基于航班歷史數(shù)據(jù)的呼和浩特機(jī)場航班時(shí)刻資源優(yōu)化分析

□ 呼和浩特白塔國際機(jī)場 岳家彤 邵 軍 姜 宇/文

當(dāng)前中國民航運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，航班量迅速增加，導(dǎo)致空域資源和時(shí)刻資源緊張。對于機(jī)場來說，由于機(jī)場時(shí)刻容量限制，一天內(nèi)可放行的航班架次、單位時(shí)段可放行的航班架次均有限。如何在有限容量內(nèi)合理安排航班時(shí)刻，放飛更多航班，并保證航班放行正常率，提升旅客出行滿意度，是機(jī)場工作的難點(diǎn)。本文將基于對呼和浩特白塔國際機(jī)場（以下簡稱“白塔機(jī)場”）歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析（選取2019年6～8月這3個(gè)月中運(yùn)行環(huán)境相對穩(wěn)定的共66天航班數(shù)據(jù)作為樣本），結(jié)合大數(shù)據(jù)思維，找到航班時(shí)刻安排與放行延誤的關(guān)系，并通過提出優(yōu)化航班時(shí)刻安排建議，提升機(jī)場的航班放行正常率。

航班時(shí)刻安排分析

根據(jù)機(jī)場對放行延誤航班的統(tǒng)計(jì)可發(fā)現(xiàn)，白塔機(jī)場放行延誤時(shí)間小于5分鐘的航班數(shù)量較多，放行TODAM方向出港航班較為困難，部分航線正常率偏低，一天之內(nèi)存在高峰延誤時(shí)段，初步判斷分別是因?yàn)楹桨喟才旁诰植繒r(shí)刻較為集中，特定放行方向航路流量控制頻發(fā)，航路部分時(shí)刻放行數(shù)量較多以及前序航班積壓導(dǎo)致后續(xù)時(shí)段放行壓力增大。分別針對以上情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，嘗試找到原因并提出改進(jìn)措施。

（一）不同時(shí)間維度航班時(shí)刻安排與機(jī)場放行能力符合度分析

放行延誤航班的延誤時(shí)間小于5分鐘，說明出港并沒有明顯限制，很可能是由于單位時(shí)間計(jì)劃航班數(shù)量超過機(jī)場自身放行能力造成。對航班時(shí)刻安排與機(jī)場放行能力的比較將從三個(gè)維度進(jìn)行分析，即60分鐘、30分鐘和10分鐘。根據(jù)機(jī)場小時(shí)容量與實(shí)際放行航班數(shù)量數(shù)據(jù)，分別推算不同時(shí)間維度下機(jī)場的理論與實(shí)際放行能力，并與計(jì)劃放行航班數(shù)量進(jìn)行對比，判斷航班時(shí)刻安排是否滿足機(jī)場放行能力。

機(jī)場單位小時(shí)的航班容量為26架次，可知在60分鐘時(shí)間維度下，進(jìn)離港平衡時(shí)出港放行架次時(shí)刻容量為13架次左右。同時(shí)根據(jù)實(shí)際測算，除早出港因無落地航班，放飛架次較多外，其余時(shí)段出港放行架次均為13架次以下，即為保證不超過機(jī)場放行能力，航班計(jì)劃時(shí)刻安排每60分鐘出港架次至少應(yīng)小于13架次。統(tǒng)計(jì)60分鐘維度航班計(jì)劃平均放行量可知（見圖1），除7:00～7:59的早放行高峰時(shí)段，其余時(shí)段計(jì)劃航班放行量均小于13架次，滿足機(jī)場放行能力。

在30分鐘時(shí)間維度下，進(jìn)離港平衡時(shí)出港放行架次時(shí)刻容量為6.5架次左右。同時(shí)根據(jù)實(shí)際測算，除早出港時(shí)段外，其余時(shí)段出港放行架次均為7.2架次以下，即為保證不超過機(jī)場放行能力，航班計(jì)劃設(shè)計(jì)每30分鐘出港架次至少應(yīng)小于7.2架次，并盡量保證在6.5架次以內(nèi)。統(tǒng)計(jì)30分鐘維度航班計(jì)劃平均放行量可知（見圖2），除7:30～7:59的早放行高峰時(shí)段，13:00～ 13:29、14:30～ 14:59、16:00～ 16:29、18:30～ 18:59、21:00～21:29五個(gè)時(shí)段計(jì)劃航班平均放行量均超過6.5架次。其 中 14:30～ 14:59、16:00～ 16:29、21:00～21:29三個(gè)時(shí)段超過7.2架次，而14:30～14:59時(shí)段30分鐘計(jì)劃放行航班量更是達(dá)到9.48架次，嚴(yán)重超過機(jī)場放行能力。

