航班時刻擠兌現象研究

王全躍，高學亮

（中國南方航空股份有限公司，廣州 510000）

隨著民航業(yè)的蓬勃發(fā)展，航班量逐年增加，目前國內供民航使用的空域已經供不應求。在如此大的航班量下，常態(tài)化的通行量限制已經成為航班日常運行的主要影響因素，是影響航班正常性的基礎限制條件，而航班正常性也越來越成為局方和航空公司考核的一個重點項目。深挖航班流控的根本原因，較多時候是由于容流不匹配導致的，而航班時刻擠兌現象正是容流不匹配的重要表象。本文通過對這一重要表象的研究，從航班時刻與終端區(qū)容量的角度出發(fā)，結合空管的日常限制，構建航班擠兌現象分析模型，分析影響航班正常性的因素，探討解決該現象的方法。

1 航班時刻擠兌現象

1.1 航班時刻擠兌現象發(fā)生的原因

航班時刻擠兌現象主要發(fā)生在兩個及多個航班為同一方向（目的地相同或是使用同一走廊口的出港航班）航班時刻重疊或者相近的情況下，受航路流控限制或是間隔要求，后一航班的離場時刻受制于前一航班的情況。

其主要表現為以下幾點（排除航空公司自身保障原因或是航班計劃過站時間不足等導致航班不能按時起飛的情況）：

（1）前一航班（或前幾個航班）時刻正常，后一航班則流控，反映在數據上則是前一航班月度正常率比該航班正常率高（5%以上甚至更多）。

（2）如果前一航班延誤，后一航班必然延誤，且若是要協(xié)調該航班時刻提前，需協(xié)調前一航班時刻也提前；而該航班延誤時間一般情況較前一航班更長。

（3）如果該航班時刻正常，前一航班時刻必將正常。除非該航班特殊原因協(xié)調不受限，其余時候該航班正常時，前一航班都能正常執(zhí)行。

1.2 時刻擠兌現象與流控現象的區(qū)別

（1）時刻擠兌現象與流控現象一樣，是航班不能按照計劃起飛時刻起飛的一種情況。

（2）根本原因不同：流控產生的根本原因是臨時發(fā)布的流量限制信息，而時刻擠兌現象發(fā)生的根本原因為航班時刻較為密集導致后一航班受制于前一航班的時刻，無法比前一航班時刻更早所導致延誤。

（3）流控信息不同：流控導致航班延誤時，流控信息一般為臨時增加的限制信息；而時刻擠兌現象則較多發(fā)生在日?；南拗菩畔⒒蚴浅B(tài)化的流量限制情況下。

（4）若是已經有時刻擠兌現象，當因天氣或者其他用戶活動導致除日常流量限制外增加了臨時流控限制時，在時刻擠兌現象中的航班將面臨更大的延誤且對抗臨時流控限制時的裕度將變得更低。

2 造成航班時刻擠兌現象發(fā)生的主要因素

影響航班運行或者說導致航班流控的因素有很多，本文僅討論日常情況下影響航班運行的主要因素，主要分為終端區(qū)容量限制、尾流間隔和通行量間隔要求。

2.1 終端區(qū)容量限制

在終端區(qū)運行的航空器運行架次不超過當前機場的最大運行容量。而在終端區(qū)運行的航空器包括地面推出、滑行的航空器和空中起飛與即將落地的航空器，這些都是終端區(qū)流量的重要組成部分。就目前管制能力而言，在不遇到其他導致航空器積壓的情況出現之前，受到終端區(qū)容量限制的情況主要發(fā)生在終端區(qū)每小時起降架次這一限制。對于單跑道運行的機場，多數情況下每小時20～25 個起降架次已經接近該機場運行的上限了。

