區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性分析

楊益沁，楊若蝶，張 麗 YANG Yiqin, YANG Ruodie, ZHANG Li

（上海工程技術(shù)大學(xué) 航空運(yùn)輸學(xué)院，上海201620）

0 引 言

根據(jù)中國(guó)民用航空第十三個(gè)五年規(guī)劃，我國(guó)要從民航大國(guó)升級(jí)成民航強(qiáng)國(guó)。為順應(yīng)民航的發(fā)展，多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)必然是民航發(fā)展的大勢(shì)所趨。目前，中國(guó)已經(jīng)提出要打造以首都為核心的世界級(jí)京津冀城市群，民航局也提出要形成以樞紐機(jī)場(chǎng)為龍頭的世界級(jí)的多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)。

隨著我國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)經(jīng)濟(jì)和民航的快速發(fā)展，對(duì)區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)航線協(xié)調(diào)性的研究不斷深入，張秉海[1]等指出多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的形成和發(fā)展是民航產(chǎn)業(yè)的必然趨勢(shì)與方向。孫繼湖[2]等分析了京津冀區(qū)域內(nèi)主要機(jī)場(chǎng)即首都機(jī)場(chǎng)吞吐量份額占到總吞吐量的90%，導(dǎo)致了區(qū)域內(nèi)各機(jī)場(chǎng)間發(fā)展不均衡，必須優(yōu)化區(qū)域內(nèi)各機(jī)場(chǎng)的資源，來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多機(jī)場(chǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)。楊正凡[3]等通過經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度模型對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)多機(jī)場(chǎng)的協(xié)同發(fā)展進(jìn)行分析。牛占云[4]指出京津冀多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的建設(shè)協(xié)同發(fā)展的關(guān)鍵是信息協(xié)同、統(tǒng)籌管理。

綜上，多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)航線協(xié)調(diào)性是當(dāng)今的一個(gè)研究熱門，王倩[5]等研究了中短期內(nèi)通過實(shí)施機(jī)場(chǎng)群航班時(shí)間表優(yōu)化來(lái)減少擁擠與延誤現(xiàn)象。目前對(duì)區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的研究比較多，但對(duì)航線規(guī)劃的研究并不多，機(jī)場(chǎng)的分布結(jié)構(gòu)還不夠科學(xué)，這些都待進(jìn)一步完善。特別是華東地區(qū)的多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)中機(jī)場(chǎng)之間的合作需要進(jìn)一步加強(qiáng)。本文提出了區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)航線協(xié)調(diào)性指標(biāo)，并通過分析與對(duì)比指標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)航線協(xié)調(diào)性提出改進(jìn)方案，以促進(jìn)區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的整體發(fā)展。

1 多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)概述

1.1 多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)概念

美國(guó)教授理查德·德·紐維爾將“多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)”定義為在城市地區(qū)提供商業(yè)運(yùn)輸服務(wù)的重要機(jī)場(chǎng)之間的組合，不側(cè)重于每個(gè)機(jī)場(chǎng)的所有權(quán)或行政從屬關(guān)系。目前將多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的定義劃分為兩種：一種是基于IATA 機(jī)場(chǎng)代碼管理系統(tǒng)的劃分，即某一區(qū)域內(nèi)能存在多個(gè)機(jī)場(chǎng)；另一個(gè)基于機(jī)場(chǎng)所在城市，這可以解釋為一個(gè)城市有多個(gè)機(jī)場(chǎng)[6]。世界各地的學(xué)者們根據(jù)不同的研究方式對(duì)區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的不同作用做出界定。區(qū)域多機(jī)場(chǎng)現(xiàn)象的研究主要集中在區(qū)域資源的合理配置與樞紐機(jī)場(chǎng)和支線機(jī)場(chǎng)的協(xié)調(diào)上。

1.2 多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)基本特性

通過對(duì)我國(guó)多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)[7]的實(shí)例進(jìn)行分析，得到了多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的三個(gè)基本特性。

