基于多維度的航線匹配航班方法研究及應(yīng)用

徐航

(民航中南空管局空管軟件研發(fā)應(yīng)用開放實驗室，廣東廣州 510403)

航班和航線信息，是民用航空兩種重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。同時，航班和航線之間也存在緊密的聯(lián)系，每個航班在執(zhí)行時都需要按指定的航線飛行。如果航班飛錯航線，不僅影響空管指揮，造成嚴(yán)重差錯，甚至可能衍生出一些潛在的安全問題。然而我國航班與航線分別由不同主體管理，其中，航班的執(zhí)飛需要有相關(guān)的預(yù)先飛行計劃，而預(yù)先飛行計劃由民航局運(yùn)行監(jiān)控中心批復(fù)[1]，而班機(jī)航線屬于空域管理范疇，需要軍民航的統(tǒng)一協(xié)調(diào)[2]，在實際運(yùn)行中需要一線運(yùn)行部門根據(jù)不同主體的相關(guān)要求建立航班和航線的對應(yīng)關(guān)系。本文著重對航班計劃與班機(jī)航線的自動匹配進(jìn)行研究。

吳冰[3]通過預(yù)先飛行計劃報解決了臨時加班計劃的航線匹配問題。許堅[4]通過自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了飛行計劃航路處理中航班靈活航路的處理。孫竟超等[5]研究了基于交叉口的航班航線排序方法。但對于航班換季時大批量的新航班計劃的航線匹配關(guān)系，以上論述均未涉及，目前仍需要民航一線運(yùn)行部門根據(jù)航班計劃和班機(jī)航線的各種條件進(jìn)行匹配關(guān)聯(lián)。

目前，業(yè)內(nèi)一線運(yùn)行部門主要采用航班計劃主動匹配班機(jī)航線的機(jī)制，這種機(jī)制是在航班計劃和班機(jī)航線發(fā)布之初根據(jù)航班計劃的自身要素自動搜尋與之匹配的班機(jī)航線并建立匹配關(guān)系。這種機(jī)制可以大大提高航班計劃與班機(jī)航線的匹配效率。然而，一旦班機(jī)航線有所調(diào)整，受班機(jī)航線調(diào)整影響的航班計劃匹配關(guān)系也應(yīng)隨著調(diào)整。而航班匹配航線的機(jī)制只能從航班計劃出發(fā)計算與計劃相關(guān)的班機(jī)航線，并不能反向計算出受班機(jī)航線調(diào)整影響的航班計劃并重新建立新的匹配關(guān)系，只能將所有航班計劃重新進(jìn)行一次航線匹配，這是一個非常耗時的匹配過程。此時，如果能夠從班機(jī)航線出發(fā)反向搜尋合適該航線的航班計劃，將能大大提高航班航線的匹配效率。因此，在當(dāng)前我國民航快速發(fā)展，由空域調(diào)整引發(fā)的相關(guān)航路航線變動愈發(fā)頻繁的大環(huán)境下，研究班機(jī)航線反向匹配航班機(jī)制，使得航班計劃與班機(jī)航線之間能夠形成匹配閉環(huán)，如圖1所示，對解決我國目前航班與航線匹配的諸多問題有重大意義。

圖1 航班與航線之間的匹配閉環(huán)

1 多維度的航線匹配航班方法研究

1.1 多維度的航線匹配航班問題

從航班計劃出發(fā)匹配班機(jī)航線的機(jī)制已經(jīng)得到很好應(yīng)用，而班機(jī)航線出發(fā)反向匹配航班計劃的機(jī)制卻始終無法很好地建立，很大程度上是由班機(jī)航線的特點決定的。班機(jī)航線自身是有多個維度的。其中最核心的三個維度是時間維度、空間維度和航班屬性維度，如圖2所示。

圖2 班機(jī)航線的維度

在時間維度上，班機(jī)航線是具有一定有效期的，同樣地，航班計劃也是具有有效期的，而往往這兩者的有效期并不是重合的，如何在不重合的有效期之間建立正確的匹配關(guān)系，是航線匹配航班計劃需要解決的基本問題。

在空間維度上，班機(jī)航線一般都會限定起降城市對。因此在空間維度上班機(jī)航線只能匹配給航班起降地址對符合航線起降城市對要求的航班計劃使用。一般國內(nèi)班機(jī)航線的城市對只有一對，但國外的班機(jī)航線則可能存在多個城市對并存。這就意味著一條班機(jī)航線可能給多個起降地的航班共用。如何在空間維度上建立班機(jī)航線與多個起降地航班的對應(yīng)關(guān)系，是航線匹配航班計劃需要解決的核心問題。