2.2 尾流間隔

終端區(qū)尾流間隔應根據航空器尾流等級確定，分為起飛尾流間隔和落地尾流間隔。

2.2.1 起飛尾流間隔

當前后起飛離場的航空器為重型機和中型機、重型機和輕型機、中型機和輕型機，且使用下述跑道時，前后航空器間非雷達間隔的尾流間隔時間不得少于2 min。

（1）同一跑道。

（2）跑道中心線間隔小于760 m 的平行跑道。

（3）交叉跑道，且后機將在同一高度或在前機之下不大于300 m 的高度穿越前機的飛行軌跡。

（4）跑道中心線間隔大于760 m 的平行跑道，且后機與前機同高度或在前機之下不大于300 m 的高度穿越前機的飛行軌跡。

2.2.2 落地尾流間隔落地尾流間隔見表1。

表1 落地尾流間隔表 min

2.3 同方向間隔

為保障航空器安全運行，使用同一航路的航空器需要留足航空器運行所需間隔，而通?？展苤苯影l(fā)布通行量監(jiān)控或是常態(tài)化走廊口流量限制，以便滿足航路內航班間隔要求。

3 終端區(qū)內航班正常運行限制模型

3.1 日常限制模型

3.1.1 尾流間隔

式中：X表示航空器計劃起飛時刻；B表示航空器的尾流間隔要求。在同一條跑道起飛的相鄰兩架航空器的起飛時刻應該大于等于尾流間隔，航班才能正常執(zhí)行。

3.1.2 同方向間隔

式中：X表示航空器計劃起飛時刻；C表示航空器的同方向間隔要求。前往同一個航路點出港的相鄰兩架航空器的起飛時刻應該大于等于同方向間隔，航班才能正常執(zhí)行。

3.2 終端區(qū)內流量限制

在批復航班計劃起飛時刻時，理論上終端區(qū)內單位時間內的流量不應該超過終端區(qū)容量上限，即L≤Lmax。式中L為終端區(qū)流量，Lmax為終端區(qū)容量上限。

其中終端區(qū)流量又包含地面推出和滑行中的航空器和空中起飛以及正在落地的航空器，因此，

式中：T表示單位時間內終端區(qū)地面滑行的航空器數量；A表示單位時間內終端區(qū)空中航空器數量。

單位時間t（i，j）內，終端區(qū)地面滑行的航空器數量T可表示為，其中地面滑行航空器數量應不大于終端區(qū)最多滑行數量，因此可寫為

單位時間t（i，j）內，終端區(qū)空中航空器數量A可表示為其中空中航空器數量應不大于終端區(qū)能承受的最多空中航空器數量，因此可寫為

因此，終端區(qū)流量限制可寫為

3.3 基于航班時刻的航班正常性模型

在終端區(qū)運行的航班同時受到上述幾條限制影響，因此基于航班時刻的航班正常性模型可寫為當航空器的時刻同時滿足上述幾個條件，才能保證航班按計劃時刻執(zhí)行時能正常起飛。

4 實例分析

4.1 尋找時刻擠兌航班

首先通過航班正常率以及航班執(zhí)行情況篩選出某一機場正常率低的航班。通過研究該航班時刻，不難發(fā)現在該航班臨近時刻有其他航司的航班正常率高于該航班較多，通過研究當地機場發(fā)布的限制以及當月航路流量限制情況可以得出，因為兩個航班時刻相近，前一航班時刻擠兌了后一航班，造成后一航班正常率偏低。

這樣的航班有很多，這里以寧波機場航班時刻為例，見表2。

表2 寧波機場出港航班時刻與正常率分析表

以寧波機場11∶10—11∶25 這段時刻出港航班為例。該時段內共有4 個同方向出港航班，其中兩個航班是同時刻航班（AQ1066 和CZ2736），其中兩個是同目的地航班（AQ1066 和CZ8518）。寧波機場UGAGO 走廊口日常流量監(jiān)控限制為8～12 min 一架次，寧波機場每小時航班起降航班量為20 架次。因尾流間隔B小于同方向間隔C，且落地航班架次為4 架，滿足寧波機場小時起降容量。故將航班間隔C控制在8 min，用MATLAB 求航班正常數量最大&延誤時間總和最小的最優(yōu)解可以得出以下結論。

若確保AQ1066 或者CZ2736 其中一個航班正常（因為上述兩班為同時刻航班），出讓CZ2736 時刻給MU9895，這樣在總延誤時間為23 min 的情況下，僅比剩下3 個航班依次延誤的總延誤時間增加1 min，換來多一個航班的起飛正常。寧波機場航班預計延誤方案與COBT 時間分配見表3。