（1） 整體性。整體性也稱為系統(tǒng)性，這是多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)中最基本的特性。多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)把多機(jī)場(chǎng)作為一個(gè)由若干機(jī)場(chǎng)有機(jī)結(jié)合的整體系統(tǒng)，各個(gè)機(jī)場(chǎng)相互影響、相互依存，各個(gè)機(jī)場(chǎng)產(chǎn)生的變化會(huì)牽動(dòng)整個(gè)多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)與相關(guān)機(jī)場(chǎng)的變化。對(duì)整體的多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，也意味著優(yōu)化各個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)場(chǎng)。

（2） 動(dòng)態(tài)性。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，沒有絕對(duì)靜態(tài)的系統(tǒng)，處于發(fā)展中的多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)也在實(shí)時(shí)的優(yōu)化改進(jìn)。多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性體現(xiàn)于以下的兩個(gè)方面：一是多機(jī)場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，子系統(tǒng)可能隨著多機(jī)場(chǎng)的功能，劃分范圍等產(chǎn)生增加或減少。各個(gè)子系統(tǒng)都在以不同的速度發(fā)展，系統(tǒng)內(nèi)部的客流量、資金流等也會(huì)產(chǎn)生分配差異。二是多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)整體屬性的動(dòng)態(tài)性，即隨時(shí)間的變化，政策的提出，整個(gè)多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的發(fā)展方向與決策要順應(yīng)其改變進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。

（3） 開放性。實(shí)際生活中，絕大多數(shù)系統(tǒng)都是開放性的。多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)與環(huán)境和社會(huì)都是相互依賴的。多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)與環(huán)境存在著物質(zhì)、能量、信息的交換，系統(tǒng)的組成部分通過不斷調(diào)整來(lái)適應(yīng)周圍環(huán)境的變化，以使其在某個(gè)階段保持穩(wěn)定的狀態(tài)。與此同時(shí)，多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)與社會(huì)也緊密相連，旅客出行、貨物運(yùn)輸、軍事能力等都與其相關(guān)。

1.3 多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性概述

協(xié)調(diào)性也稱為關(guān)聯(lián)性。將系統(tǒng)放入問題之中，不單要考慮系統(tǒng)內(nèi)各部分之間、各部分與整體之間的相互關(guān)聯(lián)和現(xiàn)實(shí)作用，還要注意協(xié)調(diào)他們之間的關(guān)系。部分與部分之間、部分與整體之間的相互作用會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。部分與整體之間一般呈正比關(guān)系。

在多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)性[8]體現(xiàn)在了以下三個(gè)方面：

（1） 集中度。由于區(qū)域間經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡影響了區(qū)域間多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。例如，京津翼多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)中首都機(jī)場(chǎng)從規(guī)模到機(jī)場(chǎng)利用率都遠(yuǎn)超石家莊機(jī)場(chǎng)。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異，導(dǎo)致同一多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)中各個(gè)機(jī)場(chǎng)的旅客吞吐量集中度、班次集中度都無(wú)法達(dá)到均衡。

（2） 占有率。目前民航局對(duì)于機(jī)場(chǎng)的航班配置實(shí)行行政配給制，這保證了航班調(diào)度的平穩(wěn)性，但在具體實(shí)施下也產(chǎn)生了諸多的問題。許多機(jī)場(chǎng)航班被國(guó)有三大航空公司占用和囤積。即使航班經(jīng)營(yíng)不善，也繼續(xù)占有這些民航資源，這種現(xiàn)象顯現(xiàn)了資源配置的不合理，從而導(dǎo)致分配不協(xié)調(diào)，造成浪費(fèi)。

（3） 利用率。在多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)內(nèi)，不同機(jī)場(chǎng)具有不同的隸屬關(guān)系，在發(fā)展方向和目標(biāo)上也不盡相同，機(jī)場(chǎng)利用率不同，一定程度上影響多機(jī)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，民航資源合理配置無(wú)法做到均衡調(diào)控。一旦分配，競(jìng)爭(zhēng)與合作的關(guān)系就無(wú)法在和諧進(jìn)步的角度下發(fā)展。故對(duì)各個(gè)機(jī)場(chǎng)要進(jìn)行合理的規(guī)劃管理，才能達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)各機(jī)場(chǎng)的利用率均衡的協(xié)調(diào)發(fā)展。

