綿陽機(jī)場(chǎng)過站航班地面保障流程延誤預(yù)警研究

李明捷 袁一凡 苗光遠(yuǎn)

摘? 要：針對(duì)綿陽機(jī)場(chǎng)航班地面保障流程構(gòu)建AOE

—網(wǎng)，求出“關(guān)鍵路徑”，結(jié)合A-CDM記錄得到航班保障流程中的“關(guān)鍵延誤作業(yè)”，并通過Apriori算法對(duì)“關(guān)鍵延誤作業(yè)”進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，最終得出造成航班保障累積延誤的主要原因。計(jì)算結(jié)果表明，為提高航班正常性，綿陽機(jī)場(chǎng)應(yīng)在地面保障中應(yīng)著重監(jiān)管廊橋/客梯車到位、旅客登機(jī)、客艙門關(guān)閉、廊橋/客梯車撤離這幾項(xiàng)保障作業(yè)的進(jìn)程和關(guān)聯(lián)性。

關(guān)鍵詞：航班保障;預(yù)警;關(guān)聯(lián)規(guī)則;AOE—網(wǎng);Apriori算法

中圖分類號(hào)：F560? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： AOE-network was constructed for the flight ground guarantee process of Mianyang airport，“critical path”was obtained， and“critical delay operation”in the flight guarantee process was obtained by combining with A-CDM records. Association rule analysis was carried out on the“critical delay operation”through Apriori algorithm， and the main reason for the accumulated delay of flight guarantee was finally obtained. The calculation results show that in order to improve the normality of flights， Mianyang airport should focus on monitoring the process and correlation of bridge/passenger ladder vehicle in place， passenger boarding， cabin door closing， and bridge/passenger ladder vehicle evacuation.

Key words： flight security; early warning; association rule; AOE-network; Apriori algorithm

0? 引? 言

隨著航空業(yè)務(wù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，機(jī)場(chǎng)時(shí)隙資源使用緊張，空中交通擁堵，航班延誤嚴(yán)重，我國樞紐機(jī)場(chǎng)和部分干線機(jī)場(chǎng)航班地面運(yùn)行保障能力正面臨著巨大挑戰(zhàn)，機(jī)場(chǎng)服務(wù)質(zhì)量較以往有所下降。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年我國航班延誤直接損失超過500億元人民幣。機(jī)場(chǎng)地面服務(wù)流程普遍存在信息化建設(shè)落后、操作模式陳舊、調(diào)度體系層級(jí)多等問題，缺乏全流程監(jiān)控的手段。

航班的保障過程需要空管、機(jī)場(chǎng)和航空公司三方進(jìn)行協(xié)同合作。以綿陽機(jī)場(chǎng)過站航班保障流程為例，共計(jì)22+5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)節(jié)點(diǎn)，具體作業(yè)如圖1所示。

綿陽機(jī)場(chǎng)主要機(jī)型為A319、A320、B738，均為C類機(jī)型，過站航班的保障流程如圖2所示。

由此可見，對(duì)航班地面保障中每個(gè)環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理，特別是對(duì)航班地面保障流程進(jìn)行合理的預(yù)警與控制，可為空管、機(jī)場(chǎng)、航空公司及地服公司提供有效的決策信息，精準(zhǔn)調(diào)配地面保障資源，提高機(jī)場(chǎng)整體的運(yùn)行效率，提高航班正常性。

1? 基于AOE網(wǎng)的地面保障延誤作業(yè)分析

1.1? 初始AOE—網(wǎng)構(gòu)建

設(shè)權(quán)重代表每項(xiàng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的保障時(shí)間，結(jié)點(diǎn)代表連接兩項(xiàng)保障作業(yè)的設(shè)備、人員到位狀態(tài)，初步構(gòu)建AOE—網(wǎng)。假設(shè)航空器到港時(shí)間為第0分，離港時(shí)間為第120分，將保障流程中的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)分別用A，B，…，S表示，設(shè)備、人員到位狀態(tài)分別用①，②，…，○表示，若兩項(xiàng)作業(yè)之間無對(duì)應(yīng)的到位狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，則用○表示。根據(jù)保障流程得到的保障作業(yè)先后順序及最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間如表1所示。

根據(jù)表1初步構(gòu)建的AOE—網(wǎng)如圖3所示。

1.2? 關(guān)鍵路徑實(shí)現(xiàn)

