機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度問題研究(三)：研究熱點(diǎn)與挑戰(zhàn)

尹嘉男，馬園園，胡明華

(1.南京航空航天大學(xué) 國家空管飛行流量管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 211106) (2.英國帝國理工學(xué)院 土木與環(huán)境工程系交通研究中心，倫敦 SW7 2AZ) (3.中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所，南京 210007)

0 引 言

飛行區(qū)資源調(diào)度作為機(jī)場運(yùn)行管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是挖掘資源效益、優(yōu)化飛行流量、緩解擁堵延誤、增強(qiáng)飛行性能的有效手段。隨著機(jī)場物理結(jié)構(gòu)的不斷龐大，以及空中交通流量的不斷密集，飛行區(qū)資源調(diào)度問題的復(fù)雜程度更是日益增加[1-2]。在過去的數(shù)十年間，飛行區(qū)資源調(diào)度主要聚焦于容量評估、跑道調(diào)度、場面優(yōu)化等領(lǐng)域，已取得一系列的理論研究與應(yīng)用實(shí)踐成果。近年來，隨著飛行區(qū)資源調(diào)度問題研究的不斷深入和拓展，在傳統(tǒng)研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上，該領(lǐng)域正萌芽出一系列新的研究熱點(diǎn)，例如容量預(yù)測、跑道配置、態(tài)勢感知、空地調(diào)度、性能權(quán)衡等，而隨之在相應(yīng)的模型、算法和應(yīng)用等方面也存在諸多挑戰(zhàn)。

機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度問題共涉及概念內(nèi)涵、體系框架、發(fā)展脈絡(luò)、發(fā)展趨勢、研究熱點(diǎn)和主要挑戰(zhàn)等諸多方面，本文為該研究系列之三。在全面分析國內(nèi)外機(jī)場運(yùn)行管理領(lǐng)域的理論研究和應(yīng)用實(shí)踐成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)聚焦飛行區(qū)資源調(diào)度的研究熱點(diǎn)與挑戰(zhàn)問題，以期為航空運(yùn)輸領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展提供方向指引和參考依據(jù)。

1 研究視角

機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度領(lǐng)域的研究成果較多且雜亂，本節(jié)從調(diào)度對象、時空屬性、調(diào)度環(huán)境、管理范疇、調(diào)度時序和應(yīng)用場景六個視角，對其進(jìn)行了梳理分類，如圖1所示。

圖1 機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度研究視角分類Fig.1 Classification of research perspectives about resource scheduling in airfield area

1.1 調(diào)度對象

根據(jù)調(diào)度對象的不同，可將飛行區(qū)資源調(diào)度劃分為單一化資源調(diào)度和一體化資源調(diào)度[3-4]。

(1) 單一化資源調(diào)度。聚焦飛行區(qū)某一類單獨(dú)資源要素的調(diào)度問題，例如跑道資源調(diào)度、滑行道資源調(diào)度、停機(jī)位資源調(diào)度等。

(2) 一體化資源調(diào)度。聚焦兩個及以上飛行區(qū)資源要素(跑道、滑行道、停機(jī)位)的集成調(diào)度問題，例如滑行道資源與停機(jī)位資源一體化調(diào)度、跑道資源與場面資源一體化調(diào)度等。

1.2 時空屬性

根據(jù)時空屬性的不同，可將飛行區(qū)資源調(diào)度劃分為時間資源調(diào)度和空間資源調(diào)度[5-6]。

(1) 時間資源調(diào)度。對航空器使用飛行區(qū)資源要素的具體時間進(jìn)行調(diào)度，例如跑道起降時間、滑行道節(jié)點(diǎn)通過時間、停機(jī)位進(jìn)出時間等。

(2) 空間資源調(diào)度。對航空器使用飛行區(qū)資源要素的空間標(biāo)識進(jìn)行調(diào)度，例如跑道編號、滑行段/節(jié)點(diǎn)編號、停機(jī)位編號等。