在10分鐘時(shí)間維度下，進(jìn)離港平衡時(shí)出港放行架次時(shí)刻容量為2.2次左右。同時(shí)根據(jù)實(shí)際測算，除早出港時(shí)段外，其余時(shí)段出港放行架次均為2.5架次以下，即為保證不超過機(jī)場放行能力，航班計(jì)劃設(shè)計(jì)每30分鐘出港架次至少應(yīng)小于2.5架次，并盡量保證在2.2架次以內(nèi)。統(tǒng)計(jì)10分鐘維度航班計(jì)劃平均放行量（部分時(shí)段見圖3），除7:30～7:59的早放行高峰時(shí)段， 有包括7:10～7:19在內(nèi)的37個(gè)時(shí)段（全天共102個(gè)時(shí)段），放行架次超過2.2架次，其中29個(gè)時(shí)段，放行架次超過2.5架次。而16:00～16:09時(shí)段10分鐘計(jì)劃放行航班量更是達(dá)到6.23架次，遠(yuǎn)超機(jī)場放行能力。

由此可見，60分鐘維度下航班計(jì)劃未超過機(jī)場容量，但30分鐘、10分鐘維度下航班計(jì)劃安排存在超過機(jī)場容量的情況，其原因?yàn)楹桨嘤?jì)劃時(shí)刻小時(shí)內(nèi)分布不均勻。在30分鐘統(tǒng)計(jì)結(jié)果中，相鄰時(shí)段放行架次差異最大的時(shí)段為14:00～14:29與14:30～14:59，二者日均差異架次為6.92架次；在10分鐘統(tǒng)計(jì)結(jié)果中，相鄰時(shí)段放行架次差異最大的時(shí)段為15:50～15:59與16:00～16:09，日均10分鐘差異架次為5.29架次。這種現(xiàn)象不僅造成了航班堆積出港，超過機(jī)場放行容量，同時(shí)對未安排航班的空余時(shí)間不能有效利用，造成了時(shí)刻資源浪費(fèi)。

（二）前序航班放行積壓情況分析

即使航班時(shí)刻安排滿足機(jī)場容量，但如由于機(jī)場前序時(shí)段航班限制不能正常起飛，將延誤至后續(xù)時(shí)段進(jìn)而導(dǎo)致超過該時(shí)段機(jī)場放行能力，造成延誤積壓結(jié)果。這種現(xiàn)象在全年均存在，但在航班旺季，前序時(shí)段延誤航班較多，同時(shí)各時(shí)段航班量設(shè)計(jì)接近飽和，影響更為明顯。

將2019年6～8月航班根據(jù)計(jì)劃起飛時(shí)間和實(shí)際起飛時(shí)間分別統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算計(jì)劃航班延誤至后續(xù)各時(shí)段起飛的架次（見圖4）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)以下三點(diǎn)特征：

（1）14:00～15:00時(shí)段，航班對后續(xù)時(shí)段影響最大，在研究日期范圍內(nèi)共有313架次延誤至后續(xù)時(shí)刻起飛；

（2）在前序時(shí)段延誤的航班在15:00～16:00時(shí)段起飛的架次最多，為251架次；

（3）14:00～ 15:00時(shí) 段 延 誤 至15:00～16:00時(shí)段的航班架次最多，為195架次。

由此可知在全天受前序航班延誤影響最嚴(yán)重的時(shí)段為14:00～16:00時(shí)段，同時(shí)該時(shí)段也為實(shí)際需放行飛機(jī)超過機(jī)場放行能力最嚴(yán)重的時(shí)段。解決該問題將不僅有助于減小該時(shí)段機(jī)場放行壓力進(jìn)而提升放行正常率，同時(shí)能及時(shí)消化積壓航班，避免繼續(xù)對后續(xù)時(shí)段造成影響。

