多機場終端區進場航班排序方法研究

陸嘉旻

摘 要：近年來，在交通需求量相對較大的區域，多機場現象已經十分普遍，由于多機場終端區存在空域結構復雜、機場密集性高、交通流量大等特征，使其成為事故高發的區域之一，對空中交通運行效率產生一定的影響，在此背景下，該文針對多機場終端區進場航班排序方法展開研究，為改善多機場終端區航班運行狀態作出努力。

關鍵詞：多機場終端區 進場航班 排序方法

中圖分類號：V355 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0021-02

多機場終端區即不少于兩個相鄰機場的大型聯合終端區域，在此區域中的機場在運行過程中通常受相鄰機場的機場分布、機場跑到數量與方向、空域結構、管制單位保障能力、航空器性能等因素的影響，對多機場終端區進場航班排序方法進行分析，可以為改善多機場終端區進離場航線的影響提供途徑。

1 現有多機場終端區進場航班排序方法分析

1.1 局部最優枚舉法

此方法的原理是將多機場終端區的進場定位點航班流按照目的地機場進行分流，然后利用局部航班序列枚舉，確定最優解，例如將某多機場終端區中的一個進場定位點按照目的地分為兩個列隊，此時在進行進場排序時，可能第一隊第一架航班先，也可能第二隊第一架航班先，在航班達到序列方面也存在對應兩種可能，通過對不同航班排序的延誤成本進行計算，可以獲取成本最小的排列，在機場落地航班確定的情況下，將對應航班從進場定位點隊列中出去，以此逐漸類推可以獲取進場航班的進場序列[1]。此種方法在使用的過程中要綜合考慮機場、定位點雙重因素，所以在關鍵排序點出現時隙浪費的可能性較大。

1.2 以進場定位點目標過點時間為基礎的先到先服務法

此方法的原理是先通過航班過進場定位點的預計時間進行排序，然后對各韓版進場定位點目標過點時間進行準確的計算，在對航班間尾流間隔進行確定的基礎上，分配機場時隙資源，可見此方法在應用的過程中強調進場定位點資源的使用情況及分配，但在實際應用的過程中，由于不同進場定位點至對應機場所消耗的時間存在差異，在應用時也會產生時隙浪費，而且延誤成本控制的難度也相對較大。

1.3 以機場目標達到時間為基礎的先到先服務法

此方法的原理是結合航班落地的預計時間對機場航班進行排序，并對各航班的機場目標達到時間進行計算，將計算結果與多機場終端區內機場至進場定位點之間的飛行時間相減，計算出進場定位點目標過點時間，進而實現進場排序，此方法在應用的過程中強調機場接受率，所以機場到達時隙浪費的程度較小，但不可否認其存在傳遞延誤的特點[2]。

可見現有多機場終端區進場航班排序方法雖然表現出多樣化的特征，但其在應用的過程中均存在一定的缺陷，為保證空間時隙資源的充分利用，筆者在以上排序方法的基礎上，提出以下兩種排序方法。

2 以固定航線為基礎的多機場終端區進場航班排序方法

多機場終端區進場航班通常在進場定位點和相應的機場跑道頭都要進行排隊，而且在進場定位點和機場的目標達到時間均要接受管制員的時隙分配，所以在排序的過程中要結合多機場運行的實際特征和進場定位點間隔、跑道尾流間隔、時間窗、最大位置交換、終端區進場容量等方面的約束，確定航班總延誤時間或成本最小的順序。假設在排序的過程中，航班時刻和空域單元容量均為已知條件，而空中等待是航班延誤的主要形式，而且進場航線具有固定性和唯一性，則可以建設以延誤值最小為基礎的多機場終端區進場航班排序方法模型，即，其中FAFm代表最后進近定位點；代表航班a至參考點r的可行時間集合；代表航班a過參考點r預計過點時間；是一種決策變量，在航班a在時間t內可以順利的到達參考點r，則其取值為1，如果其并不能順利的到達，則其取值為0； A則代表網絡中航班a的集合[3]。結合該模型可以發現，在此模型排序的過程中強調最后進近定位點的各進場航班的總延誤達到最小的程度，所以在跑道位置的優化排序可以視為所要獲得的最優排序，在此排序中只有達到進場定位點前后進場與最后進近定位點之間可能發生延誤情況。在此模型應用的過程中航空器需要在設定的時間范圍內順利通過參考點；兩架航空器要在設定的排序點同時符合間隔約束條件的要求；相鄰航班滿足最后進近定位點位置的尾流間隔約束；進場和最后進近定位點的延誤要在設定的標準范圍內，在交通流與新交通流匯聚時，交通流中航空器的順序不應發生變化，在排序前后航空器次序的差額要在最大允許交換位置的范圍內；結合先到先服務的原則，在初始排隊中靠后的航空器的預計過點時間應更大；另外，在各機場的進場航班數量應在其進場容量的允許范圍內，以上均是次序排列的約束條件[4]。

