多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法研究

陸嘉旻

摘 要：近年來，在交通需求量相對(duì)較大的區(qū)域，多機(jī)場(chǎng)現(xiàn)象已經(jīng)十分普遍，由于多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)存在空域結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)場(chǎng)密集性高、交通流量大等特征，使其成為事故高發(fā)的區(qū)域之一，對(duì)空中交通運(yùn)行效率產(chǎn)生一定的影響，在此背景下，該文針對(duì)多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法展開研究，為改善多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)航班運(yùn)行狀態(tài)作出努力。

關(guān)鍵詞：多機(jī)場(chǎng)終端區(qū) 進(jìn)場(chǎng)航班 排序方法

中圖分類號(hào)：V355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（c）-0021-02

多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)即不少于兩個(gè)相鄰機(jī)場(chǎng)的大型聯(lián)合終端區(qū)域，在此區(qū)域中的機(jī)場(chǎng)在運(yùn)行過程中通常受相鄰機(jī)場(chǎng)的機(jī)場(chǎng)分布、機(jī)場(chǎng)跑到數(shù)量與方向、空域結(jié)構(gòu)、管制單位保障能力、航空器性能等因素的影響，對(duì)多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法進(jìn)行分析，可以為改善多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)離場(chǎng)航線的影響提供途徑。

1 現(xiàn)有多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法分析

1.1 局部最優(yōu)枚舉法

此方法的原理是將多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)的進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)航班流按照目的地機(jī)場(chǎng)進(jìn)行分流，然后利用局部航班序列枚舉，確定最優(yōu)解，例如將某多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)中的一個(gè)進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)按照目的地分為兩個(gè)列隊(duì)，此時(shí)在進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)排序時(shí)，可能第一隊(duì)第一架航班先，也可能第二隊(duì)第一架航班先，在航班達(dá)到序列方面也存在對(duì)應(yīng)兩種可能，通過對(duì)不同航班排序的延誤成本進(jìn)行計(jì)算，可以獲取成本最小的排列，在機(jī)場(chǎng)落地航班確定的情況下，將對(duì)應(yīng)航班從進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)隊(duì)列中出去，以此逐漸類推可以獲取進(jìn)場(chǎng)航班的進(jìn)場(chǎng)序列[1]。此種方法在使用的過程中要綜合考慮機(jī)場(chǎng)、定位點(diǎn)雙重因素，所以在關(guān)鍵排序點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)隙浪費(fèi)的可能性較大。

1.2 以進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)目標(biāo)過點(diǎn)時(shí)間為基礎(chǔ)的先到先服務(wù)法

此方法的原理是先通過航班過進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)的預(yù)計(jì)時(shí)間進(jìn)行排序，然后對(duì)各韓版進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)目標(biāo)過點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，在對(duì)航班間尾流間隔進(jìn)行確定的基礎(chǔ)上，分配機(jī)場(chǎng)時(shí)隙資源，可見此方法在應(yīng)用的過程中強(qiáng)調(diào)進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)資源的使用情況及分配，但在實(shí)際應(yīng)用的過程中，由于不同進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)至對(duì)應(yīng)機(jī)場(chǎng)所消耗的時(shí)間存在差異，在應(yīng)用時(shí)也會(huì)產(chǎn)生時(shí)隙浪費(fèi)，而且延誤成本控制的難度也相對(duì)較大。

1.3 以機(jī)場(chǎng)目標(biāo)達(dá)到時(shí)間為基礎(chǔ)的先到先服務(wù)法

此方法的原理是結(jié)合航班落地的預(yù)計(jì)時(shí)間對(duì)機(jī)場(chǎng)航班進(jìn)行排序，并對(duì)各航班的機(jī)場(chǎng)目標(biāo)達(dá)到時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)內(nèi)機(jī)場(chǎng)至進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)之間的飛行時(shí)間相減，計(jì)算出進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)目標(biāo)過點(diǎn)時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)進(jìn)場(chǎng)排序，此方法在應(yīng)用的過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)場(chǎng)接受率，所以機(jī)場(chǎng)到達(dá)時(shí)隙浪費(fèi)的程度較小，但不可否認(rèn)其存在傳遞延誤的特點(diǎn)[2]。

可見現(xiàn)有多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法雖然表現(xiàn)出多樣化的特征，但其在應(yīng)用的過程中均存在一定的缺陷，為保證空間時(shí)隙資源的充分利用，筆者在以上排序方法的基礎(chǔ)上，提出以下兩種排序方法。

