空中交通流量管理中地面等待策略問題的研究

呂罡

【摘要】地面等待是解決空中交通擁堵的主要方式，具有安全性和經(jīng)濟性高的優(yōu)點。本文就空中交通流量管理地面等待策略問題進行研究。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，地面等待策略可以分為靜態(tài)和動態(tài)、確定性和隨機性、單機場地面等待和多機場地面等待、時間驅(qū)動和事件驅(qū)動幾類；文章就單機場靜態(tài)地面等待分析、多機場地面等待分析、基于事件驅(qū)動的地面等待策略及其模型的優(yōu)缺點做簡要分析。

【關(guān)鍵詞】空中交通流量管理 地面等待 模型設(shè)計

中圖分類號： V355 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2015）01（c）0000-00

0.引言

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國航空運輸事業(yè)發(fā)展迅速，航空運輸量快速增長。尤其在航空運輸商業(yè)化后，空中交通流量呈幾何趨勢增長。但是，由于空域結(jié)構(gòu)以及空中交通流量管理水平存在較大問題，空中交通管理擁堵一直成為制約我國航空運輸事業(yè)發(fā)展的主要問題。不僅造成飛機航班延誤，影響乘客出行，損害了航公公司的聲譽。而且航班延誤也帶來諸多安全隱患，給機場和飛行領(lǐng)域帶了許多不確定因素。因此，還需進一步加強地面等待策略研究，優(yōu)化空中交通流量管理。

1.地面等待策略

地面等待是指讓飛機在地面等待的方式控制和管理空中交通流量的一種策略，通過地面等待達到航空流量與空域容量、地域容量相匹配的目的，從而實現(xiàn)提高航空資源的利用效率，盡可能減少發(fā)生航班延誤情況，保證航空飛行安全[1]。地面等待策略的本質(zhì)在于用地面等待替代空中等待，及提高安全性，也更加經(jīng)濟可行。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，地面等待有以下多種類型：

第一，以決策制定時間進行分類，地面等待可分為靜態(tài)和動態(tài)兩類。靜態(tài)是指在求解模型前已做好所有決策，例如當(dāng)前內(nèi)某時段計劃航班數(shù)、起飛及降落時間都已事前確定；動態(tài)是指求解模型前未確定固定決策，而是根據(jù)情況不斷更新決策。

第二，以機場容量是否確定進行分析，地面等待可分為確定性和隨機性兩類?？罩薪煌ú僮髡埱蠛蜋C場容量之間的矛盾是地面等待問題的核心，但是只有操作請求才可以預(yù)測和確定，而機場容量受天氣以及其它不確定因素的影響，機場容量處于不斷變化和不可預(yù)測狀態(tài)。

第三，以對象機場多少進行分類，地面等待可分為單機場地面等待和多機場地面等待兩類。單機場地面等待是指目標(biāo)機場單一，它是地面等待問題研究初期重點研究方向；多機場等待是基于單機場地面等待中的問題產(chǎn)生的。

第四，以系統(tǒng)驅(qū)動模式進行分析，地面等待可分為時間驅(qū)動和事件驅(qū)動兩類。時間驅(qū)動是根據(jù)時間區(qū)間進行研究的地面等待模式，事件驅(qū)動是指把航班起飛、到場著陸視為輸入事件，相應(yīng)的時刻作為系統(tǒng)的服務(wù)時間[2]。

2.地面等待分析

2.1單機場靜態(tài)地面等待分析

從上文對隨機性地面等待策略分析可以看出，隨機性的最大特點為目標(biāo)機場容量的不確定性，國外研究學(xué)者Richetta和Odoni針對對單機場靜態(tài)隨機地面等待提出一個地面等待模型，即RICHETTA模型。該模型最大的優(yōu)點在于考慮目標(biāo)機場到場容量的隨機性，而且該模型可以整組處理到場飛機航班，忽略單個航班引起的復(fù)雜的約束條件。但是，該模型存在的缺點也較多，例如決策變量數(shù)量多、模型規(guī)模大，增加求解難度，而且是否可用線形規(guī)劃方法求解該模型仍有待證明。

2.2多機場地面等待分析

多機場地面等待最為明顯的特點在于它需要考慮各個機場之間的相互聯(lián)系和相互影響引起的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。多機場地面等待模型有BS、VBO等，以Bertsimas和Stock針對對機場地面等待提出 BS模型為例[3]。BS模型為了簡化操作，只考慮擁擠由目標(biāo)機場到場容量限制造成的情形。和單機場地面等待模型相比，該計算模型考慮了多個機場之間相互聯(lián)系對地面等待的影響，因而多機場地面等待模型較單機場地面等待模型更貼近空管系統(tǒng)實際運行情況。另外，BS模型相比于VBO以及其它多機場地面等待模型，BS模型還有更多的優(yōu)點，例如形式間接、求解速度快、可利用對應(yīng)松弛問題求得最優(yōu)解等等。但是BS模型設(shè)計作者并未明確指出BS模型與對應(yīng)松弛問題之間的相互關(guān)系，更沒有從理論上證明兩者之間的關(guān)系，因而BS模型仍屬于求解過程較為繁瑣和費事的模型。

2.3基于事件驅(qū)動的地面等待策略

基于事件驅(qū)動的地面等待策略主要研究對象是有航班起降事件產(chǎn)生的樣本路徑，具體操作為利用有限擾動分析技術(shù)預(yù)測估計變動對系統(tǒng)性能和等待產(chǎn)生的延遲費用產(chǎn)生的影響。國外研究人員Panayiotou和Cassandras借助某機場的情形設(shè)計出基于事件驅(qū)動的地面等待策略。該模型具的優(yōu)點較為明顯[4]。它屬于分布式地面等待計算模型，可所占性強；模型計算簡單，家算計內(nèi)存消耗小，易執(zhí)行；可用于處理如同軍用飛機等未知飛行物；同時該模型還無需進行優(yōu)化離散處理，方便了計算處理。但是，該模型也具有一些缺點，如沒將機場間的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)納入考慮范圍，部分情況在多機場環(huán)境下不成立。

3.結(jié)語

隨著我國航空事業(yè)不斷發(fā)展，機場容量需求也會相應(yīng)增。而滿足不斷增長的容量需求，又必須要建設(shè)高效實用的地面等待策略，科學(xué)合理的對航空交通管理制度進行優(yōu)化，提高空中、地面容量的利用率，改善航空交通環(huán)境。

【參考文獻】

[1]楊光. 空中交通流量管理中地面等待策略問題的探討[J]. 科技資訊，2013，（12）.

[2]郭偉. 淺談空中交通流量管理中的多元受限地面等待策略[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013，（19）.

[3]王來軍，胡大偉，高揚，史忠科. 機場流量管理中地面等待問題優(yōu)化模型[J]. 交通運輸工程學(xué)報，2014，（03）.

[4]林文. 空中交通流量管理中的多機場地面等待問題的研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014，（20）.