民航協同決策(CDM)概念及分析

閆 然

(民航數據通信公司，北京 100191)

引 言

近幾十年來，全球航空運輸發展勢頭迅猛，空中交通流量的上升造成了各國空中交通堵塞、航班延誤。針對這種情況，各國政府都采取了相應的措施，如增加本國的空域范圍與基礎設施等。不可否認，這些舉措緩解了現狀，但隨著各國國民經濟的進一步發展，以上做法還不能從根本上解決空中交通的擁擠問題。各國逐步意識到航空運輸一體化的重要性，提高相關部門之間的協同決策的能力，增強管制水平已成為了共識，而協同決策(collaborative decision making，簡稱CDM)正是一種在管制部門與航空公司之間進行協調的有效方法［1］。

一 協同決策的概念

協同決策的概念最早出現在美國聯邦航空管理局的一次實驗中，1993年9月，美國聯邦航空管理局通過航空數據交換協議(FAA/airline data exchange，簡稱FADE)實驗，考證航空公司給空中交通流量管理(air traffic flow management，簡稱ATFM)部門提供的航班時刻表信息是否能提高空中流量管理效率。實驗表明，協同決策的應用能夠大幅度減少航班總體延誤。

在空中交通運輸系統中，空管、機場、航空公司等組織之間，以及各組織內部，在進行相應的工作過程中，往往需要多個組織同時參與一個工作流程，實現同一目標。但目前缺少一種標準化的協同機制，導致無論是在各組織之間還是組織內部都缺乏對工作流程所需信息的實時掌握，對資源的使用靈活性差、利用率低，造成了不必要的資源浪費。

協同決策是一種政府與行業之間的聯合行動，首先由管制部門定出約束條件，然后航空公司在這些約束條件下優化自己的運作，最后在決策問題上達成一致。協同決策將空管、航空公司和機場聯系起來，通過信息交流、數據共享和改善決策支持工具，努力提高控制交通管理效率，確保空管、航空公司和機場獲得用于計劃運作的實時、準確的信息，幫助決策過程，旨在利用協作技術和程序改進空中交通流量管理，為各方提供最大利益［2］。

二 協同決策在美國發展情況

協同決策是美國實施“自由飛行”項目第一階段的五個核心成果之一，是流量管理的一個子系統，致力于流量的優化控制。它利用先進的計算機技術、通信技術、開放式數據庫管理技術和網絡技術將各個航空子系統的信息進行融合、提煉，以一定的專家知識為背景進行模擬與預測，從而實現一定的輔助性決策，進而提高各個空中交通管理部門和航空公司的應變與自動決策能力，通過協同工作以達到宏觀規模效益的目的性手段［3］。

協同決策的最初目標是通過增強信息交換和協同來改善空中交通管理，快捷的信息和順暢的協調有助于管制者和國家空域系統(national airspace system，簡稱NAS)用戶做出更佳的決策，優化空域資源，降低延誤，同時滿足國家空域系統的業務需求。隨著空中交通流量的持續增加、空中擁塞的不斷出現，傳統的流量管理方法已愈加顯得無力，需要更先進的空中流量管理方法。空中運輸業中互聯網技術的廣泛應用，促進了協同決策的產生，包含網絡互連訪問協議(internet protocol，簡稱IP)、互聯網和電子商務的最新信息技術(information technology，簡稱IT)的采用，最新的航空公司和機場運行系統的不斷開發。協同決策的產生，是傳統體系和新技術的結合體。

在協同決策制定之前，民航基于航班數據(official airline guide，簡稱OAG)發布航班信息，而實際運行時往往和發布的時刻表相差較大，航空數據交換協議經常對已取消的航班并不知情，航空公司也很少知道航班延誤信息，因此，不能有效、充分地使用降落資源。航空公司被排除在決策過程之外，導致了在地面延誤程序中，航空數據交換協議和航空公司之間不能進行有效的通信和協作。而協同決策使航空公司具有了提供最新航班數據的動力，航空公司能夠更多地參與到空中流量管理的決策過程中，通過數據交換，可以得到更好的航班信息，基于此信息的決策，獲得更加有效的運行，從而降低延誤。

下面是美國實現協同決策系統數據交換的四個組件［4］，可以為建立中國的協同決策系統提供一個很好借鑒。

1.CDMnet:

是一個intranet網，連接國家空管運行管理中心和航空公司運行控制中心(Airlines Operation Center，簡稱AOC)。其中CDM Hub是協同決策的處理中心。

2.CDM Messages(協同決策報文):

AOC通過intranet網以協同決策報文的格式將他們的航班時刻更改發送給CDM Hub。

協同決策報文有3種類型:

(1)FC—Flight Create航班的創建

航空公司告知FAA那些OAG中沒有列出的航班，以及取消航班的恢復。

(2)FX—Flight Cancellation航班取消

航空公司告知FAA那些將不再飛行的航班。

(3)FM—Flight Modification航班變更

航空公司對現存的航班信息進行修改，FM報文主要被用來發送延誤信息。

3.Flight Schedule Monitor(航班計劃監視):