1.3 調(diào)度環(huán)境

根據(jù)調(diào)度環(huán)境的不同，可將飛行區(qū)資源調(diào)度劃分為靜態(tài)資源調(diào)度和動態(tài)資源調(diào)度[7-8]。

(1) 靜態(tài)資源調(diào)度。調(diào)度環(huán)境的全部信息均已知，且不考慮不可預(yù)測的擾動因素而進(jìn)行的調(diào)度，例如靜態(tài)容量評估、靜態(tài)/確定型跑道調(diào)度等。

(2) 動態(tài)資源調(diào)度。調(diào)度環(huán)境的部分信息已知，且考慮不可預(yù)測的擾動因素而進(jìn)行的調(diào)度，例如動態(tài)容量預(yù)測/評估、動態(tài)/隨機(jī)型跑道調(diào)度、滾動時域/滑動時間窗調(diào)度等。此時，需根據(jù)不斷獲取的動態(tài)信息(氣象預(yù)報信息、最早著陸時間、目標(biāo)起飛時間等)，對調(diào)度方案進(jìn)行實(shí)時更新和調(diào)整。

1.4 管理范疇

根據(jù)管理范疇的不同，可將飛行區(qū)資源調(diào)度劃分為微觀資源調(diào)度和宏觀資源調(diào)度[9-10]。

(1) 微觀資源調(diào)度。主要面向資源運(yùn)行層面，側(cè)重資源個量調(diào)度，即對每一架航空器的資源使用需求進(jìn)行個體控制，例如跑道起降調(diào)度、滑行路徑優(yōu)化、停機(jī)位分配等。

(2) 宏觀資源調(diào)度。包括兩個層面：一是側(cè)重資源總量調(diào)度，即對航空器群體的資源使用需求進(jìn)行總量控制，例如跑道運(yùn)行模式配置、停機(jī)位推出率控制等；二是面向資源規(guī)劃層面，即在當(dāng)前資源效益接近或者達(dá)到最大時，結(jié)合資源未來發(fā)展需求，對其進(jìn)行中長期規(guī)劃。

1.5 調(diào)度時序

根據(jù)調(diào)度時序的不同，可將飛行區(qū)資源調(diào)度劃分為戰(zhàn)略資源調(diào)度、預(yù)戰(zhàn)術(shù)資源調(diào)度和戰(zhàn)術(shù)資源調(diào)度[11-13]。

(1) 戰(zhàn)略資源調(diào)度。側(cè)重飛行活動實(shí)施前七天以上，通過協(xié)調(diào)機(jī)場資源管理活動、預(yù)測分析飛行需求和資源可用情況，制定飛行區(qū)資源規(guī)劃方案、航空器資源使用計(jì)劃等。

(2) 預(yù)戰(zhàn)術(shù)資源調(diào)度。側(cè)重飛行活動實(shí)施前一至七天，根據(jù)機(jī)場可用資源狀況、飛行計(jì)劃、特殊事件等信息，形成飛行區(qū)資源預(yù)配置計(jì)劃、容流互適應(yīng)調(diào)配方案等。

(3) 戰(zhàn)術(shù)資源調(diào)度。側(cè)重飛行活動實(shí)施當(dāng)日，根據(jù)實(shí)時的機(jī)場可用資源狀態(tài)、飛行動態(tài)和氣象條件等信息，制定飛行區(qū)資源動態(tài)調(diào)度方案、空中交通動態(tài)調(diào)度方案等。

1.6 應(yīng)用場景

根據(jù)應(yīng)用場景的不同，可將飛行區(qū)資源調(diào)度劃分為常態(tài)資源調(diào)度和應(yīng)急資源調(diào)度[14-15]。

(1) 常態(tài)資源調(diào)度。面向機(jī)場常態(tài)運(yùn)行場景，在機(jī)場飛行區(qū)各類資源要素未受到相關(guān)非常態(tài)事件(惡劣天氣、重大活動、突發(fā)事件、設(shè)備故障等)的影響，或者受影響程度較小可忽略不計(jì)時而進(jìn)行的調(diào)度。