用ei表示項(xiàng)目中活動(dòng)a的最早開始時(shí)間，li表示項(xiàng)目中活動(dòng)a的最晚開始時(shí)間，vej表示事件的最早發(fā)生時(shí)間，vlj表示事件的最晚發(fā)生時(shí)間，求AOE—網(wǎng)的關(guān)鍵路徑，需要辨別關(guān)鍵活動(dòng)，關(guān)鍵活動(dòng)即表示ei=li的活動(dòng)，而為了求項(xiàng)目中活動(dòng)的最早開始時(shí)間ei和最晚開始時(shí)間li，首先需要求得頂點(diǎn)所代表事件的最早發(fā)生時(shí)間vej和最晚發(fā)生時(shí)間vlj。假設(shè)活動(dòng)a由弧j，k表示，則活動(dòng)a的持續(xù)時(shí)間為dutj，k。則活動(dòng)a的最早開始時(shí)間ei和最晚開始時(shí)間li的傳統(tǒng)算法為：

（1）

分兩步求vej和vlj：

（1）從ve1=0開始向前遞推，得到事件的最早發(fā)生時(shí)間vej為：

vej=maxvei+duti，j? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

其中：i，j∈T， 2≤j≤n，T是所有以j為頭的弧的集合;duti，j是該弧的作業(yè)時(shí)間。

（2）從vln= ven開始向后遞推，得到事件的最遲發(fā)生時(shí)間vli的計(jì)算公式為：

vli=minvlj-duti，j? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

其中：i，j∈S， 1≤i≤n-1，S是所有以i為尾的弧的集合;duti，j是該弧的作業(yè)時(shí)間。

實(shí)時(shí)計(jì)算關(guān)鍵路徑的長(zhǎng)度，找出可能影響航班正常的關(guān)鍵進(jìn)程，是文章研究的關(guān)鍵所在，本文借助計(jì)算機(jī)編程語言來實(shí)現(xiàn)，下面是部分代碼：

#include

#include

//#include

//#include

#define? MAX_VERTEX_NUM 20//最大頂點(diǎn)個(gè)數(shù)

#define? VertexType int//頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的類型

typedef enum{false，true} bool;

//建立全局變量，保存邊的最早開始時(shí)間

VertexType ve[MAX_VERTEX_NUM];

//建立全局變量，保存邊的最晚開始時(shí)間

VertexType vl[MAX_VERTEX_NUM];

typedef struct ArcNode{

int adjvex;//鄰接點(diǎn)在數(shù)組中的位置下標(biāo)

struct ArcNode * nextarc;//指向下一個(gè)鄰接點(diǎn)的指針

VertexType dut;

}ArcNode;

1.3? “關(guān)鍵路徑”計(jì)算結(jié)果分析

圖4為某一個(gè)航班地面保障的關(guān)鍵路徑求解過程，其中帶*的為關(guān)鍵作業(yè)。則該保障過程的關(guān)鍵路徑為a→a→a→a→a→a→a→a→a→a對(duì)應(yīng)的保障作業(yè)為B→C→D→G→L→P→Q→R→S（B. 廊橋/客梯車對(duì)接;C. 開客艙門;D. 旅客下機(jī);G. 客艙清潔;L. 機(jī)組及乘務(wù)組保障;P. 廊橋/客梯車撤離;Q. 牽引車對(duì)接;R. 輪擋與反光錐形標(biāo)志物撤離;S. 航空器推出）。

同理，分別對(duì)多組航班保障數(shù)據(jù)求取關(guān)鍵路徑，表2為部分航班保障的關(guān)鍵路徑。

由于本文構(gòu)建的AOE網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)表示人員設(shè)備到位狀態(tài)，權(quán)重表示保障作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，因此除了關(guān)鍵路徑上的關(guān)鍵作業(yè)（上文中A， B， …， S表示）以外，影響航班保障的主要環(huán)節(jié)也包括關(guān)鍵路徑上的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)（上文中①→○表示），即到位是否出現(xiàn)延誤。

2? 基于AOE—網(wǎng)的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘

2.1? 數(shù)據(jù)預(yù)處理

在上一章結(jié)論的基礎(chǔ)上，結(jié)合A-CDM的保障數(shù)據(jù)記錄，將每組關(guān)鍵路徑上出現(xiàn)實(shí)際延誤的作業(yè)（簡(jiǎn)稱“關(guān)鍵延誤作業(yè)”），作為數(shù)據(jù)挖掘的輸入項(xiàng)，并對(duì)這一系列的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，得出延誤之間的潛在規(guī)律。

經(jīng)過數(shù)據(jù)篩選處理，得到的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的部分原始數(shù)據(jù)如表3所示。

