guī)律，從而建立起有效的天氣變化統(tǒng)計學(xué)模型。

2 惡劣天氣危險性分析

對于航空管理來說，飛行中如果遭遇冰雹、風(fēng)變以及雷雨等天氣，勢必會造成部分空域容量在短時間內(nèi)的急速下降，不僅給該空預(yù)器的航空器帶來了較大的安全隱患，同時也會造成原有航班計劃的取消，從而導(dǎo)致大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此為了有效提升航空安全性并減少惡劣天氣給航空事業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失，就有必要進(jìn)行惡劣天氣影響區(qū)域的準(zhǔn)確預(yù)測和分析。

二、針對惡劣天氣環(huán)境下的地面等待和改航影響的具體措施

首先，在惡劣天氣環(huán)境下，地面控制中心應(yīng)與氣象中心保持高度聯(lián)系，在對未來天氣變化情況進(jìn)行充分了解的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案的制定，從而確保飛機(jī)的正常飛行，并有效減少事故發(fā)生的概率。其次，在突發(fā)惡劣天氣的情況下，地面控制中心應(yīng)采空域飛機(jī)就近機(jī)場迫降或者是改改航等方法，確保乘客及機(jī)組人員的人身安全。主要可以采用雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行飛行航線的制定以及迫降機(jī)場的選擇。在惡劣天氣情況下，機(jī)場應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的航班地面等待處理，與此同時還應(yīng)做好乘客的情緒安撫共工作，確保飛機(jī)不在惡劣天氣條件下起飛，這也是空中交通管制的主要目的和任務(wù)。

三、改航策略的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型

1 問題描述

通常情況下飛機(jī)的飛行過程是首先按照航路點(diǎn)飛行，隨后在飛機(jī)脫離航路后依照所規(guī)定的高度進(jìn)入空中走廊口，空中走廊飛行結(jié)束后會按照標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)場航線飛向起始進(jìn)近定位點(diǎn)IAF并開始進(jìn)近飛行，最終著陸并進(jìn)行滑跑后脫離跑道。

在以上描述中，如果將連接走廊口與飛行目的地之間的航路所遭受的惡劣天氣影響容量設(shè)定為0，且假設(shè)走廊口該飛機(jī)改航的啟示定位點(diǎn)K，相應(yīng)的目的地機(jī)場則為改航結(jié)束定位點(diǎn)。那么在該種情況下兩個定位點(diǎn)之間存在著一條最短的備選航路，而如果航班f通過該改航定位點(diǎn)飛往并沿該條路線飛往目的地機(jī)場，那么該架航班則不允許進(jìn)行航路的更改。在該過程中可以采用r1表示航班原飛行計劃；r2表示改航飛行計劃；Km（t）為不同機(jī)場所起飛的航班在相應(yīng)的時間片t∈Γ之前所到達(dá)K點(diǎn)的累積數(shù)量；Γ={1，...，T}為相應(yīng)時間間隔l的集合。以上表述中的Km （t）的取值主要是有原有航班計劃時刻表中獲取的。同時采用λ1表示從f到K定位點(diǎn)按照原有航路飛行所用的時間，λ2表示f到K定位點(diǎn)K選用最短備選航路所用的時間，λ2-λ1為備選航路飛行的額外飛行時間。在此表述過程中需要注意的是λ2-λ1應(yīng)該能夠整除時間間隔l，其整除倍數(shù)為n。

2 決策變量

采用Xm（t）表示為時間片t前所達(dá)到K該航點(diǎn)的總航班數(shù)量，而YmQ（t）則是指在情景Q下，位于t之前通過改航點(diǎn)的航班數(shù)量。ZmQr i（t），i=1，2則表示該情景下，按照航路ri飛行并在時間片t之前飛往目的地機(jī)場的總航班數(shù)量。SmQr i（t+λi）表述為情景Q下，在相應(yīng)的時間片t+λi前所到達(dá)目的機(jī)場的航班總數(shù)量。

通過以上假定和決策變量可以將不同時間段內(nèi)起飛機(jī)場的地面等待總量表述為：

與此同時，航班在經(jīng)過改航點(diǎn)K前，可能會進(jìn)行相應(yīng)的空中等待，那么在情景Q下就可以將其空中等待總量進(jìn)行一下表述和計算：

KHm=Xm（t）-YmQ（t）

另外，在相應(yīng)的情景Q時間段內(nèi)，由于航路改變所增加的額外飛行時間可以進(jìn)行一下表述和計算：

Δt=SmQr 2（T+λ2）×（λ2-λ1）

3 目標(biāo)函數(shù)

目標(biāo)函數(shù)建立的主要作用是進(jìn)行最小的延誤成本的計算，具體可以用下列方式進(jìn)行表達(dá)：

在該項表達(dá)式中，第一項內(nèi)容是指在相應(yīng)的時間片T之前整體航班地面等待過程中產(chǎn)生的延誤成本的綜合；第二項內(nèi)容是相應(yīng)的空中等待過程中所產(chǎn)生的延誤成本的綜合；第三項內(nèi)容表述的則是由于改航所造成的額外飛行總成本。gc表述為地面等待單位時間內(nèi)消耗的成本，ac表述的是空中等待過程中單位時間所耗費(fèi)的成本，l則則為相應(yīng)的航班地面以及空中平均等待時間。如果再次過程中某一架航班并沒有在對應(yīng)的時間片內(nèi)通過或者的到達(dá)改航點(diǎn)，應(yīng)將其視為在空中或者是地面等待了一個時間間隔l，由于我國主要是是5min作為一個基本單位計劃航班起飛時刻，因此該時間時間隔應(yīng)取值為5min。

結(jié)語

從以上問題描述和決策變量以及目標(biāo)函數(shù)分析來看，還動態(tài)改航模型所采用的決策變量是對到達(dá)各個航路點(diǎn)的航班數(shù)量計劃，并不是進(jìn)行各個航空器到達(dá)時間的分配，可以在運(yùn)用RBS資源分配算法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行各個航班分配放行以及到達(dá)時間的計算。

參考文獻(xiàn)

[1]朱士新，需求不確定條件下考慮通用航空的地面等待策略[J].中國民航大學(xué)學(xué)報，2012（03）：13-17.

中圖分類號：V355

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A