(2) 應(yīng)急資源調(diào)度。面向非常態(tài)運(yùn)行場景，針對惡劣天氣、重大活動、突發(fā)事件、設(shè)備故障等運(yùn)行場景，對機(jī)場飛行區(qū)各類資源要素進(jìn)行快速識別和調(diào)度，并確保機(jī)場資源應(yīng)急調(diào)度與事先規(guī)劃的應(yīng)急預(yù)案之間的相互協(xié)調(diào)。

2 研究熱點(diǎn)

從20世紀(jì)60年代開始，機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度領(lǐng)域在傳統(tǒng)的時空資源調(diào)度方面已取得顯著研究成果，即在有限的資源供給條件下如何為進(jìn)離場航班分配最優(yōu)的時間和空間調(diào)度方案。隨著理論研究的深入拓展和應(yīng)用實(shí)踐的牽引驅(qū)動，近幾年該領(lǐng)域萌芽出一系列新的研究需求。下面分別針對機(jī)場運(yùn)行容量預(yù)測、跑道運(yùn)行模式配置、場面滑行態(tài)勢感知、機(jī)場空地聯(lián)合調(diào)度、資源調(diào)度性能權(quán)衡五個方面，闡述機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2.1 機(jī)場運(yùn)行容量預(yù)測

早期的機(jī)場容量研究主要聚焦靜態(tài)容量評估問題，旨在為航班時刻優(yōu)化、戰(zhàn)略流量管理等提供數(shù)據(jù)支撐。隨著預(yù)戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)術(shù)層面的理論研究和實(shí)際應(yīng)用工作的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)的單一化、靜態(tài)化容量值已無法滿足航空運(yùn)輸管理的多階段決策需求[16-18]。隨著時間的不斷變化，靜態(tài)容量為單一固定值，形成一條直線；動態(tài)容量為連續(xù)變化值，形成一條曲線；運(yùn)行容量則為離散變化值，形成多條分段直線。考慮到空中交通管制員的可接受度、可操作性、工作負(fù)荷等因素，航空運(yùn)輸決策人員在機(jī)場資源調(diào)度過程中并不傾向于采用連續(xù)多變的動態(tài)容量值作為決策過程的輸入?yún)?shù)。因此，兼顧理論研究和實(shí)際應(yīng)用的可行性，多場景、階段性的運(yùn)行容量正成為航空運(yùn)輸學(xué)界和業(yè)界的關(guān)注熱點(diǎn)[19-24]。通過統(tǒng)計(jì)機(jī)場歷史的空域、交通、氣象、容量等各類數(shù)據(jù)信息，建立機(jī)場容量場景庫，結(jié)合不斷更新的機(jī)場運(yùn)行信息，對每個時間片內(nèi)的運(yùn)行容量進(jìn)行分階段地動態(tài)預(yù)測[25-29]。

2.2 跑道運(yùn)行模式配置

在傳統(tǒng)的飛行區(qū)資源調(diào)度研究中，跑道運(yùn)行模式一般為已知條件，尚未充分考慮跑道運(yùn)行模式對資源調(diào)度的影響。機(jī)場運(yùn)行指揮和空中交通管理部門在實(shí)際運(yùn)行中主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對跑道運(yùn)行模式進(jìn)行定性決策，而且傾向于采用單一、固定的靜態(tài)跑道運(yùn)行模式配置策略，缺乏動態(tài)優(yōu)化的定量分析輔助決策工具[2,30-32]。以中國航空運(yùn)輸系統(tǒng)為例，在多跑道建設(shè)竣工并通過行業(yè)驗(yàn)收后，為提高新舊跑道之間的磨合度，保障進(jìn)離場航班運(yùn)行安全，無論平行跑道之間的間距為近距、中距還是遠(yuǎn)距，民航當(dāng)局通常將隔離運(yùn)行作為多跑道試運(yùn)行模式，甚至將該模式持續(xù)使用數(shù)年之久，使得多跑道系統(tǒng)的一體化運(yùn)行潛能尚未得到充分釋放。跑道運(yùn)行模式配置主要針對多跑道機(jī)場，結(jié)合機(jī)場容量限制、交通需求、氣象條件等信息，考慮模式切換過程中的容量損失等因素，對跑道資源組合方式和交通流組織模式進(jìn)行優(yōu)化管理，從可用的跑道資源及運(yùn)行模式集合中生成最優(yōu)的配置方案[31-33]。