一種決策支持軟件系統，用于流量指揮中心和航空公司間航班數據和信息的交換和發布。

4.Aggregate Demand List(時隙需求傳輸列表):

一種規定的數據傳輸格式。

協同決策為流量指揮中心和航空公司提供了一個數據和信息交換與共享的環境，在此環境下，指揮中心可以實現由以前的單純指揮者向服務者轉換，為用戶提供更好的服務。由以前的指揮中心下達命令，航空公司被動接受，到航空公司具有更大的主動權，使航空公司等更多地參與到決策過程中，大大提高了他們的主動性和運作的靈活性。

三 協同決策在中國的初步探索

中國對協同決策的研究，往往被誤解為僅僅是民航領域某工作流程中的參與者間實現數據共享，而實際上數據共享僅僅是協同決策中最為基礎的內容，它所帶來的影響還應包括兩個方面:一方面是傳統工作流程上的改變，各個參與者不再是相互割裂的單一流程，而需要建立一個完整的、為所有流程參與者所認可的、公開的工作流程;另一方面是文化、態度方面的改變，民航領域的工作流程中所有參與者應該對目標有一個共同認知的理念，在整體協商中，參與者需要建立一種相互信任的理念，積極地共享信息，制定出總體最優策略的同時，自身也實現了利益最大化。

中國尚未建立起全國性的空中交通流量管理系統，根據國外的成功經驗，一個完整的協同決策協調機制需要在流量管理中心處建立一個協同決策中心協調席位，在全國范圍內協調各區之間的流量時隙分配規劃，又分別在區級流量管理單元和終端區流量管理單元上建立各自的協同決策席位。中心協調主要負責區域級的流量時隙分配規劃，當需要跨區級協調時隙分配時則負責上報上一級協同決策協調單位，最后在終端區、塔臺、機場和航空公司端設立相應的協同決策席位，負責時隙調整反饋、飛行計劃更正、航路修正計劃提交等工作。

圖1 全國協同決策流量控制中心的協同決策協調工作流程

圖1是需要在全國范圍內進行流量控制協調的情況下，由全國流量控制中心進行的一次協同決策協調工作流程，具體如下:

1.問題的發出。某區域流量管理中心的專家發現某機場的流量問題，認為需要協調其他區域流量中心共同解決時，他就會將問題呈送給全國流量管理中心，或者全國流量管理中心的專家自己發現需要全國范圍的協調管理時，也會發送即將要進行某個機場的協同決策流量計算指令。

2.要求航空公司提交最新的航班計劃。

3.航空公司將自己最新的航班計劃變更信息提交到中心數據庫中，航班計劃變更信息包括取消航班、航班延誤、新增航班、備降航班等。

4.10分鐘后，全國流量管理中心的專家再次對最新的信息進行分析，如果潛在的問題得到解決，就發送取消協同決策計算指令;如果仍然存在問題，則采取協同決策壓縮算法。

5.全國流量管理中心將計算出來的建議時隙規劃下發給航空公司和各個管制部門;如果時間緊迫，就直接按照計算出來的時隙分配執行。

6.航空公司可以在15分鐘內就得到的時隙進行調整，包括時隙取消、時隙交換等方式將時隙提交給中心數據庫。

7.全國流量管理中心再次對時隙反饋后的結果進行分析。

8.進入循環協同決策運算過程，一次協同決策運算的時間段為現在時間減去1～10個小時。這里的循環計算是因為，有可能天氣變好，或者航空公司在不斷調整航班的緣故，致使系統可再次進行新的協同決策運算。

四 結語

綜上所述，協同決策是一種新的工作機制，是在原有基礎上建立的一種新的工作流程。在一次民航領域業務流程中有兩個以上的流程參與者共同參與的情形下，希望通過標準化的協同方式實現“由正確的人、正確數據和正確輸入信息，做出更好的決策”，在充分考慮各參與者自身利益的同時，最大程度利用各種資源。協同決策在國內的應用，必將在減少航班延誤、提高機場正常性、增強空管保障能力和提升航空公司效益方面發揮越來越大的作用。

［1］Tan Guang，Zhang Jun，Zhang Xuejun，et al.Concepts in Constructing CDM System［C］.China Proceedings of the 4th International Symposium onElectronics in the Air Transport Industry，8-9 January 2003.

［2］周沁，張學軍，張軍.機場流量管理模型的公平性與有效性研究［J］.中國科技信息，2005，4.

［3］顏曉東，朱道嫻，馬輝.美國空中交通流量管理體系及其對我國流量管理建設的啟示［J］.中國民用航空，2007，2.

［4］Michael Ball，Robert Hoffman，Thomas Vossen.Optimization and Mediated Bartering Models for Ground Delay Programs［A］.June 15，2002.