國航中轉航班時空間分布特性及影響研究

張生潤，鄭海龍

（南京航空航天大學民航學院，江蘇 南京211106）

2018 年11 月26 日，中國民航局在《新時代民航強國建設行動綱要》中強調“加大對主基地航空公司航線航班資源配置，打造具有全球競爭力、服務全球的世界級超級承運人”[1]。 全服務航空公司能否在其樞紐機場優(yōu)化航班資源配置，生產高質量的中轉航班產品，已成為其全球競爭力的重要表現。

國外學者對全服務航空公司在其樞紐機場構建航班波系統結構開展了大量深入研究。 部分學者研究了航空公司航班時刻構建機理[5]，提出了航班波系統結構的基礎理論[3]。 許多學者研究了航班時刻協調及航班波系統構建對航空公司網絡結構[6]、機場直接和間接連通性的影響[7-8]等方面。國內學者已開始關注中國全服務航空公司對其樞紐機場稀缺時刻資源配置問題。 王偉[9]以30 min 為單位，采用航班數量、航班頻率和占航班總量比重3 個指標將一天的時刻劃分為10 個區(qū)間，并對不同時刻區(qū)間賦予了不同屬性，該研究對航班時刻精細化管理提供了地理學角度的參考。進一步，王成金等[10]在中國航空公司重組背景下研究了四大航空公司集團在北京、上海、廣州三大樞紐機場的時刻資源配置特征，明確了樞紐機場時刻資源配置的主體應當為航空公司，且大型基地航空公司比小型航空公司具有更強的時刻資源配置能力。 但是以上研究忽略了樞紐機場在全服務航空公司軸輻式網絡結構中發(fā)揮的中轉作用，時刻資源配置的關鍵是為航空公司創(chuàng)造更多的中轉銜接機會。 僅有部分學者關注了樞紐機場中轉能力的評估[11-12]、以及通過構建航班波系統結構提高樞紐機場中轉能力的優(yōu)化模型[13-18]，但都從樞紐機場的角度而不是首位全服務航空公司角度分析。

近來，黃潔[19]從航班中轉可能性角度識別出三大航的航班波系統結構基本形態(tài)。該研究明晰了航班波系統構建的關鍵要素及其相互作用關系，但是對關鍵要素的閾值確定，如最大中轉時間，仍直接參考歐洲市場的取值，未考慮中國航空市場區(qū)別于歐洲的政策和市場特征。

本文以國航在首都機場的國內轉國際中轉航班為研究對象， 從時空間維度分析其中轉時間分布特性，確定最大中轉時間閾值。 同時，從空間維度提出評估國航國內始發(fā)機場對首都機場國際航班喂給能力的指標，進而分析表征中轉時間分布特性的指標對中轉航班數量的影響。

1 基本概念和研究方法

1.1 最大中轉時間概念及計算方法

中轉是與直達相對的一種航空運輸方式，從航線空間連接方式上看，中轉航線由兩條直達航線連接而成，構成中轉航線的每一條直達航線通常稱為航段，當兩個航段由具有不同航班號的航班連接時，該航班稱為中轉航班。 因此，對旅客而言，從始發(fā)機場到達目的機場時，需要在樞紐機場進行換乘。 因此，中轉時間是指乘坐中轉航班的旅客在樞紐機場換乘時的等待時間。 中轉時間分為最小中轉時間和最大中轉時間。 前者是指機場為保證旅客和行李換乘、以及飛機過站所設置的最小安全保障時間，該值對單個機場來說通常是固定的。后者是指旅客所能接受的最大等待時間，對旅客而言，中轉航班的吸引力隨著等待時間的增大而減小，目前該指標的取值是不確定的。

已有研究對最大中轉時間的確定往往是假設一個定值，如120 min 等，但未給出取值依據[3，8，14，20，21]。與以上研究僅給出單個定值不同，DANESI A 認為最大中轉時間是旅客能接受的最大等待時間和在該時間內中轉航班數量的權衡產物，通過在最小中轉時間和最大中轉時間之間設置中間中轉時間，為中轉航班賦予不同質量[8]。 總結以上研究，最大中轉時間的確定需要考慮3 個因素：①不同類型航班（如，國內轉國內、國內轉國際、國際轉國內以及國際轉國際）的最大中轉時間取值不同；②不同地理區(qū)域（如東南亞和歐洲等）的最大中轉時間取值應不同；③在實際數據中，數值最大的中轉時間并不能作為最大中轉時間的閾值，因為該值可能超過了旅客能忍受的最大等待時間，可在最小中轉時間和實際中轉時間的最大值之間選擇合適的值作為最大中轉時間，而時間區(qū)間和中轉航班數量將為最大中轉時間的確定提供定量依據。

