機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘分析

鞠璐

（中國(guó)民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘分析

鞠璐

（中國(guó)民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

本文關(guān)注機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)所反映出的機(jī)場(chǎng)容量問(wèn)題，進(jìn)而得出簡(jiǎn)單的機(jī)場(chǎng)容量結(jié)論。方法是通過(guò)對(duì)機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，對(duì)實(shí)例機(jī)場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的容量評(píng)估。

第一分析了機(jī)場(chǎng)運(yùn)行歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。第二分析歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析的方法在機(jī)場(chǎng)容量評(píng)估中的作用。

機(jī)場(chǎng)運(yùn)行；歷史數(shù)據(jù)；機(jī)場(chǎng)容量；容量評(píng)估

1 緒論

改革開放以來(lái)，我國(guó)民用航空業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期。特別是80年代以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，為航空運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展提供了良好的外部環(huán)境，80～90年代，航空運(yùn)輸量以年平均近20%的速度增長(zhǎng)。航空運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致我國(guó)的空中交通系統(tǒng)面臨日益嚴(yán)峻的考驗(yàn)。我國(guó)的飛行流量分布極不均勻，僅北京首都、上海虹橋和廣州白云三大機(jī)場(chǎng)就集中了我國(guó)民航約40%的旅客量和50%的貨物量。流量如此集中，再加導(dǎo)航技術(shù)落后，受限空域多，部分空域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)欠合理，因此，盡管我國(guó)的空中交通流量與發(fā)達(dá)國(guó)家相差甚遠(yuǎn)，但空中交通的擁擠狀況卻嚴(yán)重的多，并因此引起大量的航班延誤。

空中交通擁擠問(wèn)題并不能簡(jiǎn)單的通過(guò)增加管制員人數(shù)的方法來(lái)解決，因此，流量管理的概念應(yīng)運(yùn)而生。它的任務(wù)是在空中交通流接近或達(dá)到空中交通管制可用能力時(shí)，適時(shí)地進(jìn)行調(diào)整，保證空中交通流量最佳的流入或通過(guò)相應(yīng)區(qū)域，盡可能提高機(jī)場(chǎng)、空域可用容量的利用率。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是通過(guò)對(duì)空中交通流進(jìn)行安排和疏導(dǎo)來(lái)改善空中交通狀況。

要進(jìn)行流量管理就必須對(duì)空中交通容量進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，這是流量管理的基礎(chǔ)和前提。而流量管理的主要目的就是在滿足一定性能指標(biāo)的條件下，調(diào)整交通需求與那些容量限制單元的容量相匹配。由此可見(jiàn)，容量問(wèn)題的研究是空中交通流量管理的關(guān)鍵技術(shù)，與此同時(shí)，容量評(píng)估也是空域規(guī)劃與評(píng)估的重要內(nèi)容。

2 機(jī)場(chǎng)容量研究

2.1 機(jī)場(chǎng)容量與跑道容量

2.1.1 機(jī)場(chǎng)容量定義

機(jī)場(chǎng)容量是衡量一個(gè)機(jī)場(chǎng)吞吐能力的重要指標(biāo)，又分為：實(shí)際容量和最大容量。這兩種定義的最大不同在于服務(wù)請(qǐng)求是否持續(xù)不斷的。實(shí)際容量是隨著飛行實(shí)際服務(wù)需求變化的，具有一定的隨機(jī)性；而最大容量則與此無(wú)關(guān)，因此可以作為評(píng)判空域提供服務(wù)能力的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 跑道容量定義

跑道容量是指跑道單位時(shí)間內(nèi)能夠接受飛機(jī)的最大起降架次。目前有兩種概念來(lái)描述跑道系統(tǒng)容量：極限容量和實(shí)際容量。極限容量反映的是系統(tǒng)理論最大服務(wù)能力，而實(shí)際容量因各個(gè)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)條件不一、可接受延誤水平定義不同，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議適用所有機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)。

2.2 影響因素

影響機(jī)場(chǎng)容量的因素有很多，一般來(lái)說(shuō)，容量取決于機(jī)場(chǎng)跑道容量和機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)容量。本文重點(diǎn)研究機(jī)場(chǎng)跑道容量對(duì)機(jī)場(chǎng)容量的影響。而影響跑道容量的關(guān)鍵因素有：

（1）飛機(jī)的類型和性能；

（2）進(jìn)離場(chǎng)航空器的跑道占用時(shí)間；

（3）尾流安全間隔標(biāo)準(zhǔn)；

（4）跑道運(yùn)行模式；

（5）可用的快速脫離道及其與跑道間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。

由此可見(jiàn)，在進(jìn)行跑道容量評(píng)估時(shí)，不同的影響因素，跑道容量也會(huì)有很大的變化。

3 基于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的機(jī)場(chǎng)容量評(píng)估

