空中交通流量管理中地面等待策略問題的研究

呂罡

【摘要】地面等待是解決空中交通擁堵的主要方式，具有安全性和經(jīng)濟(jì)性高的優(yōu)點(diǎn)。本文就空中交通流量管理地面等待策略問題進(jìn)行研究。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，地面等待策略可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)、確定性和隨機(jī)性、單機(jī)場(chǎng)地面等待和多機(jī)場(chǎng)地面等待、時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)幾類；文章就單機(jī)場(chǎng)靜態(tài)地面等待分析、多機(jī)場(chǎng)地面等待分析、基于事件驅(qū)動(dòng)的地面等待策略及其模型的優(yōu)缺點(diǎn)做簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】空中交通流量管理 地面等待 模型設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： V355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（c）0000-00

0.引言

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國(guó)航空運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展迅速，航空運(yùn)輸量快速增長(zhǎng)。尤其在航空運(yùn)輸商業(yè)化后，空中交通流量呈幾何趨勢(shì)增長(zhǎng)。但是，由于空域結(jié)構(gòu)以及空中交通流量管理水平存在較大問題，空中交通管理?yè)矶乱恢背蔀橹萍s我國(guó)航空運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展的主要問題。不僅造成飛機(jī)航班延誤，影響乘客出行，損害了航公公司的聲譽(yù)。而且航班延誤也帶來諸多安全隱患，給機(jī)場(chǎng)和飛行領(lǐng)域帶了許多不確定因素。因此，還需進(jìn)一步加強(qiáng)地面等待策略研究，優(yōu)化空中交通流量管理。

1.地面等待策略

地面等待是指讓飛機(jī)在地面等待的方式控制和管理空中交通流量的一種策略，通過地面等待達(dá)到航空流量與空域容量、地域容量相匹配的目的，從而實(shí)現(xiàn)提高航空資源的利用效率，盡可能減少發(fā)生航班延誤情況，保證航空飛行安全[1]。地面等待策略的本質(zhì)在于用地面等待替代空中等待，及提高安全性，也更加經(jīng)濟(jì)可行。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，地面等待有以下多種類型：

第一，以決策制定時(shí)間進(jìn)行分類，地面等待可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類。靜態(tài)是指在求解模型前已做好所有決策，例如當(dāng)前內(nèi)某時(shí)段計(jì)劃航班數(shù)、起飛及降落時(shí)間都已事前確定；動(dòng)態(tài)是指求解模型前未確定固定決策，而是根據(jù)情況不斷更新決策。

第二，以機(jī)場(chǎng)容量是否確定進(jìn)行分析，地面等待可分為確定性和隨機(jī)性兩類。空中交通操作請(qǐng)求和機(jī)場(chǎng)容量之間的矛盾是地面等待問題的核心，但是只有操作請(qǐng)求才可以預(yù)測(cè)和確定，而機(jī)場(chǎng)容量受天氣以及其它不確定因素的影響，機(jī)場(chǎng)容量處于不斷變化和不可預(yù)測(cè)狀態(tài)。

第三，以對(duì)象機(jī)場(chǎng)多少進(jìn)行分類，地面等待可分為單機(jī)場(chǎng)地面等待和多機(jī)場(chǎng)地面等待兩類。單機(jī)場(chǎng)地面等待是指目標(biāo)機(jī)場(chǎng)單一，它是地面等待問題研究初期重點(diǎn)研究方向；多機(jī)場(chǎng)等待是基于單機(jī)場(chǎng)地面等待中的問題產(chǎn)生的。

第四，以系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行分析，地面等待可分為時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)兩類。時(shí)間驅(qū)動(dòng)是根據(jù)時(shí)間區(qū)間進(jìn)行研究的地面等待模式，事件驅(qū)動(dòng)是指把航班起飛、到場(chǎng)著陸視為輸入事件，相應(yīng)的時(shí)刻作為系統(tǒng)的服務(wù)時(shí)間[2]。

