惡劣天氣下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

惡劣天氣下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

過 易（中國民用航空華東地區空中交通管理局，上海 200335）

摘 要：本文主要在對當前空中流量管理的惡劣天氣預報方法及危險性進行描述的基礎上，進行惡劣天氣環境下地面等待和改航影響的具體措施的分析，并提出相應的改航策略的動態網絡模型。

關鍵詞：流量管理；惡劣天氣；地面等待；改航策略

在當前的航空運輸業飛速發展的過程中，空中交通流程有了較大幅度的增長，但是當前的空域結構以及網絡布局和通信導設施等已經較難與空中流量的增長速度相適應。特別是在惡劣天氣影響下，需要對尚未起飛的航班進采取地面等待，對于已經起飛的航班進行改航處理，從而避免在空域受限或者是管制服務能力下降的情況下，減少航空運輸損失并確保空中交通的安全順暢運行。

一、惡劣天氣預報方法及危險性描述

1 危險天氣預報方法

當前我國所采用的危險天氣預報方法主要有以下幾種類型：第一種是采用天氣圖，隨后配合衛星云圖以及雷達資料等信息進行天氣狀況的綜合診斷分析。第二種是動力學方法，其主要是采用電子計算機進行大氣運動的動力學方程組求解來進行天氣預測分析，并且可以進行短期、中期、長期預測。第三種是統計預報方法，其主要是在大量的長期性的氣象觀測資料基礎上，運用概率統計學原理，從而尋找出天氣變化的統計規律，從而建立起有效的天氣變化統計學模型。

2 惡劣天氣危險性分析

對于航空管理來說，飛行中如果遭遇冰雹、風變以及雷雨等天氣，勢必會造成部分空域容量在短時間內的急速下降，不僅給該空預器的航空器帶來了較大的安全隱患，同時也會造成原有航班計劃的取消，從而導致大量的經濟損失。因此為了有效提升航空安全性并減少惡劣天氣給航空事業帶來的經濟損失，就有必要進行惡劣天氣影響區域的準確預測和分析。

二、針對惡劣天氣環境下的地面等待和改航影響的具體措施

首先，在惡劣天氣環境下，地面控制中心應與氣象中心保持高度聯系，在對未來天氣變化情況進行充分了解的基礎上，進行相應的應急預案的制定，從而確保飛機的正常飛行，并有效減少事故發生的概率。其次，在突發惡劣天氣的情況下，地面控制中心應采空域飛機就近機場迫降或者是改改航等方法，確保乘客及機組人員的人身安全。主要可以采用雷達監測系統進行飛行航線的制定以及迫降機場的選擇。在惡劣天氣情況下，機場應進行相應的航班地面等待處理，與此同時還應做好乘客的情緒安撫共工作，確保飛機不在惡劣天氣條件下起飛，這也是空中交通管制的主要目的和任務。

三、改航策略的動態網絡模型

1 問題描述

通常情況下飛機的飛行過程是首先按照航路點飛行，隨后在飛機脫離航路后依照所規定的高度進入空中走廊口，空中走廊飛行結束后會按照標準儀表進場航線飛向起始進近定位點IAF并開始進近飛行，最終著陸并進行滑跑后脫離跑道。

在以上描述中，如果將連接走廊口與飛行目的地之間的航路所遭受的惡劣天氣影響容量設定為0，且假設走廊口該飛機改航的啟示定位點K，相應的目的地機場則為改航結束定位點。那么在該種情況下兩個定位點之間存在著一條最短的備選航路，而如果航班f通過該改航定位點飛往并沿該條路線飛往目的地機場，那么該架航班則不允許進行航路的更改。在該過程中可以采用r1表示航班原飛行計劃；r2表示改航飛行計劃；Km（t）為不同機場所起飛的航班在相應的時間片t∈Γ之前所到達K點的累積數量；Γ={1，...，T}為相應時間間隔l的集合。以上表述中的Km （t）的取值主要是有原有航班計劃時刻表中獲取的。同時采用λ1表示從f到K定位點按照原有航路飛行所用的時間，λ2表示f到K定位點K選用最短備選航路所用的時間，λ2-λ1為備選航路飛行的額外飛行時間。在此表述過程中需要注意的是λ2-λ1應該能夠整除時間間隔l，其整除倍數為n。

2 決策變量

采用Xm（t）表示為時間片t前所達到K該航點的總航班數量，而YmQ（t）則是指在情景Q下，位于t之前通過改航點的航班數量。ZmQr i（t），i=1，2則表示該情景下，按照航路ri飛行并在時間片t之前飛往目的地機場的總航班數量。SmQr i（t+λi）表述為情景Q下，在相應的時間片t+λi前所到達目的機場的航班總數量。

通過以上假定和決策變量可以將不同時間段內起飛機場的地面等待總量表述為：

與此同時，航班在經過改航點K前，可能會進行相應的空中等待，那么在情景Q下就可以將其空中等待總量進行一下表述和計算：

KHm=Xm（t）-YmQ（t）

另外，在相應的情景Q時間段內，由于航路改變所增加的額外飛行時間可以進行一下表述和計算：

Δt=SmQr 2（T+λ2）×（λ2-λ1）

3 目標函數

目標函數建立的主要作用是進行最小的延誤成本的計算，具體可以用下列方式進行表達：

在該項表達式中，第一項內容是指在相應的時間片T之前整體航班地面等待過程中產生的延誤成本的綜合；第二項內容是相應的空中等待過程中所產生的延誤成本的綜合；第三項內容表述的則是由于改航所造成的額外飛行總成本。gc表述為地面等待單位時間內消耗的成本，ac表述的是空中等待過程中單位時間所耗費的成本，l則則為相應的航班地面以及空中平均等待時間。如果再次過程中某一架航班并沒有在對應的時間片內通過或者的到達改航點，應將其視為在空中或者是地面等待了一個時間間隔l，由于我國主要是是5min作為一個基本單位計劃航班起飛時刻，因此該時間時間隔應取值為5min。

結語

從以上問題描述和決策變量以及目標函數分析來看，還動態改航模型所采用的決策變量是對到達各個航路點的航班數量計劃，并不是進行各個航空器到達時間的分配，可以在運用RBS資源分配算法的基礎上，進行各個航班分配放行以及到達時間的計算。

參考文獻

[1]朱士新，需求不確定條件下考慮通用航空的地面等待策略[J].中國民航大學學報，2012（03）：13-17.

中圖分類號：V355

文獻標識碼：A