3.1 基于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的評(píng)估方法

基于歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的容量評(píng)估方法是一種客觀的容量評(píng)估方法，是在通過(guò)統(tǒng)計(jì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)而分析運(yùn)算容量。①采集大量的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，歸納歷史數(shù)據(jù)的特點(diǎn)；②根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)；選取樣本統(tǒng)計(jì)時(shí)段（通常為1h、30min或15min）；③根據(jù)有效數(shù)據(jù)量，確定容量曲線擬合方法，方法主要為根據(jù)所包含數(shù)據(jù)占總采樣數(shù)據(jù)的百分比擬合；④確定曲線擬合參數(shù)，主要方法是根據(jù)所包含數(shù)據(jù)占總采樣數(shù)據(jù)的百分比（通常為95%）來(lái)確定；④根據(jù)擬合的容量曲線，確定其所包含的最大值樣本點(diǎn)，得到歷史運(yùn)行容量。該方法主要適用于機(jī)場(chǎng)和繁忙扇區(qū)的評(píng)估，為計(jì)算機(jī)仿真評(píng)估結(jié)果提供參考。

由評(píng)估流程可以看出，該方法對(duì)歷史數(shù)據(jù)要求比較高，主要要求包括：

（1）全面性：所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)數(shù)量充足，詳細(xì)程度應(yīng)能夠滿足評(píng)估需求，能夠全面反映評(píng)估對(duì)象的基本特征和運(yùn)行規(guī)律。

（2）真實(shí)性：所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)渠道明確，質(zhì)量可靠，并由數(shù)據(jù)提供部門確認(rèn)。

（3）有效性：所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)能夠反映評(píng)估對(duì)象的運(yùn)行常態(tài)，對(duì)于其中客觀存在但屬于偶發(fā)情況的奇異數(shù)據(jù)應(yīng)予刪除。

（4）時(shí)效性：所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)能夠反映評(píng)估對(duì)象在近期運(yùn)行環(huán)境下的狀況，同時(shí)根據(jù)具體評(píng)估方法的要求，適當(dāng)擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集周期。

3.2 國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

3.2.1 長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

根據(jù)長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)提供的2011年10月、12月各前20d的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，本文對(duì)長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

一組數(shù)據(jù)是長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)2011年冬春航季期間12月前20d的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)（2011.12.1～2011.12.20）。

另一組數(shù)據(jù)是長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)2011年夏秋航季期間10月前20d的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)（2011.10.1～2011.10.20）。

從而得到分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。

表1

比對(duì)2011年10月和12月的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以看出，夏秋航季的整體航班量多于冬春航季，但是兩個(gè)航季的高峰小時(shí)流量相差無(wú)幾。

進(jìn)而，再根據(jù)10月和12月的進(jìn)離場(chǎng)散點(diǎn)圖對(duì)長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行進(jìn)行分析。根據(jù)長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)歷史飛行計(jì)劃（2011.10.1～2011.10.20、2011.12.1～2011.12.20）及觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本文采用的容量包線包含的樣本數(shù)據(jù)是在200個(gè)左右采樣高峰時(shí)段至少出現(xiàn)3～4次的樣本數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖 1～2）。

2011.10.1～2011.10.20：

1h高峰航班起降架次共取樣203個(gè)，最大觀測(cè)值為起飛16架次/h，降落16架次/h；容量包絡(luò)線包含的最大樣本點(diǎn)為（起飛13架次/h，降落15架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為4次。

2011.12.1～2011.12.20：

1h高峰航班起降架次共取樣202個(gè)，最大觀測(cè)值為起飛14架次/h，降落17架次/h；容量包絡(luò)線包含的最大樣本點(diǎn)為（起飛13架次/h，降落14架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

圖1 2011.10.1～2011.10.20進(jìn)離場(chǎng)散點(diǎn)圖

圖2 2011.12.1～2011.12.20進(jìn)離場(chǎng)散點(diǎn)圖

3.2.2 武漢天河機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

采取和長(zhǎng)沙類似的分析方法，，本文根據(jù)武漢天河機(jī)場(chǎng)提供的2011年2月和9月的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)武漢天河機(jī)場(chǎng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

一組數(shù)據(jù)是武漢天河機(jī)場(chǎng)2011年冬春航季期間一個(gè)月的實(shí)際航班數(shù)據(jù)（2011.2.1～2011.2.28）。

另一組數(shù)據(jù)是武漢天河機(jī)場(chǎng)2011年夏秋航季期間一個(gè)月的實(shí)際航班數(shù)據(jù)（2011.9.1～2011.9.30）。

