惡劣天氣下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

張祝桿（云南省民航云南空管分局，云南 昆明 650100）

惡劣天氣下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

張祝桿
（云南省民航云南空管分局，云南 昆明 650100）

摘要：在惡劣天氣下，地面等待時間過長，經常會引起航班滯留或者終端區擁堵，因此，要充分利用航路容量來緩解這一問題。本文根據地面延誤程序及改航策略，在動態不確定情況下，建立航路選擇和航班起飛模型，從而有效地提高航路容量利用率，減少航班總體延誤時間。

關鍵詞：惡劣天氣；地面等待；改航；流量管理

在交通流量管理中，地面延誤和改航策略都是比較重要的管理措施，其中地面延誤程序主要用于惡劣天氣下，滿足空域需求和能力之間的不平衡，改航策略是在惡劣天氣下，提高空域利用率，避免不必要的地面等待的重要措施。目前，對這兩者的同步研究還比較少，大多是單獨進行，本文通過建立航路選擇和航班起飛模型，結合地面等待和改航策略，分析了惡劣天氣下的流量管理方法。

1　模型

在惡劣天氣下，扇區的容量會下降很多，同時扇區的流量會受到限制，這就會導致航班數量大大降低，而地面延誤也會在這種情況下產生。在這種情況下，可以通過提高現有容量的利用率，來將這些扇區設置成流量約束區，保證航班能依次通過，直至扇區情況變好，但由于在惡劣天氣先，扇區航路無法通行，航班不能按照確定的航路通行，因此，要想提高流量約束區的容量，就需要進行適當的改航，從而最大限度的提高流量約束區的利用率。

由于天氣預報具有有效時長的特性，加上天氣狀況對扇形區域容量有很大的影響，導致受天氣影響的區域容量會隨機變化，對于這種隨機容量，需要根據天氣預報及歷史同期天氣數據情況，預測當天受影響區域容量的大小，從而獲得不同概率的區域容量樣本，由于這種容量是預測出來的，具有不確定性，因此，由此得出的模型稱為動態不確定性模型。針對動態不確定性模型的變量，做出以下設定：

（1）設一組航班計劃中Na個航班；

（2）一組航班計劃中航班開始通行時間為Ti（i=1，2，3，……，N）；

（3）設飛行路徑資源為rj（j=1，2，3，……，N）；

（4）設第i個航班對應的一組飛行路徑為Wik（k=1，2，3，……，N）；

（5）設第i個航班第k條路徑對飲的資源為rikj；

（6）設地面延誤和航班延誤相對代價為ω1和ω2，其取值范圍為0-1；

（7）設t時刻在第j個資源等待的時間為Δikj（t），設t時刻地面等待時間為Δik0（t）；

（8）變量αj取值為0-1，當αj=1時，資源rj沒有占用，當Δik0（t）=0時，資源rj被占用；

（9）在t時刻，設流量約束區容量取值有s種情況，每種情況對應概率為Ps；

（10）設流量約束區t時刻地s中樣本容量為C（t）；

（11）設規定航班i的最長地面等待時間為H；

則航班路徑Wik對應一組資源rikj，并對應的通過時間為tikj，航徑總時間為：

2　算法

為準確的得出計算結果，采用迭代算法和Dijkstra算法兩種方法進行計算。

2.1迭代算法

根據安排的飛行計劃，計算每一個飛機起飛的時刻，每一個航班被評價，都依次考慮每個航線的算法，計算這個航線最小總加權延誤。設航線為n，并迭代次數，μn

ikj表示n次迭代后，資源j處最早可能通過時間；ηnikj表示n次迭代后，在資源j最早可能達到時間，μnikj0和ηn

ikj0表示飛機沿著航徑飛行，在任何情況下都不被延誤的初始值。

現有的每個資源中，最小達到延誤為δηn

ikj，最小通過延誤δμn+1ikj，計算所有資源的通過延誤及等待延誤，其計算公式為：ηn+1ikj=max{ηn

ikj+δηn+1

ikj，μn+1

ik（j-1）+tik（j-1）}；μn+1

ikj=max{ηn+1

ikj，μn

ikj+δμn+1ikj，ηn

ik（j+1）-tikj}。由于n是不

會發生遞減的，因此，能確保迭代過程中的收斂，迭代能持續到所有資源，當迭代完成后，用μikj表示μnikj的極限值，用ηikj表示ηn

ikj的極限值。每個資源等待處通過時間和達到時間的差值為：Δikj=μikj-ηikj；地面等待時間在第一個資源處，期望飛行時刻和通過時間的差值為：Δik0=μikj-Ti。

2.2Dijkstra算法

Dijkstra算法主要用于計算最短航徑，在輸入算法時，需要將在一些節點、資源在交通網絡中設定好，這些節點和資源可以通過外部環境提供，采用Dijkstra算法能得出起始點S到終點D的最短路徑，利用得出的最短路徑輸出結果，帶入迭代算法中，算出航徑k的每個資源j的通過時間。

3　程序設計

將地面等待和航路等待結合起來，并根據不同的屬性，將其分隔開來，在進行分析時，分別對待細化后的結果，總體上相同對待，在計算過程中，對其進行綜合考慮，這樣不僅能提高計算結果的準確性，還能保證模型更加接近實際運行情況。

在進行程序設計時，對每條航路設置不同的時間片，利用時間片和計時器聯合計算，將航路釋放時間計算出來，從而確定航班的起飛時間。制定航路資源釋放優先等級，采用優先優先使用的原則，根據不同時間段的需求及特殊情況的需求，設置不同優先級協調算法，從而靈活的判斷航班等待情況及改航策略。

結語

針對惡劣天氣下，航班起飛時間及航路選擇的扇區流量管理問題，通過優化地面延誤程序及改航策略，來提高扇區流量約束區的利用率。研究表明，地面延誤程序和改航策略的良好結合，能有效地解決流量約束區的流量管理問題，提高約束去容量利用率，減少地面航班等待時間，優化航班時刻，增強航路利用率。

參考文獻

[1]高潔，徐肖豪，王興隆.地面等待和改航策略的流量管理方法[J].航空計算技術，2012，42（04）：20-22.

[2]張晨靚，田勇.惡劣天氣影響下動態改航策略研究[J].哈爾濱商業大學學報（自然科學版），2013（06）：142-143.

[3]孫帥，王興隆.基于改航策略的空中交通流量管理方法研究[J].黑龍江科技信息，2011（21）：133-135.

[4]田勇，宋柯，顧英豪.空中交通流量管理中的改航策略研究[J].數學的實踐與認識，2008（10）：168-170.

中圖分類號：V355

文獻標識碼：A