因此，本文提出的計算最大中轉時間的方法步驟為：

第1 步：將實際數據中所有出現的中轉時間劃分為若干區(qū)間；

第2 步：考察每個區(qū)間內的中轉航班數量及比重；

第3 步：將中轉航班數量占比最大的時間區(qū)間確定為最大中轉時間產生目標區(qū)間，將該區(qū)間稱為“目標區(qū)間”，目標區(qū)間中轉時間的平均值即為最大中轉時間。

同時，為了校準基于目標區(qū)間計算的最大中轉時間，分別定義了“次目標區(qū)間平均中轉時間”和“整體平均中轉時間”兩個指標，其中，次目標區(qū)間是指步驟3 中中轉航班數占比排名第二的時間區(qū)間，計算該區(qū)間內中轉時間的平均值獲得次目標區(qū)間平均中轉時間；而整體平均中轉時間為包括所有時間區(qū)間的中轉時間的平均值。

1.2 航班中轉時間空間分布特性分析方法

最大中轉時間的確定是從時間維度分析不同目的區(qū)域的航班的中轉時間分布特性，為了更全面地揭示航班中轉時間分布特性，本文進一步從空間維度展開分析，采用的指標分別為始發(fā)機場喂給能力和樞紐機場對始發(fā)機場喂給直達航班利用指數（簡稱“喂給利用指數”）。 在空間上，中轉航班由始發(fā)機場、樞紐機場和終到機場連接而成（如圖1 所示），從始發(fā)機場到達樞紐機場的航班稱為進港航班，而從樞紐機場出發(fā)到達終到機場的航班稱為離港航班。 通過對樞紐機場時刻進行高效組織和配置，在某個始發(fā)機場和終到機場間， 一個進港航班可與多個離港航班銜接，從而生成數量較多和質量較高的一次中轉航班（indirect connection）。 同時，始發(fā)機場的一個進港航班可與多個終到機場的離港航班銜接，其多個進港航班也可與多個終到機場的離港航班銜接，從而實現樞紐機場網絡的范圍經濟。

圖1 喂給能力和喂給利用指數計算示例圖Fig.1 The calculation illustration of feeding ability and feeding utilization index

始發(fā)機場喂給能力是指針對某個始發(fā)機場，一天內能夠實現與多個終到機場離港航班銜接的進港直達航班數[19]，這些直達航班可由不同航空公司在不同時刻提供。 樞紐機場利用某個始發(fā)機場的直達航班，在一天內與多個終到機場實現連接，將產生的一次中轉航班數與始發(fā)機場喂給直達航班數的比值，稱為喂給利用指數。如圖1 所示，一天內始發(fā)機場A 對樞紐機場H 的喂給直達航班數為3 個，H 通過直達航班a、b、c 產生的到達終到機場B、C 和D 的一次中轉航班分別有3 個（粗實線）、4 個（細實線）和2 個（虛線），則H 對A的喂給利用指數為（3+4+2）/3=3。

1.3 中轉航班時空間分布特性的影響分析

在明確表征中轉時間分布特性相關指標的定義和計算方法的基礎上，基于，進一步建立多元回歸模型研究其對國航在首都機場中轉航班量的影響，除選擇最大中轉時間、喂給能力和喂給利用指數作為自變量外，模型還考慮可用座位數、直達距離和繞行系數等因素的影響，如公式（1）所示

其中：α0～α8表示估計系數；εi表示誤差項；Coni為因變量，表示第i 條中轉航線上的中轉航班量；MaxCTi表示中轉航線i 的最大中轉時間；FeedingAbilityi表示連接中轉航線i 的始發(fā)機場的喂給能力；FeedingUtilizationi表示PEK 在中轉航線i 上對始發(fā)機場的喂給利用指數；OriginHi表示連接中轉航線i 的始發(fā)機場是否為喂給能力強的機場，若是，其值為1，否則為0；OriginMi表示連接中轉航線i 的始發(fā)機場是否為喂給能力中等的機場，若是，其值為1，否則為0；Seati表示中轉航線i 的總座位數；GCDi表示連接中轉航線i 的始發(fā)和終到機場間的直達距離，用km 表示；Cirucityi表示中轉航線i 的繞行系數，其值等于連接中轉航線的兩個航段的直達距離之和減去始發(fā)終到機場間的直達距離。