協(xié)調(diào)性是使整個(gè)系統(tǒng)各種活動(dòng)能有機(jī)結(jié)合，從而減少矛盾，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。各機(jī)場(chǎng)形成的多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)中存在著繁復(fù)的相互作用，只有當(dāng)這些相互作用產(chǎn)生了聯(lián)動(dòng)，才可以推動(dòng)國(guó)內(nèi)多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)有序的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 協(xié)調(diào)性指標(biāo)

在對(duì)區(qū)域內(nèi)多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性進(jìn)行分析后，將集中度、占有率、利用率作為體現(xiàn)多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的指標(biāo)（如圖1 所示）。這些指標(biāo)會(huì)直接影響多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。

圖1 多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性指標(biāo)

2.1 旅客吞吐量與班次的集中度指標(biāo)

由于多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)內(nèi)不同機(jī)場(chǎng)的航線有很多目的地的重復(fù)，將各個(gè)機(jī)場(chǎng)現(xiàn)運(yùn)行的通航機(jī)場(chǎng)與OD 航線進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)數(shù)據(jù)收集的情況，將協(xié)調(diào)性分為旅客吞吐量與班次進(jìn)行分析集中度指標(biāo)。

（1） 旅客吞吐量集中度指標(biāo)x：某機(jī)場(chǎng)現(xiàn)運(yùn)行的某航線上旅客吞吐量占自身年度旅客吞吐量的比例。

（2） 班次集中度指標(biāo)y：每個(gè)機(jī)場(chǎng)中運(yùn)行的某航線上的起降架次占自身年度總起降架次的比例。

2.2 起降架次與客流的區(qū)域占有率指標(biāo)

協(xié)調(diào)性中的集中度指標(biāo)分析是在單個(gè)機(jī)場(chǎng)的情況下進(jìn)行自身分析，利用單個(gè)機(jī)場(chǎng)與整個(gè)區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)航線的基礎(chǔ)進(jìn)行分析，計(jì)算單個(gè)機(jī)場(chǎng)中OD 的數(shù)據(jù)與其所在多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的年度總占有率之比。同樣的，將區(qū)域占有率指標(biāo)分為起降架次占有率指標(biāo)和客流占有率指標(biāo)。

（1） 起降架次占有率指標(biāo)m：每一個(gè)機(jī)場(chǎng)的架次占有率占其所在多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的總占有率的比例。

（2） 客流占有率指標(biāo)n：每一個(gè)機(jī)場(chǎng)的旅客流量占其所在多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的所有機(jī)場(chǎng)總客流量的比例。

2.3 多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的利用率指標(biāo)

多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的利用率指機(jī)場(chǎng)的使用情況，由于機(jī)場(chǎng)構(gòu)成由跑道、滑行道、停機(jī)坪等多部分組成，每個(gè)部分的利用率不同，各個(gè)機(jī)場(chǎng)的總利用率也不同，但考慮到可以收集到的數(shù)據(jù)情況，本文多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的利用率將用當(dāng)前機(jī)場(chǎng)的起降架次與機(jī)場(chǎng)實(shí)際容量比值來(lái)表示。

多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的利用率指標(biāo)z：目前機(jī)場(chǎng)的起降架次與機(jī)場(chǎng)實(shí)際容量比值。

3 區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的改進(jìn)與優(yōu)化

通過多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的旅客吞吐量與班次的集中度、起降架次與客流的占有率和多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)利用率這三個(gè)方面作為協(xié)調(diào)性指標(biāo)，以浙江省多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的航線為例分析其是否達(dá)到協(xié)調(diào)。

3.1 優(yōu)化前的協(xié)調(diào)性指標(biāo)

3.1.1 以浙江省多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)為例，計(jì)算優(yōu)化前的協(xié)調(diào)性指標(biāo)（如表1 所示）。

表1 優(yōu)化前的協(xié)調(diào)性指標(biāo)