2.3 場面滑行態(tài)勢感知

機(jī)場物理結(jié)構(gòu)的不斷龐大，加之空中交通流量的日益密集，使得場面滑行活動的運(yùn)行環(huán)境變得愈發(fā)復(fù)雜和多變[2,13,34]。隨著新辟航路航線、新設(shè)管制扇區(qū)、終端管制中心建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，空中交通擁堵已由航路空域轉(zhuǎn)移至機(jī)場場面[35]。在航班的“門到門”運(yùn)行過程中，機(jī)場場面滑行階段占據(jù)十分重要的地位，其態(tài)勢的復(fù)雜度及運(yùn)行的流暢度對航班運(yùn)行性能產(chǎn)生較大影響[36-37]。場面滑行態(tài)勢要素涉及滑行時間、隊(duì)列長度、場面流量、機(jī)位推出率等，對滑行延誤時間等具有重要影響[38-40]。其中，滑行時間(包括滑出時間、滑入時間)預(yù)測成為該領(lǐng)域內(nèi)近期最熱的研究主題之一。目前的成果大多采用概率統(tǒng)計(jì)理論建立場面滑行時間回歸預(yù)測模型，同時其他機(jī)器學(xué)習(xí)算法近幾年也開始在滑行時間預(yù)測領(lǐng)域得到應(yīng)用[41-42]。除了滑行時間預(yù)測之外，其他滑行態(tài)勢因子、滑行態(tài)勢復(fù)雜度、滑行延誤預(yù)測等問題也得到了相應(yīng)研究[2]。

2.4 機(jī)場空地聯(lián)合調(diào)度

航空運(yùn)輸活動具有“門到門”的運(yùn)行特點(diǎn)，運(yùn)行過程的連續(xù)性導(dǎo)致其對機(jī)場空地資源的使用需同時兼顧飛行區(qū)與終端區(qū)的運(yùn)行限制。事實(shí)上，跑道系統(tǒng)作為飛行區(qū)和終端區(qū)的關(guān)聯(lián)銜接紐帶，其調(diào)度問題的建模不可避免地涉及到機(jī)場的空中和地面系統(tǒng)。另外，跑道系統(tǒng)是航空運(yùn)輸業(yè)公認(rèn)的極易成為機(jī)場運(yùn)行瓶頸的熱點(diǎn)區(qū)域，其資源調(diào)度效率直接影響著機(jī)場空地系統(tǒng)的一體化運(yùn)行性能。國際民航組織締約國需在2028年實(shí)現(xiàn)AMAN、DMAN、SMAN三者之間的集成管理，這促使機(jī)場空地聯(lián)合調(diào)度問題研究將成為當(dāng)前、未來10年乃至更長一段時間內(nèi)的研究熱點(diǎn)[43-44]。機(jī)場空地聯(lián)合調(diào)度涉及跑道、滑行道、停機(jī)位、定位點(diǎn)、航路航線等諸多資源，其問題建模和算法求解的復(fù)雜度非常高[2,45-47]。特別地，隨著大都市、都市圈、機(jī)場群等新形態(tài)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的機(jī)場運(yùn)行活動正面臨復(fù)雜的多機(jī)場協(xié)同運(yùn)行環(huán)境，轄區(qū)內(nèi)多個機(jī)場對公共空域資源的使用競爭將變得更為激烈[48-50]。