2 樣本與數據

本文以國航在首都機場國內轉國際中轉航班為研究對象，國航是中國載旗航空公司，首都機場是中國最主要的樞紐機場和國際門戶機場之一，2018 年起降架次為601 876，居全國第一。 表1 所示為2018 年服務首都機場的各航空公司航班數量所占比例分布，可以看出，國航在首都機場航班數量所占比例約40%，遠遠高于其他航空公司，因此，國航為首都機場的主導航空公司。

表1 首都機場各航空公司航班量占比分布（2018 年）Tab.1 The distribution rate of flights for carriers at PEK (2018)

本文數據來源為全球航班計劃數據供應商OAG（Official Airlines Guide）提供的“Connections Analyser”模塊，該模塊提供全球811 家航空公司的航班計劃和中轉銜接數據，包括始發(fā)、終到和中轉機場、航班號、承運航空公司、出發(fā)時刻、到達時刻、航班頻率、運營天數以及座位數等。 根據研究目標，選取由國航承運的從中國國內機場出發(fā)經首都機場中轉至全球其他國家機場的全部一次中轉航班，其中，涉及全球區(qū)域有8 個，分別為東北亞、東南亞、南亞、西歐、東歐、北美、太平洋西南和中東。 研究時間為2018 年7 月16 日，通過統計2018 年夏秋航季國航在首都機場各周的中轉航班數，發(fā)現2018 年7 月15 日～21 日為最繁忙的一周，而7 月16 日是該周中最繁忙的一天，因此選擇該典型日進行分析。

為了確定最大中轉時間閾值，首先劃分中轉時間長度區(qū)間，國航在首都機場的最小中轉時間為90 min，數據顯示中轉時間的最大值為480 min，以60 min 為間隔，將90 min 以上的中轉時間劃分為7 個區(qū)間，分別是[90，120），[120，180），[180，240），[240，300），[300，360），[360，420）和[420，480）。 對每一個區(qū)間，計算落入該區(qū)間的中轉航班數，若某個中轉航班對應的中轉時間位于以上某個區(qū)間內，則該中轉航班計入該區(qū)間內。

以60 min 為時間間隔，將[0，480]劃分為7 個時間區(qū)間，但由于國航在首都機場的最小中轉時間為90 min，因此區(qū)間[60，120）寫作[90，120）。

3 國內轉國際航班中轉時間分布特性分析

3.1 始發(fā)和目的區(qū)域分析

國航經首都機場的中轉航班將國內的86 個機場與全球其他國家和區(qū)域的36 個機場相連， 共提供3 061 個一次中轉航班。 如表2 所示，國航經首都機場的國內轉國際航班中，始發(fā)機場分布在中國七大地理分區(qū)，一次中轉航班量占比最大的是華東地區(qū)，最小的是華北地區(qū)，體現了經濟與政治聯系、以及地理空間距離對中轉航班選擇的影響。 首都機場位于華北地區(qū)，對于該地區(qū)旅客而言，選擇乘坐高鐵/高速公路到達首都機場，再乘坐直達航班到達目的地，比直接選擇始發(fā)機場—首都機場—目的機場的中轉航班更節(jié)省時間和成本。

表2 始發(fā)和目的區(qū)域一次中轉航班量空間分布Tab.2 The spatial distribution rate of flights based on origin and destination regions

在目的區(qū)域中，國內經首都機場的中轉航班流向最多的區(qū)域為西歐，其次為東北亞，體現了國航網絡中首都機場在連通國內至這兩個區(qū)域的重要作用。西歐、東北亞、北美和東南亞四個區(qū)域占據了中轉航班總量的81.9%，因此重點分析目的機場位于這四個區(qū)域的中轉航班。

