GDP機(jī)場(chǎng)時(shí)隙協(xié)同分配技術(shù)研究

摘 要：我國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)尚不完善的空管系統(tǒng)帶來了較大挑戰(zhàn)。本文結(jié)合CDM的理念，側(cè)重考慮航班延誤對(duì)旅客造成的損失，提出時(shí)間價(jià)值系數(shù)這一概念，繼而研究如何分配使旅客延誤損失最小時(shí)隙。在最優(yōu)化模型基礎(chǔ)上，使得航班安排有了可變動(dòng)空間，從而提高航空公司提交航班取消或延誤信息的積極性，也有助于CDM的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：空中交通流量管理；協(xié)同決策；地面延誤程序；時(shí)隙分配；RBS算法

一、我國(guó)民航背景介紹

民航業(yè)是全球化運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，隨著中國(guó)GDP長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)，民航運(yùn)輸業(yè)也始終保持較高的增長(zhǎng)速度。全國(guó)各地機(jī)場(chǎng)的興建，航空公司的收購(gòu)飛機(jī)，還是成立商飛自主研制飛機(jī)，這都征兆著我國(guó)民航也在躍進(jìn)式發(fā)展，并趕超歐美。然而，我國(guó)民航業(yè)發(fā)展相比發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，存在著空域有限，雷達(dá)管制、雷達(dá)監(jiān)控下的程序管制、程序管制等各種管制方式共存，從業(yè)人員年齡偏小，許多航空運(yùn)營(yíng)單位分散復(fù)雜的的問題，這同也凸顯我國(guó)年輕民航的不成熟。

隨著我國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展、航班急劇增加，空中交通網(wǎng)絡(luò)日趨擁擠。當(dāng)預(yù)測(cè)到機(jī)場(chǎng)的流量超出即將超出容納范圍時(shí)，流量管理部門就需要采取措施緩解管制部門的壓力， 協(xié)同式地面等待程序（CDM GDP）就是一種安全高效的手段。其原理是當(dāng)機(jī)場(chǎng)容量和降落航班的需求不對(duì)等時(shí)，通過一定的時(shí)隙分配算法為延誤的航班計(jì)算分配降落時(shí)隙，讓其在起飛機(jī)場(chǎng)等待，而非在飛行中改航、備降和空中等待，降低了費(fèi)用，減小航班的總延誤時(shí)間。NEXTOR 研究小組將時(shí)隙分配分為初始分配和再次分配兩個(gè)階段， 并提出了RBS與conpression算法， 在美國(guó)廣泛應(yīng)用。本文旨在將航班延誤對(duì)旅客造成的經(jīng)濟(jì)損失這一因素加入到傳統(tǒng)算法中。

二、基于旅客延誤損失的分配方法

1、航班延誤引發(fā)的旅客經(jīng)濟(jì)損失

結(jié)合航空運(yùn)輸延誤特有的計(jì)算方式，每名旅客單位時(shí)間內(nèi)的延誤損失（Vp）可以按照下列公式算出：Vp=A·W/2000式中，W為全國(guó)工人的年平均工資，2000是一年中有效率的工作時(shí)間平均值。依照不同的出行目的，民航旅客通?？煞譃楣珓?wù)出行、旅游出行和探親出行三類，其所占的比例大致為6：3：1。而根據(jù)研究表明，這三種旅客的時(shí)間價(jià)值比約為14：5：5。因此，本文中將國(guó)內(nèi)航班中旅游出行和探親出行類旅客的A值定為3（ 參照標(biāo)準(zhǔn)為京滬線、京廣線民航與鐵路平均票價(jià)的比值，以及國(guó)外相關(guān)研究閉），國(guó)內(nèi)公務(wù)出行類旅客約等于8.4。國(guó)際航班旅客的時(shí)間價(jià)值通常為國(guó)內(nèi)航班的1.5～2倍，因此將國(guó)際航行中旅游出行和探親出行類旅客A取5，會(huì)議出行類旅客A取14。對(duì)任一航班而言，航行延誤導(dǎo)致旅客的經(jīng)濟(jì)損失（Ct ）計(jì)算公式如下：Ct =N·w·Vp·（Tg +Ta）式中，w為航班的上座率，N為平均載客人數(shù)。

2、模型函數(shù)

在執(zhí)行程序時(shí)間內(nèi)不能安排時(shí)隙降落的航班依次累計(jì)在之后的時(shí)段中， 直到所有航班都擁有獨(dú)自時(shí)隙降落為止。具體描述時(shí)隙分配算法之前， 首先有下面的符號(hào)規(guī)定：F---所有包含在CDM GDP程序中的航班集合；