表3 寧波機場航班時刻與COBT 時間分析表

由此可見，CZ2736 正常率較AQ1066 相差較多的原因為2 個航班同時刻，但根據UGAGO 走廊口的限制，其中一個航班正常執(zhí)行時，另一個航班基本無法正常執(zhí)行。而對于MU9895 來說，因為和前面2 個航班有10 min 的時刻間隔，剛好可以滿足走廊口8～12 min 的間隔要求，可出讓CZ2736 時刻以保障該航班正常，以提升機場出港航班正常率。再看CZ8518，因為前面有AQ1066 為同目的地航班，所以該航班的時刻受制于AQ1066 和CZ2736，因此正常率最低，這是從航班正常性角度出發(fā)的最優(yōu)解法。從正常性數據中可以看出，目前空管CDM 系統(tǒng)也是遵照這樣的解法來進行設計的，實際結果和模擬解法一致。

這個例子很明顯地說明了寧波機場11∶10—11∶25時段內發(fā)生了航班時刻擠兌現象。那么，對于遭受航班時刻擠兌的CZ2736 和CZ8518 航班來說，有什么辦法解決這個情況呢？

4.2 通過臨時計劃動態(tài)調整避開時刻擠兌

對于處置終端區(qū)航空器容流不匹配的情況，航班臨時計劃變更是局方認可的，也是針對起飛、落地機場超容最有效的手段。它能有效調整終端區(qū)航空器進出港每小時架次，從而匹配終端區(qū)每小時容量，最大程度優(yōu)化航班時刻，減少航班延誤。

以臨時計劃動態(tài)調整提升航班正常性的實質是：將因流量限制導致部分時段超出時刻容量的航班，調整至時刻容量較為寬裕的時段，從而確保每個時段內的進出港航班量在流量限制的要求內或是終端區(qū)可以保障的航班數量內。

對于寧波機場11∶10—11∶25 這個時段來說，根據日常限制8～12 min 一架次的限制條件，15 min 內有4個同方向航班是不可能保障全部航班都正常的，因為4 個航班所需間隔一般為24 min，對于該時段的寧波機場來說是超容的。因此，將時刻為11∶10 的AQ1066或是CZ2736 調整至其他時段就可以解決這個問題，詳情見表4。

表4 寧波機場調時明細表

由此可見，將CZ2736 航班調時至11：35 之后就可以保障所有航班正常，符合空管日常通行量監(jiān)控限制，且不會造成寧波機場出港航班逆序問題。

以上僅是小場景航班臨時計劃動態(tài)調整的應用實例，對于航班臨時計劃動態(tài)調整，也做了大量嘗試，在2020 年南航共計調時3 719 次，通過調時避免2 481 班延誤，調時成功率66.71%。這說明臨時計劃動態(tài)調整的措施能夠有效減少因時刻擠兌現象導致航班延誤的問題。

4.3 臨時計劃動態(tài)調整的限制

（1）影響航班的限制因素為終端區(qū)（起飛/落地機場）的容量限制，一般表現為臨時的限制。

（2）當航路上因天氣、其他用戶活動等其他因素的疊加時刻擠兌現象導致航班不能按時起飛的情況時，使用調時操作，效果并不明顯。

（3）因局方文件規(guī)定，調時需要提前6 h 以上進行申請。對于調時航班的選擇以及機場容量的把握將成為航班調時后是否正常的關鍵要素。

5 結束語

（1）批復航班計劃時刻時，應該盡量避免在同一機場有不同航司執(zhí)飛同時刻前往同一目的地的航班。而航司在申請航班計劃時刻時，也要避免自己和旗下分子公司有同一時刻執(zhí)飛的航班。

（2）在批復當季航班計劃時刻時，應該考慮到出港航班方向，有順序地放飛。

（3）各航司在發(fā)現當季航班計劃時刻不合理時，應當建立相應評估體系著手考慮時刻調整。

（4）臨時航班計劃變更或可成為挽救此類航班的一種特殊手段。

（5）隨著管制技術和能力的提升，今后流控情況也會有所改善，相應的間隔要求也會減小。