3.2 最大中轉時間確定

國航經首都機場的國內轉國際航班的中轉時間整體分布范圍為[90，480]，各時間區(qū)間內的一次中轉航班數分布如表3 所示，占比最多的區(qū)間為[120，180），大約有20%，而約有19%的航班的中轉時間介于180～240 min。 與學者們給出的歐洲全服務航空公司在其樞紐機場的歐洲轉洲際航班最大中轉時間為90 min[3]～180 min[23]，以及中國全服務航空公司在其樞紐機場的國內轉國際航班最大中轉時間為210 min[20]相比，國航仍有46.9%的國內轉國際航班的中轉時間超過240 min，因此，最大中轉時間應當基于具體航空公司的具體樞紐機場確定，不能一概而論。

表3 不同時間區(qū)間的一次中轉航班量分布Tab.3 The distribution rate of connecting flights based on time periods

最大中轉時間也與樞紐機場所服務的目的區(qū)域相關，圖3 所示為國航從國內出發(fā)經首都機場中轉去往四個最主要目的區(qū)域的航班在不同時間區(qū)間的分布情況。 去往西歐、東北亞、北美和東南亞的航班中，占比最多的區(qū)間分別為[180，240）、[120，180）、[120，180） 和[300，360）， 占比第二的區(qū)間分別為[120，180）、[180，240）、[180，240）和[360，420）。 由于目標區(qū)間代表了最大中轉時間的最終確定區(qū)間，四個區(qū)域的目標區(qū)間的不同意味著其最大中轉時間取值也將不同。 同時，比較四個區(qū)域的中轉航班量在各時間區(qū)間的占比分布發(fā)現，國航對不同目的區(qū)域的中轉航班采用差異化的時刻配置模式。 西歐和北美呈現“下寬上窄”模式，意味著國航優(yōu)先安排絕大多數飛往西歐和北美航班在首都機場的銜接，以最小化其中轉時間。 東北亞呈現“均勻分布”模式，而東南亞呈現“下窄上寬”模式，對于國內至東南亞市場而言，首都機場作為其中轉機場在地理區(qū)位上并不處于中心位置，存在明顯的繞行，中轉時間超過240 min 的航班占大約65%，意味著旅客對較長中轉時間的容忍程度較高，由此推測，國航服務市場中，經首都機場中轉飛往東南亞的旅客類型可能以對時間不敏感而價格敏感的經濟艙旅客為主。

基于以上分析，表4 計算得到不同區(qū)域的最大中轉時間閾值。通過計算目標區(qū)間平均中轉時間得到四大區(qū)域最大中轉時間參考閾值分別為：西歐205 min，東北亞150 min，北美145 min，東南亞330 min。而根據次目標區(qū)間平均中轉時間，得到四大區(qū)域的可選最大中轉時間參考閾值分別為：西歐150 min，東北亞205 min，北美205 min，東南亞390 min。 除西歐外，其他三個區(qū)域的最優(yōu)最大中轉時間參考閾值均低于可選最大中轉時間參考閾值，此外，除東南亞外，其他三個區(qū)域的最優(yōu)最大中轉時間參考閾值均低于整體平均中轉時間。

圖2 基于目的區(qū)域和時間區(qū)間的一次中轉航班量分布Fig.2 The distribution rate of connecting flights based on destination regions and time periods

表4 不同目的區(qū)域最大中轉時間確定Tab.4 The maximum calculation of connecting time based on destination regions

從為旅客提供高質量中轉航班角度來講，最大中轉時間閾值設置地越小，航空公司生產的中轉產品對旅客的吸引力就越大，否則可能導致中轉旅客的流失。 Zhang 等[24]研究發(fā)現，由于首都機場擁堵，致使其國際中轉客流量溢出至其他更有競爭力的國內和國際樞紐機場。 因此，對國航而言，要提高首都機場的樞紐連通性，構建更加科學的航班波系統，應當設置基于不同區(qū)域的、閾值相對較小的最大中轉時間參考值。

3.3 國航航班中轉時間空間分布特性分析

根據上文定義， 分別采用始發(fā)機場喂給能力和喂給利用指數分析國航航班中轉時間的空間分布特性。喂給能力強的機場為杭州、成都、上海虹橋和重慶；喂給能力中等的機場為深圳、大連、西安和廣州；其他機場的喂給能力相對較弱。 對于成都、杭州、上海、重慶等喂給能力強的始發(fā)機場，國航在首都機場對其直達航班的利用率并不高，而太原、大同、烏蘭浩特、烏海等喂給能力小的始發(fā)機場的喂給利用指數反而比較高。