2.2? Apriori算法求解

通過Python編程對(duì)Apriori算法進(jìn)行求解，算法的原理是首先搜索所有的頻繁項(xiàng)集，然后通過設(shè)置最小支持度0.1篩選出現(xiàn)頻率較低的項(xiàng)集得到候選項(xiàng)集，接下來尋找關(guān)聯(lián)規(guī)則，通過設(shè)置最小置信度0.5篩選保留強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)集。整理得出如表4所示的關(guān)聯(lián)規(guī)則。支持度和置信度越大，說明在航班保障中該關(guān)聯(lián)規(guī)則出現(xiàn)的頻率越高。保留下來的支持度均大于0.1，置信度均大于0.5，說明剔除了小概率事件。當(dāng)提升度大于1，該關(guān)聯(lián)規(guī)則為有效的強(qiáng)關(guān)聯(lián)，且數(shù)值越大，關(guān)聯(lián)性越強(qiáng);當(dāng)提升度等于1，前后項(xiàng)相互獨(dú)立;當(dāng)提升度小于1，為無效的強(qiáng)關(guān)聯(lián)，故在表4中剔除關(guān)聯(lián)規(guī)則10。

2.3? 關(guān)聯(lián)規(guī)則結(jié)果分析

從表4的9條有效關(guān)聯(lián)規(guī)則可知對(duì)保障效率影響較大且關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的環(huán)節(jié)主要是J. 旅客登機(jī)、N. 客艙門關(guān)閉、P. 廊橋

/客梯車撤離，另外：

（1）關(guān)聯(lián)規(guī)則1的支持度最高，為0.12，說明“客艙門關(guān)閉的延誤影響了廊橋/客梯車撤離效率”這一事件在往常的航班保障中出現(xiàn)的概率最大，所以，使客艙門關(guān)閉的時(shí)間節(jié)點(diǎn)提前，可有效提高保障效率;

（2）關(guān)聯(lián)規(guī)則4、5的提升度最高，為4.19，說明“客艙門關(guān)閉”和“旅客登機(jī)、廊橋/客梯車撤離”的相關(guān)性最高，容易造成“前項(xiàng)延誤后項(xiàng)必累積延誤”的情況，因此在前項(xiàng)出現(xiàn)延誤的時(shí)候需對(duì)后項(xiàng)進(jìn)行預(yù)警并提早進(jìn)行相關(guān)保障安排;

（3）另外，從機(jī)場(chǎng)航班保障數(shù)據(jù)看，⑥廊橋/客梯車到位的延誤幾乎存在于每一個(gè)保障過程中，說明廊橋/客梯車到位這一環(huán)節(jié)本身存在問題，并且會(huì)影響到后續(xù)的保障效率，應(yīng)予以重視。

3? 預(yù)警流程設(shè)置

首先，逐個(gè)分析航班保障數(shù)據(jù)，分別使用AOE—網(wǎng)得到關(guān)鍵路徑，記為TIDi=1，2，…。依次讀取完數(shù)據(jù)，得到多條關(guān)鍵路徑，再將這些數(shù)據(jù)用Apriori算法分析得到作業(yè)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，找出強(qiáng)關(guān)聯(lián)的規(guī)則。

根據(jù)上面的規(guī)律，在航班保障的進(jìn)程中，實(shí)時(shí)記錄并上傳各個(gè)保障作業(yè)的延誤情況。從第一項(xiàng)保障作業(yè)開始依次判別，若該項(xiàng)作業(yè)延誤，則邏輯關(guān)系圖中選擇“yes”的路線，再次判斷該項(xiàng)延誤作業(yè)是否為（⑥廊橋/客梯車到位、J. 旅客登機(jī)、N. 客艙門關(guān)閉、P. 廊橋/客梯車撤離）等具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的作業(yè)，若不是，系統(tǒng)預(yù)警，保障人員注意配合作業(yè)的順利完成;若是，系統(tǒng)給出強(qiáng)預(yù)警命令，根據(jù)不同的問題采取相應(yīng)的措施。

若第一項(xiàng)作業(yè)未延誤，則邏輯關(guān)系圖中選擇 “no”路線，繼續(xù)循環(huán)判別第二項(xiàng)作業(yè)環(huán)節(jié)的延誤情況，以此類推直到最后一項(xiàng)作業(yè)判別完成。

根據(jù)以上的結(jié)論，設(shè)置如圖5所示的預(yù)警流程。

4? 小? 結(jié)

本文對(duì)綿陽機(jī)場(chǎng)過站航班地面保障流程構(gòu)建AOE—網(wǎng)的基礎(chǔ)上采用Apriori算法對(duì)保障延誤作業(yè)進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，在得出影響保障效率的潛在因素及各因素之間的關(guān)聯(lián)性后，對(duì)該流程實(shí)現(xiàn)預(yù)警。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析可知，預(yù)警流程的設(shè)置可以提高綿陽機(jī)場(chǎng)過站航班的保障效率。下一步將重點(diǎn)討論設(shè)置預(yù)警后具體的控制策略，為壓縮過站時(shí)間，提高機(jī)場(chǎng)保障效率提供具體方案。

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