3.1.2 協(xié)調(diào)性指標(biāo)系數(shù)。用協(xié)調(diào)性指標(biāo)最小值/協(xié)調(diào)性指標(biāo)最大值作為指標(biāo)系數(shù)。理論上，這五個(gè)協(xié)調(diào)性系數(shù)均在0-1，浙江省區(qū)域機(jī)場(chǎng)中溫州龍灣機(jī)場(chǎng)和寧波櫟社機(jī)場(chǎng)是其中發(fā)展較為均衡的機(jī)場(chǎng)，杭州蕭山機(jī)場(chǎng)發(fā)展中出現(xiàn)同一航線過于密集，臺(tái)州機(jī)場(chǎng)和衢州機(jī)場(chǎng)則是航線較少，航線上航班頻率較低且兩家機(jī)場(chǎng)航線相似度過高。故協(xié)調(diào)性優(yōu)化過程中，將溫州和寧波機(jī)場(chǎng)作為優(yōu)化模板，按照這兩家機(jī)場(chǎng)的發(fā)展規(guī)模進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)計(jì)算，這兩家機(jī)場(chǎng)的五個(gè)協(xié)調(diào)性指標(biāo)的指標(biāo)系數(shù)在0.3～0.6 之間，則在這區(qū)間的協(xié)調(diào)性最佳，即航線達(dá)到最協(xié)調(diào)的狀態(tài)，小于或者大于這個(gè)區(qū)間的協(xié)調(diào)性都需優(yōu)化。

（1） 客流吞吐量集中度x 和班次集中度y 指標(biāo)系數(shù)建立：

（2） 起降架次占有率m 和客流占有率n 指標(biāo)系數(shù)建立：

（3） 多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)利用率z 指標(biāo)系數(shù)建立：

代入數(shù)據(jù)得到表2：

表2 指標(biāo)系數(shù)

從上述分析中得出，這五個(gè)協(xié)調(diào)性指標(biāo)是相輔相成的，由于其變量中均涉及到每個(gè)機(jī)場(chǎng)的起降班次和旅客吞吐量，其中一個(gè)目標(biāo)改變會(huì)影響其他協(xié)調(diào)性的變化。由結(jié)果顯示，在航線調(diào)整之前所有的協(xié)調(diào)性都沒有到達(dá)最優(yōu)化，根據(jù)此情況，選擇了一條航線在杭州蕭山機(jī)場(chǎng)、臺(tái)州機(jī)場(chǎng)和衢州機(jī)場(chǎng)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再觀察目標(biāo)系數(shù)的變化。

3.2 多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性改進(jìn)方案

以杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)與臺(tái)州機(jī)場(chǎng)、衢州機(jī)場(chǎng)為例，選取三者都有的潮汕/揭陽(yáng)航線，該OD 航線在杭州蕭山機(jī)場(chǎng)較多，在衢州和臺(tái)州機(jī)場(chǎng)較少。為提高系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，將杭州蕭山機(jī)場(chǎng)多余的航線分散至臺(tái)州機(jī)場(chǎng)和衢州機(jī)場(chǎng)，現(xiàn)杭州—潮汕的航班數(shù)量為8 個(gè)，分別轉(zhuǎn)運(yùn)2 個(gè)航班到臺(tái)州和衢州機(jī)場(chǎng)。在航班數(shù)量方面，使兩個(gè)支線機(jī)場(chǎng)的航班數(shù)量均為4 個(gè)，三個(gè)機(jī)場(chǎng)的航班數(shù)量相同。在飛行時(shí)間方面將飛行時(shí)間縮短至2h，具體結(jié)果見圖2。

3.3 優(yōu)化后的協(xié)調(diào)性指標(biāo)

以衢州機(jī)場(chǎng)為例，假設(shè)在10 個(gè)OD 航線上均從杭州蕭山機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)移2 個(gè)航班至衢州機(jī)場(chǎng)，則衢州機(jī)場(chǎng)每日增加起降班次為20 個(gè)，設(shè)定其每個(gè)航班的座位為120 座，平均客座率為70%；以案例的衢州—潮汕的航線由原本的每年730 架次增至1460 架次，航班增長(zhǎng)率為50%，為方便計(jì)算，將OD 航線以外的所有航班增長(zhǎng)率均看為50%。優(yōu)化結(jié)果如表3所示。