4 中轉航班時空間分布特性影響研究

表5 所示為采用最小二乘法對模型進行估計的結果，所包括的8 個變量除繞行系數外，均對國航經首都機場中轉的國際航班量產生顯著影響。

在5%的顯著性水平上， 可變最大中轉時間對國航首都機場的中轉航班量產生負影響，最大中轉時間的增加將導致中轉航班量的少量減少?？梢娮畲笾修D時間應當根據不同的國際目的區(qū)域采取差異化設置， 不能簡單地采用單一固定值，也不能直接采用適用于世界其他國家和區(qū)域的取值。

喂給能力和喂給利用指數都對國航首都機場的中轉航班量產生顯著的正影響。 喂給能力和喂給利用指數的增加均使得中轉航班量在較小程度上增加。 該結果證明了喂給能力和喂給利用指數對樞紐機場的中轉航班量具有顯著影響，可為全服務航空公司中轉航線產品設計提供參考。始發(fā)機場喂給能力的大小對中轉航班量的影響不同，相比喂給能力小的機場，喂給能力強的始發(fā)機場連接的中轉航班量更少， 分別減少0.5 和0.3 個單位該結果從統計學上驗證了國航在首都機場對喂給能力強的機場的航班利用效率不高。 這反映了國航在構建以首都機場為主樞紐的軸輻式網絡結構時，未充分考慮次級樞紐的培育，進而形成多樞紐軸輻式網絡結構，該結構已被歐美大型全服務航空公司證明是一種緩解主樞紐擁堵、避免容量限制帶來發(fā)展限制的更合理的網絡結構類型[25]。 在次級樞紐形成后，喂給能力小的機場可不與主樞紐連接，而直接與次級樞紐連接，支撐次級樞紐的發(fā)展；喂給能力相對較大的機場可保持與主樞紐的連接，形成頻率更高、密度更大的“運輸通道”。

表5 最小二乘法估計結果Tab.5 The estimation result of ordinary least squares

可用座位數的增加使得中轉航班量小幅度增加。 航線直達距離的影響也較為顯著且為負，航線直達距離的增加致使中轉航班量略微減少。 航線繞行系數的影響不顯著，在中國特殊的、仍以管制為主導的背景下，國內轉國際航線的開通受政策影響較大，國際航空運輸的實現通常需簽訂雙邊協定，在協定中規(guī)定國際航線必須經過幾個特定的城市，其中包括了PEK。 因此，盡管存在地理空間上的繞行，某些國際航線仍需在PEK 中轉。

5 結論

本文從時間和空間兩個角度研究了國航在首都機場的航班中轉時間分布特性。 從時間維度，提出了最大中轉時間參考閾值計算方法，通過總結國航從中國國內經北京首都飛往不同國際目的區(qū)域中轉航班的中轉時間分布規(guī)律，確定了最大中轉時間參考值。從空間維度，提出了采用喂給能力和喂給利用指數兩個指標研究國航在首都機場的中轉航班空間分布情況。并進一步采用多元回歸模型研究了中轉時間分布特性對國航首都機場中轉航班量的影響。

結果表明：①國航國內轉不同國際目的區(qū)域航班的中轉時間分布呈現不同模式，最終確定的不同國際目的區(qū)域最大中轉時間參考閾值也不同，且其值的設定，對中轉航班量影響顯著。 ②空間分析結果表明國航在首都機場構建國際中轉航班時對喂給能力強的始發(fā)機場的直達航班利用程度并不高，而喂給能力弱的機場的喂給利用指數反而較高。喂給能力和喂給利用指數的綜合應用更全面地反映了為樞紐機場提供喂給航班的始發(fā)機場的空間分布情況，為全服務航空公司航線網絡結構構建和評價提供了新思路。

基于研究結果，對國航航班運行提出如下建議：①為了避免國際中轉客流溢出至其他更有競爭力的樞紐機場，國航應當設置基于不同區(qū)域的、閾值相對較小的最大中轉時間參考值，以提高首都機場的樞紐連通性，構建更加科學的航班波系統。 ②在軸輻式網絡結構建設時，國航應注重次級樞紐的培育，以形成多樞紐軸輻式結構。