（三）關(guān)鍵出港方向航班時(shí)刻合理性分析

本場飛機(jī)起飛后根據(jù)不同目的地將從不同點(diǎn)離場，即出港方向。2019年白塔機(jī)場有四個(gè)出港方向：TODAM，BAV，TMR，涼城，其中TODAM、TMR方向航班占比均超過33%，為可能影響放行正常率方向?，F(xiàn)以60分鐘維度分出港方向統(tǒng)計(jì)放行航班數(shù)及同時(shí)段的放行延誤數(shù)，可發(fā)現(xiàn)各小時(shí)延誤航班趨勢與TMR方向放行航班數(shù)大致呈相反趨勢，即TMR方向放行航班數(shù)越多，延誤數(shù)量越少；各小時(shí)延誤航班趨勢與TODAM方向放行航班數(shù)大致呈同向趨勢，即TODAM方向放行航班數(shù)越多，延誤數(shù)量越多。

圖4：白塔機(jī)場前序航班延誤情況

利用度量兩個(gè)變量之間相關(guān)程度的皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Pearson correlation coefficient），分析TODAM和TMR兩個(gè)方向放行航班數(shù)與放行延誤航班架次的相關(guān)性，并得到相關(guān)系數(shù)分別為：TODAM方向放行數(shù)與延誤航班數(shù)的系數(shù)為0.77，TMR方向放行數(shù)與延誤航班數(shù)的系數(shù)為-0.16，故可確定TODAM方向航班時(shí)刻安排確為影響機(jī)場放行延誤的關(guān)鍵因素。而TODAM方向航班放行正常率僅為59%，因此找到影響該方向航班正常起飛的因素并進(jìn)行改進(jìn)，將能夠有效提升機(jī)場整體放行正常率。

據(jù)觀察，TODAM方向經(jīng)常發(fā)布飛越限制信息，一般會(huì)限制12分鐘一架，此類限制多為其他用戶占用空域或流量控制等因素造成，機(jī)場無法主觀控制。現(xiàn)以12分鐘為單位區(qū)間劃分機(jī)場全天運(yùn)行時(shí)段，并統(tǒng)計(jì)航班計(jì)劃中各區(qū)間TODAM方向放行班次，發(fā)現(xiàn)該方向航班安排大于1架次的區(qū)間占總區(qū)間數(shù)的27.06%，甚至存在個(gè)別區(qū)間航班安排超過3架次，此時(shí)若存在飛行限制，則將大概率造成放行延誤。

（四）重點(diǎn)航線航班時(shí)刻排布分析

針對白塔機(jī)場研究時(shí)段內(nèi)執(zhí)飛的所有航線航班，選出放行班次大于198班（平均每天3班），且放行正常率低于75%的航線作為重點(diǎn)航線分析，即廣州、杭州、武漢、長沙、上海虹橋、哈爾濱、天津、南京、烏蘭浩特、青島、濟(jì)南、鄭州、赤峰，在刪除由于工程機(jī)務(wù)、旅客等非航線原因造成放行延誤的對應(yīng)計(jì)劃與延誤數(shù)據(jù)后，分別統(tǒng)計(jì)各航線放行數(shù)與相應(yīng)放行延誤數(shù)，如部分時(shí)段放行班次較少，則與相鄰時(shí)段進(jìn)行合并。

對于航線放行正常率較高和較低的時(shí)段，分別稱為放行順暢時(shí)段與放行困難時(shí)段。由統(tǒng)計(jì)可知，不同航線的放行順暢時(shí)段與放行困難時(shí)段均不相同，同一航線在不同時(shí)段的放行正常率有較大差異，即盡管航線全天平均放行正常率偏低，但也存在放行正常率較高的時(shí)段。如廣州航線在07:00～07:59、13:00～13:59、17:00～ 17:59、18:00～ 18:59、21:00～21:59五個(gè)時(shí)段放行正常率分別為 65.52%、24.24%、34.85%、34.85%、55.56%； 杭 州 航 線 在 11:00～ 11:59、18:00～ 18:59、21:00～ 21:59、22:00～22:59四個(gè)時(shí)段放行正常率分別為33.33%、58.73%、81.82%、80.56%。