計(jì)算出衢州—潮汕航線和航班的變化情況，得到五個(gè)維度協(xié)調(diào)性的變化趨勢(shì)，再利用協(xié)調(diào)性指標(biāo)系數(shù)來(lái)看航線協(xié)調(diào)性是否改進(jìn)。

根據(jù)算出優(yōu)化前的目標(biāo)系數(shù)，可以得到一個(gè)對(duì)比數(shù)據(jù)圖如圖3 所示。

圖2 改進(jìn)前后各機(jī)場(chǎng)飛往潮汕/揭陽(yáng)的航班情況

表3 優(yōu)化前后的協(xié)調(diào)性指標(biāo)

圖3 優(yōu)化前后協(xié)調(diào)性指標(biāo)系數(shù)對(duì)比

綜上，航線網(wǎng)絡(luò)從樞紐點(diǎn)到支線點(diǎn)的調(diào)整會(huì)對(duì)樞紐機(jī)場(chǎng)和支線機(jī)場(chǎng)帶來(lái)不同的變化。從支線機(jī)場(chǎng)的角度出發(fā)調(diào)整的運(yùn)營(yíng)方案可以大幅增加多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的利用率，降低機(jī)場(chǎng)自身的班次集中度和旅客吞吐量集中度，從而降低支線機(jī)場(chǎng)的航線重復(fù)率。旅客的出行時(shí)間同等減少并且可以使支線機(jī)場(chǎng)的客流占有率和班次占有率提高。從樞紐機(jī)場(chǎng)的角度出發(fā)，分散了過多的重復(fù)航線，降低了客流占有率和班次占有率，整個(gè)機(jī)場(chǎng)群的占有率更加平均，樞紐機(jī)場(chǎng)多余的運(yùn)力可以用來(lái)開建新的航線，而這樣的通航也使得整個(gè)機(jī)場(chǎng)群內(nèi)機(jī)場(chǎng)的通航任務(wù)量實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)性，雖然樞紐機(jī)場(chǎng)的通航任務(wù)仍高于非樞紐機(jī)場(chǎng)，但是通航任務(wù)的協(xié)調(diào)分配已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了合理的改善。

4 結(jié) 論

本文的多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性就是通過系統(tǒng)之間的航線調(diào)整，將過載的航線從樞紐機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到?jīng)]有足夠班次的小機(jī)場(chǎng)，從而發(fā)生變化，使五個(gè)指標(biāo)的協(xié)調(diào)性均到達(dá)優(yōu)化，區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)得到均衡。在了解區(qū)域內(nèi)各機(jī)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)方式、位置和現(xiàn)行水平的機(jī)場(chǎng)發(fā)展基礎(chǔ)下，利用京津翼、珠三角和長(zhǎng)三角機(jī)場(chǎng)集團(tuán)的部分發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)于區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性問題，提高區(qū)域多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效應(yīng)，合理利用機(jī)場(chǎng)資源，更好地調(diào)整區(qū)域機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的航線網(wǎng)絡(luò)。以浙江省為例，根據(jù)浙江省機(jī)場(chǎng)的發(fā)展存在著樞紐機(jī)場(chǎng)和支線機(jī)場(chǎng)存在換乘銜接不充分，機(jī)場(chǎng)所服務(wù)的航空資源配置無(wú)法到達(dá)最優(yōu)化；轉(zhuǎn)機(jī)和經(jīng)停站之間沒有足夠的銜接站點(diǎn)；支線機(jī)場(chǎng)中的航線狹窄，航班數(shù)量少，導(dǎo)致了航材供應(yīng)的成本高和經(jīng)濟(jì)性差，減緩了支線機(jī)場(chǎng)的航空發(fā)展速度等問題，從區(qū)域航線協(xié)調(diào)性分析和優(yōu)化的角度提出了航線的優(yōu)化措施，并證明其措施是可實(shí)施且有效的。