在航班屬性維度上，班機(jī)航線會限定航班使用該航線需要具備的一些限定條件，常有的航班限定條件包括限定航班號、限定機(jī)型、指定航空公司、限定國外航空公司、限定國內(nèi)航空公司、限定外籍機(jī)組等，航班只有滿足班機(jī)航線本身的所有限定條件才能匹配該班機(jī)航線，班機(jī)航線可能沒有航班屬性限定條件，也可能有多個限定條件同時存在。如何根據(jù)班機(jī)航線自身多個航班屬性限定條件匹配符合條件的航班，是航線匹配航班需要解決的重要問題。

因此，多維度航線匹配航班的難點，就是要同時在時間維度、空間維度和航班屬性維度上考慮航線與航班的匹配關(guān)系。

1.2 多維度航線匹配航班機(jī)制

基于以上所分析的目前班機(jī)航線匹配航班計劃存在的問題，航線匹配航班機(jī)制，必須以改革的思路和創(chuàng)新的舉措，從多個維度實現(xiàn)航線與航班的匹配關(guān)系，如圖3所示。

圖3 多維度航線匹配航班機(jī)制

1.2.1 時間維度航線匹配航班機(jī)制

時間維度的航線匹配航班機(jī)制，是以航班的生命周期為核心，在每個航班生命周期的不同階段采用不同的匹配機(jī)制。

在長期計劃階段，航班以班期計劃的形式展示，此時航線匹配航班很大程度上還屬于宏觀意義上的匹配，主要用于航班的計劃及流量預(yù)測。因此，在這個階段匹配時只需要航線的有效期與航班班期計劃的起止時間段有交集即可匹配。

在航班計劃及領(lǐng)航計劃階段，此時航班已從班期計劃分離出來，每個航班每天的計劃都是相互獨立的，航班信息也較班期計劃時更加詳細(xì)。此時的航線航班匹配就需要將航班的執(zhí)行日期能夠精確命中航線的有效期范圍，無法命中的航線代碼則應(yīng)該從原有航線與航班匹配關(guān)系中移出。

在時間維度上，根據(jù)航班生命周期的不同階段采用不同的匹配策略，是航線匹配航班的基礎(chǔ)。

1.2.2 空間維度航線匹配航班機(jī)制

空間維度的航線匹配航班機(jī)制，主要是以航線許可城市對匹配航班起降地址對為核心。根據(jù)航線許可城市對的復(fù)雜性，主要可以分為三個層次。

當(dāng)航線只允許單一城市對時，那么只需要在航班計劃中找出唯一城市對的所有航班即可。

當(dāng)航線允許多個城市對時，則航班計劃中所有與航線許可城市對匹配的航班計劃都應(yīng)能匹配上該航線。

當(dāng)航線允許的城市對中包含多個機(jī)場時，那么在找航班時應(yīng)考慮該城市下的所有機(jī)場地址。例如，泰國曼谷有兩個機(jī)場，四字碼分別是VTBD和VTBS。當(dāng)航線許可城市對出現(xiàn)曼谷時，匹配航班就應(yīng)該將VTBD和VTBS兩個機(jī)場同時考慮。

在空間維度上，根據(jù)航線的許可城市對與航班的起降地址對建立匹配關(guān)系，是航線匹配航班的關(guān)鍵。

1.2.3 航班屬性維度航線匹配航班機(jī)制

時間維度和空間維度的匹配機(jī)制是每個班機(jī)航線匹配航班時都需要考慮的。而航班屬性維度的匹配機(jī)制則要看班機(jī)航線是否具有航班屬性限定條件，如果沒有則可以跳過這一步，如果有就需要考慮航班屬性維度的航線匹配航班機(jī)制，如果航線在航班屬性維度具有多個限定條件，那么航班屬性維度的航線匹配航班還需要將多個限定都考慮其中。

航班屬性維度的限定條件主要包括以下幾個方面：

1)指定航班號

表示航線只能給指定的航班使用，那么航線匹配時就需要直接找到對應(yīng)的航班。

2)指定航空公司

指定航空公司又可以細(xì)分為兩類。第一類是指定具體的航空公司，則在匹配航班時只允許匹配符合條件的航空公司的航班；第二類是沒有指定具體的航空公司，而是僅僅限定了國內(nèi)公司或者國外公司，如果航線有此類限制，那么匹配航班時就只能匹配國內(nèi)或者國外航空公司的航班。

3)限定機(jī)型

班機(jī)航線一般會限定航線上可以執(zhí)飛的飛機(jī)機(jī)型。不過在班期計劃階段航班的執(zhí)飛機(jī)型還不是確定的。因此限定機(jī)型的匹配需要航班進(jìn)入領(lǐng)航計劃階段確定機(jī)型后，再進(jìn)行航班機(jī)型匹配，將不符合限定機(jī)型條件要求的航班從之前的匹配結(jié)果中剔除。