除以上模型外，在固定航線時序排列方面還存在以延誤

成本最小為基礎的排序模型，

，其中K代表相關航空公司構成的集合；WK代表K航班絕對優先權重集；Ca為航班a延遲降落的單位延誤成本[5]。在兩種模型構建完成后，引入遺傳算法進行排序，其主要步驟是，先對航班信息進行全面讀取，以進場定位點為依據，對航班進行列隊分配，然后在對種群初始化的基礎上，對染色體對應航班隊列的目標函數進行計算，并在其基礎上計算適應度函數，確定種群中的最優和最差個體，在確定進化代數在最大代數以下的情況下，利用輪盤賭選擇種群中的染色體，并以交叉概率的形式對其實現交叉操作，以變異概率的形式對其實現變異操作，在以上環節充分進行的的情況下，進行遺傳效果的評估，對種群最優函數值進行輸出，以此確定航班隊列順序以及相應的目標達到或過時間等，這對提升空中交通的有效性具有積極的作用。

3 以靈活航線分配為基礎的多機場終端區進場航班排序方法

現階段經常存在多機場終端區相同進場方向設定多條可選進場航線的情況，為降低進場航線選擇耦合而導致的間隙浪費，提升空域的利用效率，需要在靈活航線分配的環境中確定有效的進場航班排序方法，此方法即要為所有航班分配有效的進場航線、進場定位點，而且要對其進行排序，同時其在航線交叉點間隔滿足安全需要和相關規定的要求，現階段在此方面建立的排序模型為，其中F代表航班的集合；R代表進場航線集合；代表制定航線終止排序點；Tf，r，p代表航空器f在航線r的p點位置的連續時間變量；Af，r為決策變量，當航空器f的進場航線分配與預期的r一致的情況下，其為1，如果與預期的r不一致為為0；在以靈活航線分配為基礎的多機場終端區進場航班排序模型建立后，同樣需要引入遺傳算法，具體的計算過程與以固定航線為基礎的多機場終端區進場航班排序方法計算基本一致。現階段部分機場通過構建多機場終端區進場航班排序輔助決策系統提升排序的準確性和效率，效果十分顯著，應積極推廣和借鑒。

4 結語

通過上述分析可以發現，現階段人們已經認識到多機場終端區機場間的相互影響，并有意識的通過探索有效的多機場終端區進場航班排序方法，使多機場終端區的航班運行得到保證，這是現代空中交通運輸發展過程中急需解決的問題，應受到高度關注。

參考文獻

[1] 馬園園，胡明華，張洪海，等.多機場終端區進場航班協同排序方法[J].航空學報，2015（7）：2279-2290.

[2] 胡明華，馬園園，田文，等.復雜終端區進場交通流優化排序方法研究[J].南京航空航天大學學報，2015（4）：459-466.

[3] 張妍，胡明華，張穎.多機場終端區進場航班排序模型研究[J].航空計算技術，2013（3）：20-24.

[4] 趙彩霞.基于多元受限的多機場聯合放行問題研究[D].南京：南京航空航天大學，2012.

[5] 胡觀凱.多機場終端區空域結構模型的研究[D].廣漢：中國民用航空飛行學院，2015.