空中交通流量管理中的多元受限地面等待策略

空中交通流量管理中的多元受限地面等待策略

肖颖竹

广州市中南地区空中交通管理局肖颖竹

摘要：随着改革开放的进行，我国经济迅速发展，与此同时我国的航空运输事业得到了长足的发展。根据有关部门的统计，改革开放以来我国民航运输量年均增长率为16%，空中交通流量几乎呈现几何级增长。但是航空运输的发展背后，我国的空中交通管理系统滞后的问题逐渐显现，如管理体制落后、基础设施不完善等，这些问题的出现使得我国空中交通拥堵的现象更加严重。因此加强空中交通流量管理就显得尤为迫切。本文首先对空中加通流量管理和我国的现状加以分析，然后对多元受限地面等待理论加以描述，最后根据地面等待的不同模型提出每种情况下的最优解。

关键词：空中交通流量；多元受限；策略研究一、空中交通流量管理与我国的现状根据国际民航组织的定义，流量控制是指通过调整特定的空域、航路和空中交通流以保证空域的有效使用。而空中交通流量管理是合理安排空中流量，使得空中交通管制的容量和交通量相适应，它可以用以下公式来表示：h（t）≤q（t）。它的含义是，在t时间段内请求通过空域单元的航空器的数量，应当小于等于t时间段内该空域单元允许通过的数量[1]。由上式可以看出，空中交通流量管理就是通过对空中交通流量进行研究来保证容量和流量的平衡，防止饱和情况出现。空中交通流量管理中是一个系统的工程，它由空中交通流量规划和流量控制构成。

图1：空中交通流量管理的构成我国的空中交通流量管理中起步较晚，到目前为止并没有建立起相对完善的管理体系，空中交通管理仍采用传统的做法，这就导致了流量控制方面效率低下，在一些空中流量较多的城市和空域管理混乱。总的来看，我国空中交通流量管理存在以下三个方面的问题：第一，信息获取手段缺乏。快速获取全面、有效地信息是管理的前提，因此能否运用现代化的手段及时获取关于飞行动态信息、气象信息、雷达信息是交通管理高效的保证。第二，信息传输手段缺乏。飞行器可能跨越不同的管制区域，因此需要各个管制区协调配合，这就对信息传输提出了较高的要求。但是我国目前信息传输手段相对缺乏，无法将信息快速及时的进行跨区域传递。第三，自动化的程度较低。我国在空中交通流量管理方面，是根据管制员对当时的交通状况进行评估并采取相应的措施，但是在交通繁忙或应对突发情况时，管制员的计算和记忆能力有限，不能长时间准确的分析和发出指令。

二、多元受限地面等待理论在空中交通流量管理中，地面等待是比较通行有效的方法。

地面等待的含义是在航班延误不可避免的情况下所采取的一种使飞机延迟起飞的方法，地面等待的策略就是通过地面等待来缓解空中的交通流量，尽量提高空间的利用率、减少起降的延误时间和经济损失。地面等待相对于空中等待、空中调速和更改航路来说，能更加安全有效的避免航班进入拥挤空域，主要是因为在空中交通流量没有有效管理的情况下，拥挤情况不可避免，但是地面等待缓解空中交通流量上，不仅节省了燃油减少了大量的经济损失，而且相对于空中的拥挤情况来说，地面等待也降低了返航风险。

多元受限地面等待的策略的目的就是在机场容量限制的情况下，求出航班地面等待的最佳时间并进行合理的调度，最大可能减少拥挤的发生。多元受限地面等待的核心是在某时间段内当机场的容量和航班的优先等级已知的情况下对航班进行调度[2]，进行合理的分配各航班的起降、保证飞机的安全和高效运行。

三、多元受限地面等待策略多元受限地面等待策略可以根据等待理论模型的不同分为以下几种：基于时间间隔分配的地面等待策略、基于事件和时间模型的地面等待策略和基于专家系统模型的地面等待策略，因此对于策略的选择可以根据不同的模型提出最优的结果，如果通过数学模型求出最优结果则可以实施动态管理和战略管理，根据数学模型求不出最优解则需要进行战略管理。

1、基于时间间隔分配的地面等待策略。

在已知空中流量为C的情况下，将时间段[t1，t2]按照时间间隔t0进行分割并分配给各个航班，在这里有三条假设：一是每次起降都要在规定的时间内，不得提前和超过最大延迟，二是对于延迟所造成的损失仅与延迟时段有关，与机型等其他因素无关[3]，三是航班地面等待延迟的成本、空中延迟的成本、预计起飞时间和着陆时间是已知的，同时如果时间间隔不足以起降航班，则以后的航班需要进行地面等待。在这三个假设条件下地面等待策略就称为0-1问题，航班使用到t0则地面等待事件为1，不使用为0。

2、基于事件和时间模型的地面等待策略基于事件和时间模型的地面等待策略选择和基于时间间隔分配的地面等待策略不同在于，它是通过限制航班在节点时间段的数量来分配节点时段内的时间间隔，并且根据航班在节点和时间段内的出现情况进行0-1选择，根据线性规划的模型求得最优结果[4]。这个模型考虑的是飞机起降除了机场的流量限制外，也存在航路交叉点处的容量限制，所以要减少等待的时间需要在最优的时间段内通过机场和航路交叉点等区域。

3、基于专家系统模型的地面等待策略对于这种模型，它的最优结果是通过利用数学寻优工具对模型进行求解。通过对于进入该区域内的航班按照时间的先后顺序进行统计，然后对比航班的数目和容量的限制条件，如果航班的数目小于容量的限制，则可以确定出航班的地面等待时间，如果不满足容量限制，则需要通过启发式函数和库中的规则进一步确定[5]。具体做法是先选取一定数量的航班并确定它们的地面等待时间，然后对于剩下的航班，通过下一个时间段内的算法改变他们的优先等级。这种模型的关键是，通过计算在容量约束下t时间段内的飞机地面等待和空中等待的最小成本来确定最优的结果。

参考文献：[1]李丹阳.空中交通流量管理中的单机场地面等待策略研究仁学位论文1.南京航空航大学硕士研究生论文，1999年3月.[2]姜微微.空中交通流量管理中的多机场地面等待策略[J]，清华大学学报（自然科学版），2006（1）[3]胡明华，徐肖豪，陈爱民.空中交通流量控制的地面等待策略.北京空中交通管制学术技术研讨会论文集，北京：1996.74-78[4]王冉冉.空中交通流量统计预测技术研究[M].南京，南京航空航天大学，2012[5]钱爱东，多机场地面等待策略和航班时刻制定研究[D].南京航空航天大学，2000.3.