2 以固定航線為基礎(chǔ)的多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法

多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班通常在進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)和相應(yīng)的機(jī)場(chǎng)跑道頭都要進(jìn)行排隊(duì)，而且在進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)和機(jī)場(chǎng)的目標(biāo)達(dá)到時(shí)間均要接受管制員的時(shí)隙分配，所以在排序的過程中要結(jié)合多機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際特征和進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)間隔、跑道尾流間隔、時(shí)間窗、最大位置交換、終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)容量等方面的約束，確定航班總延誤時(shí)間或成本最小的順序。假設(shè)在排序的過程中，航班時(shí)刻和空域單元容量均為已知條件，而空中等待是航班延誤的主要形式，而且進(jìn)場(chǎng)航線具有固定性和唯一性，則可以建設(shè)以延誤值最小為基礎(chǔ)的多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法模型，即，其中FAFm代表最后進(jìn)近定位點(diǎn)；代表航班a至參考點(diǎn)r的可行時(shí)間集合；代表航班a過參考點(diǎn)r預(yù)計(jì)過點(diǎn)時(shí)間；是一種決策變量，在航班a在時(shí)間t內(nèi)可以順利的到達(dá)參考點(diǎn)r，則其取值為1，如果其并不能順利的到達(dá)，則其取值為0； A則代表網(wǎng)絡(luò)中航班a的集合[3]。結(jié)合該模型可以發(fā)現(xiàn)，在此模型排序的過程中強(qiáng)調(diào)最后進(jìn)近定位點(diǎn)的各進(jìn)場(chǎng)航班的總延誤達(dá)到最小的程度，所以在跑道位置的優(yōu)化排序可以視為所要獲得的最優(yōu)排序，在此排序中只有達(dá)到進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)前后進(jìn)場(chǎng)與最后進(jìn)近定位點(diǎn)之間可能發(fā)生延誤情況。在此模型應(yīng)用的過程中航空器需要在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)順利通過參考點(diǎn)；兩架航空器要在設(shè)定的排序點(diǎn)同時(shí)符合間隔約束條件的要求；相鄰航班滿足最后進(jìn)近定位點(diǎn)位置的尾流間隔約束；進(jìn)場(chǎng)和最后進(jìn)近定位點(diǎn)的延誤要在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，在交通流與新交通流匯聚時(shí)，交通流中航空器的順序不應(yīng)發(fā)生變化，在排序前后航空器次序的差額要在最大允許交換位置的范圍內(nèi)；結(jié)合先到先服務(wù)的原則，在初始排隊(duì)中靠后的航空器的預(yù)計(jì)過點(diǎn)時(shí)間應(yīng)更大；另外，在各機(jī)場(chǎng)的進(jìn)場(chǎng)航班數(shù)量應(yīng)在其進(jìn)場(chǎng)容量的允許范圍內(nèi)，以上均是次序排列的約束條件[4]。

除以上模型外，在固定航線時(shí)序排列方面還存在以延誤

成本最小為基礎(chǔ)的排序模型，

，其中K代表相關(guān)航空公司構(gòu)成的集合；WK代表K航班絕對(duì)優(yōu)先權(quán)重集；Ca為航班a延遲降落的單位延誤成本[5]。在兩種模型構(gòu)建完成后，引入遺傳算法進(jìn)行排序，其主要步驟是，先對(duì)航班信息進(jìn)行全面讀取，以進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)航班進(jìn)行列隊(duì)分配，然后在對(duì)種群初始化的基礎(chǔ)上，對(duì)染色體對(duì)應(yīng)航班隊(duì)列的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并在其基礎(chǔ)上計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)，確定種群中的最優(yōu)和最差個(gè)體，在確定進(jìn)化代數(shù)在最大代數(shù)以下的情況下，利用輪盤賭選擇種群中的染色體，并以交叉概率的形式對(duì)其實(shí)現(xiàn)交叉操作，以變異概率的形式對(duì)其實(shí)現(xiàn)變異操作，在以上環(huán)節(jié)充分進(jìn)行的的情況下，進(jìn)行遺傳效果的評(píng)估，對(duì)種群最優(yōu)函數(shù)值進(jìn)行輸出，以此確定航班隊(duì)列順序以及相應(yīng)的目標(biāo)達(dá)到或過時(shí)間等，這對(duì)提升空中交通的有效性具有積極的作用。

3 以靈活航線分配為基礎(chǔ)的多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法

現(xiàn)階段經(jīng)常存在多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)相同進(jìn)場(chǎng)方向設(shè)定多條可選進(jìn)場(chǎng)航線的情況，為降低進(jìn)場(chǎng)航線選擇耦合而導(dǎo)致的間隙浪費(fèi)，提升空域的利用效率，需要在靈活航線分配的環(huán)境中確定有效的進(jìn)場(chǎng)航班排序方法，此方法即要為所有航班分配有效的進(jìn)場(chǎng)航線、進(jìn)場(chǎng)定位點(diǎn)，而且要對(duì)其進(jìn)行排序，同時(shí)其在航線交叉點(diǎn)間隔滿足安全需要和相關(guān)規(guī)定的要求，現(xiàn)階段在此方面建立的排序模型為，其中F代表航班的集合；R代表進(jìn)場(chǎng)航線集合；代表制定航線終止排序點(diǎn)；Tf，r，p代表航空器f在航線r的p點(diǎn)位置的連續(xù)時(shí)間變量；Af，r為決策變量，當(dāng)航空器f的進(jìn)場(chǎng)航線分配與預(yù)期的r一致的情況下，其為1，如果與預(yù)期的r不一致為為0；在以靈活航線分配為基礎(chǔ)的多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序模型建立后，同樣需要引入遺傳算法，具體的計(jì)算過程與以固定航線為基礎(chǔ)的多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法計(jì)算基本一致。現(xiàn)階段部分機(jī)場(chǎng)通過構(gòu)建多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序輔助決策系統(tǒng)提升排序的準(zhǔn)確性和效率，效果十分顯著，應(yīng)積極推廣和借鑒。

4 結(jié)語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)機(jī)場(chǎng)間的相互影響，并有意識(shí)的通過探索有效的多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)進(jìn)場(chǎng)航班排序方法，使多機(jī)場(chǎng)終端區(qū)的航班運(yùn)行得到保證，這是現(xiàn)代空中交通運(yùn)輸發(fā)展過程中急需解決的問題，應(yīng)受到高度關(guān)注。

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