2.地面等待分析

2.1單機(jī)場(chǎng)靜態(tài)地面等待分析

從上文對(duì)隨機(jī)性地面等待策略分析可以看出，隨機(jī)性的最大特點(diǎn)為目標(biāo)機(jī)場(chǎng)容量的不確定性，國(guó)外研究學(xué)者Richetta和Odoni針對(duì)對(duì)單機(jī)場(chǎng)靜態(tài)隨機(jī)地面等待提出一個(gè)地面等待模型，即RICHETTA模型。該模型最大的優(yōu)點(diǎn)在于考慮目標(biāo)機(jī)場(chǎng)到場(chǎng)容量的隨機(jī)性，而且該模型可以整組處理到場(chǎng)飛機(jī)航班，忽略單個(gè)航班引起的復(fù)雜的約束條件。但是，該模型存在的缺點(diǎn)也較多，例如決策變量數(shù)量多、模型規(guī)模大，增加求解難度，而且是否可用線形規(guī)劃方法求解該模型仍有待證明。

2.2多機(jī)場(chǎng)地面等待分析

多機(jī)場(chǎng)地面等待最為明顯的特點(diǎn)在于它需要考慮各個(gè)機(jī)場(chǎng)之間的相互聯(lián)系和相互影響引起的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。多機(jī)場(chǎng)地面等待模型有BS、VBO等，以Bertsimas和Stock針對(duì)對(duì)機(jī)場(chǎng)地面等待提出 BS模型為例[3]。BS模型為了簡(jiǎn)化操作，只考慮擁擠由目標(biāo)機(jī)場(chǎng)到場(chǎng)容量限制造成的情形。和單機(jī)場(chǎng)地面等待模型相比，該計(jì)算模型考慮了多個(gè)機(jī)場(chǎng)之間相互聯(lián)系對(duì)地面等待的影響，因而多機(jī)場(chǎng)地面等待模型較單機(jī)場(chǎng)地面等待模型更貼近空管系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況。另外，BS模型相比于VBO以及其它多機(jī)場(chǎng)地面等待模型，BS模型還有更多的優(yōu)點(diǎn)，例如形式間接、求解速度快、可利用對(duì)應(yīng)松弛問題求得最優(yōu)解等等。但是BS模型設(shè)計(jì)作者并未明確指出BS模型與對(duì)應(yīng)松弛問題之間的相互關(guān)系，更沒有從理論上證明兩者之間的關(guān)系，因而BS模型仍屬于求解過程較為繁瑣和費(fèi)事的模型。

2.3基于事件驅(qū)動(dòng)的地面等待策略

基于事件驅(qū)動(dòng)的地面等待策略主要研究對(duì)象是有航班起降事件產(chǎn)生的樣本路徑，具體操作為利用有限擾動(dòng)分析技術(shù)預(yù)測(cè)估計(jì)變動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能和等待產(chǎn)生的延遲費(fèi)用產(chǎn)生的影響。國(guó)外研究人員Panayiotou和Cassandras借助某機(jī)場(chǎng)的情形設(shè)計(jì)出基于事件驅(qū)動(dòng)的地面等待策略。該模型具的優(yōu)點(diǎn)較為明顯[4]。它屬于分布式地面等待計(jì)算模型，可所占性強(qiáng)；模型計(jì)算簡(jiǎn)單，家算計(jì)內(nèi)存消耗小，易執(zhí)行；可用于處理如同軍用飛機(jī)等未知飛行物；同時(shí)該模型還無需進(jìn)行優(yōu)化離散處理，方便了計(jì)算處理。但是，該模型也具有一些缺點(diǎn)，如沒將機(jī)場(chǎng)間的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)納入考慮范圍，部分情況在多機(jī)場(chǎng)環(huán)境下不成立。

3.結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)航空事業(yè)不斷發(fā)展，機(jī)場(chǎng)容量需求也會(huì)相應(yīng)增。而滿足不斷增長(zhǎng)的容量需求，又必須要建設(shè)高效實(shí)用的地面等待策略，科學(xué)合理的對(duì)航空交通管理制度進(jìn)行優(yōu)化，提高空中、地面容量的利用率，改善航空交通環(huán)境。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊光. 空中交通流量管理中地面等待策略問題的探討[J]. 科技資訊，2013，（12）.

[2]郭偉. 淺談空中交通流量管理中的多元受限地面等待策略[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013，（19）.

[3]王來軍，胡大偉，高揚(yáng)，史忠科. 機(jī)場(chǎng)流量管理中地面等待問題優(yōu)化模型[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2014，（03）.

[4]林文. 空中交通流量管理中的多機(jī)場(chǎng)地面等待問題的研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014，（20）.