2.5 資源調(diào)度性能權(quán)衡

機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度問題涉及空管、機(jī)場、航空公司、旅客、政府等多方利益主體，而不同的利益主體對資源調(diào)度的目標(biāo)需求存在一定的差異[2]。例如，空管關(guān)注航班延誤、管制負(fù)荷等利益，機(jī)場關(guān)注吞吐量、正常率等利益，航空公司關(guān)注飛行時間、燃油消耗等利益，旅客關(guān)注航班延誤、行走距離等利益，政府關(guān)注氣體排放、可持續(xù)發(fā)展等利益[51-58]。當(dāng)前大多數(shù)資源調(diào)度研究主要聚焦航班延誤、吞吐量、飛行時間、行走距離等目標(biāo)，卻忽略了燃油消耗、氣體排放、公平性、魯棒性等目標(biāo)。即便考慮了多個目標(biāo)的聯(lián)合優(yōu)化問題，其處理方式一般借助權(quán)重因子將多個目標(biāo)轉(zhuǎn)換為一個綜合的單目標(biāo)。然而，權(quán)重因子卻依賴于人為需求進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，缺乏一定的科學(xué)性，且沒有充分考慮各個優(yōu)化目標(biāo)之間的動態(tài)權(quán)衡[59-61]。針對不同的優(yōu)化目標(biāo)，應(yīng)采用更為科學(xué)的多目標(biāo)優(yōu)化方法，建立飛行區(qū)資源調(diào)度權(quán)衡分析模型與算法，生成一系列飛行區(qū)資源調(diào)度滿意解及方案，從而滿足不同利益主體對資源調(diào)度性能的多樣化需求。

3 主要挑戰(zhàn)

通過綜合分析飛行區(qū)資源調(diào)度領(lǐng)域的研究與應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn),雖然目前國內(nèi)外的研究成果較多,但在模型的普適與應(yīng)用、算法的穩(wěn)健與效率、方法與機(jī)制的匹配、微觀與宏觀的結(jié)合、常態(tài)與應(yīng)急的銜接等方面仍面臨一定的挑戰(zhàn)，成為當(dāng)前及未來航空運(yùn)輸學(xué)界和業(yè)界亟待重點(diǎn)關(guān)注和解決的問題。

3.1 模型的普適與應(yīng)用問題

從數(shù)學(xué)建模的角度來看，大多數(shù)機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度問題為優(yōu)化控制問題。經(jīng)過60余年的理論發(fā)展，目前已在跑道資源調(diào)度、滑行道資源調(diào)度、停機(jī)位資源調(diào)度三個方面形成了一系列豐富的研究成果，相關(guān)的模型也豐富多樣，考慮的建模因素越來越多，然而主要停留在理論層面，缺乏一定的普適性和應(yīng)用性。J.A.Bennell等[61]于2017年指出，目前大多數(shù)的跑道資源調(diào)度模型主要是在仿真環(huán)境下進(jìn)行測試，均未在機(jī)場實(shí)際應(yīng)用中得到有效驗(yàn)證。另外，不同模型的假設(shè)條件也存在差異，導(dǎo)致模型的適用性較差。因此，未來研究在對飛行區(qū)資源調(diào)度問題進(jìn)行建模時，需著重考慮模型的普適與應(yīng)用問題，盡可能實(shí)現(xiàn)理論模型的具體落地和實(shí)際指導(dǎo)性。

3.2 算法的穩(wěn)健與效率問題

目前已知的機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度算法眾多，主要分為精確算法、啟發(fā)式算法、元啟發(fā)式算法、近似算法四類[2-3,6,36,57,62-70]。其中，精確算法包括分支定界法、割平面法、動態(tài)規(guī)劃法等；啟發(fā)式算法包括貪婪算法、局部搜索算法、爬山算法等；元啟發(fā)式算法包括遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法等；近似算法沒有明確定義，例如貪婪算法、局部搜索算法、隨機(jī)近似算法等。其中，啟發(fā)式算法和元啟發(fā)式算法通常亦被歸類為近似算法。對于大多數(shù)飛行區(qū)資源調(diào)度模型，很難求解到全局最優(yōu)解，并且很難在多項(xiàng)式時間之內(nèi)進(jìn)行求解[53,71-72]。為在有限的計(jì)算成本內(nèi)得到飛行區(qū)資源調(diào)度的滿意解，啟發(fā)式算法和元啟發(fā)式算法得到了廣泛應(yīng)用，但是當(dāng)前的算法執(zhí)行效率仍較為低下。因此，未來研究在對飛行區(qū)資源調(diào)度算法進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需著重考慮算法的穩(wěn)健與效率問題，盡可能實(shí)現(xiàn)調(diào)度算法的快速性和有效性。