從而得到了如表2的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

表2

對(duì)比一下兩個(gè)月的數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)，在冬春和夏秋兩個(gè)航季期間，武漢天河機(jī)場(chǎng)的航班活動(dòng)基本持平，并無(wú)明顯差距。下面本文通過(guò)比較進(jìn)離場(chǎng)散點(diǎn)圖來(lái)找出冬春、夏秋航季間的不同。

根據(jù)武漢天河機(jī)場(chǎng)歷史飛行計(jì)劃（2011.2.1～2011.2.28、2011.9.1～2011.9.30）及觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本文采用的容量包線包含的樣本數(shù)據(jù)是在200個(gè)左右采樣高峰時(shí)段至少出現(xiàn)3～4次的樣本數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖3～4）。

圖3 2011.2.1～2011.2.28

2011.2.1～2011.2.28：

1h高峰航班起降架次共取樣210個(gè)，最大觀測(cè)值為起飛15架次/h，降落17架次/h；容量包絡(luò)線包含的最大樣本點(diǎn)為（起飛10架次/h，降落18架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

圖4 2011.9.1～2011.9.30

2011.9.1～2011.9.30：

1h高峰航班起降架次共取樣205個(gè)，最大觀測(cè)值為起飛15架次/h，降落13架次/h；容量包絡(luò)線包含的最大樣本點(diǎn)為（起飛9架次/h，降落17架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

3.3 歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析在機(jī)場(chǎng)容量評(píng)估中的作用

歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析在機(jī)場(chǎng)容量評(píng)估中占有重要的位置。該方法所涉及的方面較為全面，主要有高峰小時(shí)流量、航班正常率、放行正常率、跑道占用時(shí)間、跑道系統(tǒng)滑行道系統(tǒng)延誤等。通過(guò)該方法，可以得到機(jī)場(chǎng)的當(dāng)前最大容量、可接受的最大容量、高峰小時(shí)服務(wù)能力等等方面。在分析過(guò)程中，通盤考慮影響因素，結(jié)合實(shí)例機(jī)場(chǎng)的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)當(dāng)前運(yùn)行的瓶頸，并提出行之有效的改善方案。在不降低機(jī)場(chǎng)保障能力的前提下，最大限度的提高機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率，增加機(jī)場(chǎng)容量。

運(yùn)用歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析方法不但能夠客觀地反映出機(jī)場(chǎng)運(yùn)行現(xiàn)存的問(wèn)題，還能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)際情況相結(jié)合，針對(duì)不同機(jī)場(chǎng)各自的運(yùn)行特點(diǎn)提出不同的改善方案。

綜上所述，歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析的方法適用性較高。采集機(jī)場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用仿真模型、計(jì)算機(jī)程序即可得出需要分析比對(duì)的圖表。

4 總結(jié)與展望

本文對(duì)機(jī)場(chǎng)容量的評(píng)估方法做了簡(jiǎn)單研究。在許多專家學(xué)者對(duì)該課題的研究基礎(chǔ)上，首先介紹了機(jī)場(chǎng)容量、機(jī)場(chǎng)跑道容量的研究，然后利用長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)和武漢天河機(jī)場(chǎng)提供的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，最后在分析基礎(chǔ)上闡述了歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析在機(jī)場(chǎng)容量評(píng)估工作中的作用。

但還是有一些問(wèn)題有待進(jìn)一步解決，其中包括：

（1）在進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析的過(guò)程中，沒(méi)有將軍航活動(dòng)、天氣變化對(duì)機(jī)場(chǎng)航班活動(dòng)的影響因素計(jì)算在內(nèi)，但在實(shí)際運(yùn)行中，這兩者對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的限制影響不容忽視。

（2）機(jī)場(chǎng)容量評(píng)估需要一套完整的系統(tǒng)理論與計(jì)算機(jī)程序的支持，需要分析的項(xiàng)目也很多，更扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和更完善的程序在未來(lái)的評(píng)估工作中將起到關(guān)鍵性的作用。

[1]洪飛.跑道容量評(píng)估的理論模型與應(yīng)用研究[D].天津：中國(guó)民航大學(xué)，2007.

[2]林 鍵，等.跑道容量模型與計(jì)算方法研究[J].交通與計(jì)算機(jī)，2008，26（6）.

[3]中國(guó)民航總局空域管理處基于歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析的機(jī)場(chǎng)最大容量評(píng)估方法.

[4]何昕，等.機(jī)場(chǎng)跑道容量評(píng)估模型研究[J].航空計(jì)算技術(shù)，2010，40.

TP311.1

A

1004-7344（2016）35-0256-02

2016-11-9

鞠璐（1989-），女，助理工程師，本科，主要從事空中交通管制工作。