4)外籍機(jī)組許可

班機(jī)航線默認(rèn)條件下都是不允許含外籍機(jī)組的航班執(zhí)飛的。只有少部分特批的航線許可外籍機(jī)組航班飛行。因此，即使根據(jù)上面所提到的限定條件已經(jīng)匹配好航班，當(dāng)航班進(jìn)入領(lǐng)航計劃階段以后，還需再次檢查所有符合條件的航班是否也符合航線外籍機(jī)組許可要求，如果含有不符合條件的航班，也應(yīng)解除航線與航班的匹配關(guān)系。限定機(jī)型和外籍機(jī)組許可均是在航班進(jìn)入領(lǐng)航計劃階段以后對航線航班匹配關(guān)系的再次驗證，是時間維度和航班屬性維度相結(jié)合的充分體現(xiàn)。

2 多維度航線匹配航班的應(yīng)用

2.1 大興機(jī)場啟用航路航線調(diào)整

2019 年10 月10 日凌晨，我國民航迎來北京大興機(jī)場啟用相關(guān)航路航線調(diào)整，這是我國民航史上最大范圍的空域調(diào)整。

對于如此大范圍的空域調(diào)整，民航各單位在空域調(diào)整前都應(yīng)評估受航線調(diào)整影響的航班范圍，同時調(diào)整受影響航班的航線匹配關(guān)系。

以往的航線調(diào)整通常需要將所有航班重新匹配班機(jī)航線，以更新航班與航線的匹配關(guān)系。但這種方法不僅效率低下，而且由于是全部航班重新匹配，因此無法找出真正需要調(diào)整的航班范圍。

而本次大興機(jī)場啟用空域調(diào)整，通過多維度的航線匹配航班機(jī)制，從4000余條變更班機(jī)航線入手，反向匹配出了受影響的5000 多個航班。在成功檢索出受影響航班的同時，也提高了航線航班的匹配效率。

2.2 統(tǒng)一航班換季

我國民航每年兩次航班換季，民航相關(guān)運(yùn)行單位都需要將新一季換季計劃及班機(jī)航線批復(fù)錄入運(yùn)行系統(tǒng)，并建立航班計劃和班機(jī)航線的匹配關(guān)系。

近年來，中南地區(qū)通過航班自動匹配航線機(jī)制實現(xiàn)了換季計劃與批復(fù)航線的快速匹配，進(jìn)而實現(xiàn)了中南地區(qū)的統(tǒng)一航班換季。

然而最近幾次航班換季均存在航線批復(fù)發(fā)布較晚的情況，而按照以往航班匹配航線的邏輯，需要所有航線批復(fù)錄入系統(tǒng)之后再進(jìn)行匹配下發(fā)。這就意味著航班換季工作其實需要在獲得最后一份航線批復(fù)文件后才能開展。如果航線批復(fù)發(fā)布稍有延后，將會使航班換季工作陷入被動，進(jìn)而影響整個中南地區(qū)的航班換季工作。

而本次冬春航班換季，通過多維度的航線匹配航班機(jī)制，換季工作已無需等待最后一份航線批復(fù)文件后再開展。只要航班計劃和航線批復(fù)單位發(fā)布新一季的航班計劃和班機(jī)航線，就能實時錄入到運(yùn)行數(shù)據(jù)庫中，并實時發(fā)布到中南地區(qū)各相關(guān)單位。即便有部分班機(jī)航線批復(fù)可能會比較晚發(fā)布，也可以通過航線匹配航班機(jī)制更新匹配關(guān)系。使得換季工作能夠有更加充分的時間開展，大大提高了統(tǒng)一航班換季的效率。

3 結(jié)束語

隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，未來航班和航線的信息也將日趨多樣化，這就要求民航一線運(yùn)行部門能夠快速更新航班與航線的匹配方法，使得航班和航線之間始終能夠精確快速地建立匹配關(guān)系。本文針對目前航班和航線匹配存在的問題，提出了基于多維度的航線匹配航班方法，使得航班和航線匹配形成了“匹配閉環(huán)”，無論是航班計劃還是班機(jī)航線發(fā)生變化，都能迅速更新航班和航線之間的匹配關(guān)系。在我國民航空域調(diào)整以及航班換季中，很好地解決了班機(jī)航線變更給航班計劃帶來的一系列問題，提高了民航一線運(yùn)行部門面對民航重大調(diào)整時的保障能力，取得了良好的社會效益。