3.3 方法與機(jī)制的匹配問題

由于機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度過程涉及空管、機(jī)場、航空公司等多個航空運(yùn)輸生產(chǎn)部門，上述部門的業(yè)務(wù)流程及交互關(guān)系對調(diào)度效果具有重要影響[49,73]。而且，新機(jī)制的推廣應(yīng)用勢必會促進(jìn)傳統(tǒng)資源調(diào)度方式的變革[2,12,73-75]。例如，A-CDM通過推動以機(jī)場運(yùn)行為核心的多方資源整合和信息共享，改變了空管、機(jī)場和航空公司等部門的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程；HDDAM通過重新整合區(qū)域、進(jìn)近、塔臺等不同管制單位職責(zé)，將進(jìn)離場管理的核心轉(zhuǎn)移至最有效的決策者?？紤]飛行區(qū)資源調(diào)度的實(shí)際應(yīng)用需求，其方法研究和機(jī)制設(shè)計(jì)之間需保持雙向反饋：“方法”的研究必須契合“機(jī)制”這一軟環(huán)境，而“機(jī)制”的概念論證則需要借助“方法”來實(shí)現(xiàn)。目前，基于CDM的協(xié)同場面管理、協(xié)同地面等待、協(xié)同航班調(diào)度、協(xié)同隊(duì)列管理等相關(guān)理論方法得到了衍生發(fā)展[73,76-78]，而HDDAM正由MITRE公司進(jìn)行概念論證。因此，未來研究在對飛行區(qū)資源調(diào)度問題進(jìn)行建模、分析與優(yōu)化時，需著重考慮方法與機(jī)制的匹配問題，盡可能實(shí)現(xiàn)調(diào)度理論的適用性。

3.4 微觀與宏觀的結(jié)合問題

當(dāng)前研究針對飛行區(qū)資源調(diào)度的微觀層面和宏觀層面均進(jìn)行了一定的獨(dú)立性研究，微觀層面主要聚焦資源“個量”調(diào)度，宏觀層面主要聚焦資源“總量”調(diào)度。微觀層面的飛行區(qū)資源調(diào)度包括跑道起降調(diào)度、滑行規(guī)劃、停機(jī)位分配等[5-9,34-39,61-64,79-82]，宏觀層面的飛行區(qū)資源調(diào)度包括跑道運(yùn)行模式配置、滑行態(tài)勢感知、停機(jī)位推出率控制等[2,31-33,40,83-90]。然而，當(dāng)前研究尚未充分考慮微觀與宏觀的結(jié)合問題，無法實(shí)現(xiàn)資源“個量”調(diào)度與“總量”調(diào)度的交互協(xié)同。例如，當(dāng)前的跑道起降調(diào)度研究尚未充分考慮復(fù)雜跑道構(gòu)型、跑道運(yùn)行模式配置等因素對空中交通運(yùn)行的影響，建模過程中大多將多跑道資源看作一個整體系統(tǒng)，忽略了多跑道系統(tǒng)內(nèi)部之間的協(xié)同運(yùn)行特性及相互作用關(guān)系；當(dāng)前的滑行規(guī)劃研究尚未充分考慮機(jī)場飛行區(qū)的態(tài)勢復(fù)雜度問題，以滑行時間最小為目標(biāo)的滑行規(guī)劃方案可能會引發(fā)更多的場面沖突，從而導(dǎo)致滑行態(tài)勢復(fù)雜度的急劇增大；當(dāng)前的離場調(diào)度研究尚未充分考慮推出率限制對調(diào)度過程的影響。因此，未來研究在對飛行區(qū)資源調(diào)度問題進(jìn)行多視角管理時，需著重考慮微觀與宏觀的結(jié)合問題，盡可能實(shí)現(xiàn)宏觀規(guī)劃管理與微觀運(yùn)行控制之間的協(xié)同交互。