航班時(shí)刻優(yōu)化結(jié)論與建議

（一）航班時(shí)刻優(yōu)化結(jié)論

文中通過基于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對呼和浩特機(jī)場旺季航班時(shí)刻安排與放行延誤航班情況進(jìn)行分析，從不同時(shí)刻維度放行、重點(diǎn)出港方向放行情況、不同航線各放行時(shí)段以及各時(shí)段航班積壓的放行情況分析，得到以下結(jié)論：

1.目前呼和浩特機(jī)場航班計(jì)劃時(shí)刻安排在60分鐘維度能夠滿足機(jī)場放行能力限制，但在30分鐘、10分鐘維度設(shè)置存在航班堆積和時(shí)段空閑情況，對應(yīng)造成了航班安排超過機(jī)場放行能力導(dǎo)致放行延誤以及時(shí)刻資源浪費(fèi)情況。在設(shè)計(jì)航班計(jì)劃時(shí)，應(yīng)清理不同維度下的存量時(shí)刻，確保在各維度下出港航班均勻分布。

2.根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在呼和浩特機(jī)場14:00～15:00時(shí)段延誤至后續(xù)時(shí)段的航班最多，且該時(shí)段延誤至15:00～16:00的航班數(shù)量較大，同時(shí)15:00～16:00航班為全天受前序延誤航班起飛影響最嚴(yán)重時(shí)段，故認(rèn)為引入空置時(shí)段，即適當(dāng)減少14:00～15:00時(shí)段航班計(jì)劃數(shù)量，有助于及時(shí)消化前序堆積航班，減小延誤航班影響，并提升后續(xù)時(shí)段放行正常率。

3.影響呼和浩特機(jī)場延誤的關(guān)鍵放行方向?yàn)門ODAM方向，其各時(shí)段內(nèi)航班計(jì)劃數(shù)量與機(jī)場航班延誤數(shù)呈近似正相關(guān)關(guān)系。由于TODAM方向存在每12分鐘放行一架航班的常見限制，所以在設(shè)計(jì)該方向航班時(shí)刻時(shí)，需對應(yīng)設(shè)置間隔時(shí)間，提升該方向航班放行正常率。

4.通過對重點(diǎn)航線分時(shí)段統(tǒng)計(jì)分析，找到各航線的放行順暢和放行困難時(shí)間段，結(jié)合航班時(shí)刻互換方式，提升對應(yīng)航線在順暢時(shí)間段的航班數(shù)量，減少在放行困難時(shí)間段的航班數(shù)量，可在清理時(shí)刻存量的同時(shí)提升相關(guān)航線放行正常率。

（二）建議

1.目前全國各大型機(jī)場普遍存在航班時(shí)刻資源緊缺情況，但其中部分機(jī)場的飽和是由于航空公司預(yù)占航班時(shí)刻，但航線并未實(shí)際執(zhí)行造成的。由此，可首先了解各航班的預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)期，然后對不同時(shí)期的航班在各時(shí)間維度下均勻分配，并協(xié)調(diào)航空公司主動(dòng)交回停航時(shí)間較長的時(shí)刻資源，以實(shí)現(xiàn)機(jī)場時(shí)刻資源的合理排布。

2.當(dāng)前各機(jī)場主要針對自身保障原因造成的放行延誤航班采取管控提升措施，但該類航班占比極少，改善后對正常率提升不夠明顯。本文提出的航班時(shí)刻優(yōu)化以提升放行正常率的方式，將管控范圍拓展至機(jī)場不可控因素（天氣原因、流量控制、其他空域用戶占用）造成的延誤航班，一定程度上擴(kuò)大了可干預(yù)的不正常航班范圍，增加了放行正常率提升空間。

3.本次研究通過前期人工及后期設(shè)計(jì)簡易軟件對航班歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、清洗、整理及統(tǒng)計(jì)，但由于原有人工收集數(shù)據(jù)非規(guī)范化，統(tǒng)計(jì)需求多元化，導(dǎo)致工作進(jìn)展緩慢。建議各機(jī)場可依托智慧機(jī)場發(fā)展規(guī)劃，建設(shè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，并做好數(shù)據(jù)規(guī)范化治理工作，為支撐業(yè)務(wù)層面快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用，進(jìn)行應(yīng)用分析打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。