3、模型算法

（1）排列的生成：根據(jù)約束條件和目標(biāo)函數(shù)，可以生成n行n列的矩陣，分別代表航班和時(shí)隙，每一行和為一，表示一個(gè)航班只能有一個(gè)時(shí)隙，每一列和小于等于一，表示一個(gè)時(shí)隙最多分給一個(gè)航班（一一對(duì)應(yīng)），具體見下表：

算法

輸入：所有航班預(yù)計(jì)起飛時(shí)間及可用時(shí)隙。

輸出：最小總延誤損失及對(duì)應(yīng)的航班——時(shí)隙列表

求出一種航班與時(shí)隙的對(duì)應(yīng)方法

void cal_X（int l，int k，int o，int p，int X[n][m]）

{

if（l>=k&&o;>=p）{；}

else {

for（int q=l；q

for（int r=o；r

{

if（X[q][r]==1）

{

for（int s=o；s

if（s！=r） X[q][s]=0；

for（int s=l；s

if（s！=q） X[s][r]=0；

cal_X（l，q-1，o，r-1，X[n][m]）；

cal_X（l，q-1，r+1，p，X[n][m]）；

cal_X（q+1，k，o，r-1，X[n][m]）；

cal_X（q+1，k，r+1，p，X[n][m]）；

}

}

}

2.3.2 計(jì)算這種排序所生成的延誤值

先通過單位時(shí)間總延誤損失W計(jì)算出C

float cal_C（int i，int j）

{

float a=0，b=0，c=0，d=0；

a=（t[j]-ota[i]）；

b=pow（a，v+1）；

c=cal_W（i）；

d=c*b；

return d；

}

將C作為參數(shù)代入下面函數(shù)中，計(jì)算出一種排序的航空公司總延誤

float cal_Airline（）

{

int i=0，j=0，k=0；

float sum=0，C[n][m]；

for（i=0；i

for（j=0；j

C[i][j]=0；

for（i=0；i

for（j=0；j

{

C[i][j]=cal_C（i，j）；

sum+=C[i][j]*X[i][j]；

}

return sum；

}

2.3.3優(yōu)化排列

排列生成后，為找到最小總延誤及對(duì)應(yīng)列表，需要進(jìn)行比較，如果當(dāng)前總延誤大于計(jì)算總延誤，則以計(jì)算總延誤作為新的當(dāng)前總延誤，否則保持當(dāng)前總延誤，

if（sum>temp）

{

sum=temp；

for（int d=0；d

for（int c=0；c

{

C_X[d][c]=X[d][c]；

X[d][c]=1；

}

}

算法基本流程如下：

1. 算法開始，輸入所有航班的預(yù)計(jì)起飛時(shí)間和可用時(shí)隙；

2. 隨機(jī)獲取一種排序，計(jì)算總延誤損失；

3. 判斷當(dāng)前總延誤損失減去計(jì)算總延誤損失是否大于等于零（初始總延誤損失設(shè)為正無(wú)窮），若是，計(jì)算總延誤損失替代當(dāng)前延誤損失，否則，當(dāng)前總延誤損失保持；

4. 判斷所有可能排序情況是否考慮到，若存在還未考慮到的排序情況，轉(zhuǎn)入2，否則，轉(zhuǎn)入5；

5. 輸出當(dāng)前延誤總損失及對(duì)應(yīng)的時(shí)隙分配列表，算法結(jié)束；

2.3.4最優(yōu)化結(jié)果

在程序運(yùn)行完所有可能的排序后，得出的是最優(yōu)值，運(yùn)用隊(duì)列存儲(chǔ)最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的排序，分配方案由此而定。

結(jié)束語(yǔ)：機(jī)場(chǎng)時(shí)隙協(xié)同分配技術(shù)的研究在國(guó)內(nèi)尚處在起步階段，特別是針對(duì)航班延誤對(duì)旅客造成的損失還沒有準(zhǔn)確的定量研究。通過檢索的文獻(xiàn)及國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域研究，以往的方法都是Thomas Vossen提出的方法進(jìn)行改進(jìn)。本文僅是創(chuàng)新了航班延誤對(duì)旅客造成的經(jīng)濟(jì)損失，但并未改進(jìn)一個(gè)更能體現(xiàn)公平性、工效性、有效性的模型及算法。對(duì)于機(jī)場(chǎng)時(shí)隙協(xié)同分配技術(shù)的研究，我們可以結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，找到更好的體現(xiàn)公平、工效、有效的方法，創(chuàng)新出一個(gè)新的函數(shù)模型。

作者簡(jiǎn)介：焦南圖（1990-），男，河北深澤，交通運(yùn)輸，本科，研究方向：空中交通管制.