3.5 常態(tài)與應(yīng)急的銜接問題

航空運(yùn)輸活動極易受惡劣天氣、重大活動、突發(fā)事件、設(shè)備故障等各類內(nèi)外部因素影響，導(dǎo)致機(jī)場資源供給能力驟然降低[2,15-16，49]。例如，雷暴、冰雪、大霧、低云、軍事飛行活動、通航飛行活動引發(fā)的容量降低等直接因素，以及地震、洪災(zāi)、火災(zāi)引發(fā)的空管業(yè)務(wù)中斷等間接因素。在上述因素發(fā)生導(dǎo)致的應(yīng)急環(huán)境下，突然減小的機(jī)場資源供給能力必然不能滿足常規(guī)或驟增的空中交通需求[20,49]。特別是自然災(zāi)害等不可抗力因素導(dǎo)致的機(jī)場及空管業(yè)務(wù)中斷的情況下，突然減小甚至完全喪失的管制運(yùn)行保障能力可能導(dǎo)致機(jī)場關(guān)閉、航班備降以及嚴(yán)重的航空事故等后果。當(dāng)前研究主要聚焦常態(tài)運(yùn)行狀況下的機(jī)場資源調(diào)度問題，尚未針對非常態(tài)運(yùn)行場景開展大量的系統(tǒng)性研究。為增強(qiáng)機(jī)場在各類應(yīng)急場景下的資源供給能力，提升機(jī)場系統(tǒng)風(fēng)險抵御能力和安全水平，亟需對機(jī)場在各類應(yīng)急場景下的可用資源進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度[15,91-92]。因此，未來研究在對飛行區(qū)資源調(diào)度問題進(jìn)行多場景管理時，需著重考慮常態(tài)與應(yīng)急的銜接問題，盡可能實(shí)現(xiàn)常態(tài)管控與應(yīng)急管控之間的相互協(xié)調(diào)和快速切換。

4 結(jié)束語

大多數(shù)飛行區(qū)資源調(diào)度問題均可抽象為優(yōu)化控制問題，建模過程需兼顧機(jī)場終端區(qū)運(yùn)行條件，且涉及諸多優(yōu)化目標(biāo)和約束限制。隨著機(jī)場物理結(jié)構(gòu)的不斷龐大，以及空中交通流量的不斷密集，飛行區(qū)資源調(diào)度問題的復(fù)雜程度急劇增加。在機(jī)場飛行區(qū)的實(shí)時動態(tài)運(yùn)行需求下，提高模型的普適性和應(yīng)用性，增強(qiáng)算法的穩(wěn)健性和時效性，成為當(dāng)前及未來亟待重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題。

航空運(yùn)輸具有多層級管理、跨區(qū)域運(yùn)行和高動態(tài)管控等特點(diǎn)，內(nèi)部存在海量、多元和異構(gòu)的大數(shù)據(jù)信息，其蘊(yùn)含的豐富價值亟待挖掘和利用。當(dāng)前，國內(nèi)外均已明確數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略地位，航空運(yùn)輸大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用正面臨良好的發(fā)展機(jī)遇。通過開展航空運(yùn)輸大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、規(guī)律探索、業(yè)務(wù)優(yōu)化、預(yù)測分析、宏觀決策、績效管理等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，為機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

機(jī)場飛行區(qū)資源調(diào)度問題研究的涉及面廣，包括概念內(nèi)涵、體系框架、發(fā)展脈絡(luò)、發(fā)展趨勢、研究熱點(diǎn)和主要挑戰(zhàn)等諸多方面。該研究分為三個系列，本文僅為研究系列之三。在之前的研究系列之一和研究系列之二中，已分別對飛行區(qū)資源調(diào)度的基本概念與框架、發(fā)展脈絡(luò)與趨勢等問題進(jìn)行了深入的研究與探討。通過上述關(guān)于飛行區(qū)資源調(diào)度三個系列的完整研究，旨在為機(jī)場運(yùn)行管理理論與應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)指引。