考慮航班保障需求的機位分配合理性檢測方法研究

馮曉磊

（中國民用航空飛行學院機場工程與運輸管理學院，廣漢 618307）

考慮航班保障需求的機位分配合理性檢測方法研究

馮曉磊

（中國民用航空飛行學院機場工程與運輸管理學院，廣漢 618307）

為提升機位分配方案的可執行性，提高機場的運行效益，對機位進行分配時，需考慮航班保障需求因素。通過分析機坪運行管理規則，構建包圍航空器、特種設備、機位及其周邊運行環境的多邊形幾何模型，基于此模型的機位分配合理性檢測方法是判斷多邊形區域是否有交集，如果有交集，則機位分配方案不能滿足航班保障需求。仿真結果驗證該方法實用性。

航班保障需求；多邊形模型；機位分配合理性；檢測方法

0 引言

機位是機場運行中的重要資源，能否高效合理地利用將直接影響機場的運行效益。為給機位優化使用提供指導，國內外學者對機位資源的使用進行了大量的研究。部分研究[1-4]側重于降低天氣、流量控制、保障不及時等容易導致航班發生延誤的擾動因素對機位分配方案的影響。部分學者[5-14]則重點在保障服務時間、旅客行走距離、特種設備利用率、地面運行安全、機位空閑時間、機位使用時間等方面研究機位的優化使用，并且地面運行安全方面的研究也僅限于相鄰機位的推出、劃入的沖突避免。上述研究均忽視了航班保障需求，不能緊密結合機坪運行規則，基于上述研究制定出的分配方案可執行性低。

目前，機場機位管理部門，基于先進的生產營運系統，雖擺脫了傳統的機位資源管理方法，一定程度上提升了機位資源使用效率。但是，系統功能仍存在缺陷，例如，利用系統處理航班信息并分配機位時不能記錄航班保障的需求條件，且航班保障需求不能滿足時，系統不能給出提醒。尤其，機場新進員工為航班分配機位時，容易忽視航班保障需求，致使機位分配方案可執行性低，被迫不斷改變分配計劃，造成機場生產組織混亂，嚴重時會造成航班長時間延誤。

為此，文章從航班保障需求的角度出發，構建一種緊密結合機坪運行規則的多邊形幾何模型，基于此模型提出機位分配合理性檢測方法，用于提升機位分配方案的可執行性。

1 航班保障需求分析

執行航班任務的航空器在機位停靠并接受保障服務。而隨著機坪上交通復雜程度的增高，航空器、特種設備、機位等的特征屬性的匹配關系越發復雜化，為保證機位分配方案的可執行性，確保航空器能夠按計劃離港，機場運行指揮員借助生產營運系統為航空器指派停機位時，必須考慮航班保障需求。

一方面，執行航班任務的航空器的機型數據必須考慮，尤其是航空器加裝翼尖小翼的情形，為該類航空器指派機位時，必須考慮滿足航班保障所需求安全凈距[15]。另一方面，考慮到航班對特種設備種類及型號的要求，分配機位時，必須考慮機位及其周邊空間環境能夠滿足相應型號設備停靠并為該航班提供保障。

2 多邊形幾何模型

通過生產營運系統，為了給航班指派停機位時能夠考慮航班保障需求，結合機坪運行管理規則，針對航空器、特種設備、機位及其周邊運行環境建立多邊形幾何模型。

在機坪上航空器停放在機位上時，為確保航空器與航空器、航空器與地面運行設備或特種車輛之間擁有足夠的安全凈距，進而保證航空器安全，劃設機位安全線[15]。地面運行的任何設備或車輛不允許進入機位安全線以內，地面設備或車輛對航空器提供保障服務的情況除外。基于機位安全線構建航空器停靠機位時的多邊形幾何模型，如圖1所示，B、D分別為航空器停靠機位時的對不同方位的安全凈距要求，單位為米。

圖1 航空器停靠機位模型

為降低航空器管制運行的尾流間隔，提升運行效率，部分航空器加裝翼尖小翼，同時，隨著不同航班對特種設備種類及型號的需求變得復雜化，機場中部分機位已劃設的安全線在一定程度上不能滿足航空器保障需求。如果相鄰機位同時指派上述保障需求航空器時，分配方案不能執行。

為此，結合機位安全線，針對“停放有航空器且有服務車輛或設備對航空器提供保障服務”的機位，即機位作業保護區域，抽象為一個長為x，寬為y的矩形幾何區域構建模型，該區域能包圍航空器及提供保障的特種設備，同時能滿足相鄰機位的安全要求，如圖2所示。

圖2中，航空器機身長度為lOX，加裝翼尖小翼后的翼展為lOY，前方拖曳設備長度為lt，OX方向左、右側設備集合分別用i、j（i、j分別取1，2，3，…）表示，左、右側任一設備與航空器連接點到OX方向航空器中軸線的距離分別用Si、Sj表示，用SLiOX、SRjOX表示左、右側設備在OX方向投影長度，SLiOX、SRjOX為左、右側設備在OY方向投影長度。考慮實際情況，左、右側設備在OX方向投影對x無影響，則滿足條件的x、y有：

加裝翼尖小翼使得航空器翼展增加的寬度為d，則航空器未加裝翼尖小翼的翼展lOY'應滿足式（3），即：

圖2 航空器停靠機位并接受保障服務模型

從計算機圖形學的角度，結合安全凈距、機位安全線，通過分析航空器、特種設備等的關鍵尺寸[16]來實現模型構建。

3 機位分配合理性檢測方法

基于上述模型，通過判斷多邊形幾何區域是否相交的方法檢測機位分配方案是否合理。現有一架航空器P，假定機場空閑機位集合用Gk表示（k取值為1，2，3，…），則具體步驟如下：

步驟1：對航空器P指派機位，查詢機場所有機位，得到空閑機位集合并排序。

步驟2：判斷該航空器P是否加裝翼尖小翼，構建航空器停靠機位并接受保障服務模型。

步驟3：對序列中的第一個機位G1，該機位兩側機位分別為G、G'，當均未停靠航空器時，則構建航空器停靠機位模型，結合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個多邊形區域是否有交集，若沒有交集，則航空器P能停靠機位G1，反之，不能停靠；當只有G（或G'）有航空器停靠時，對G（或G'）構建航空器停靠機位并接受保障服務模型，對G'（或G）構建航空器停靠機位模型，結合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個多邊形區域是否有交集，若沒有交集，則航空器P能停靠機位G1，反之，不能停靠；當G與G'均有航空器停靠時，構建航空器停靠機位并接受保障服務模型結合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個多邊形區域是否有交集，若沒有交集，則航空器P能停靠機位G1，反之，不能停靠。

步驟4：遍歷所有空閑機位，直至航空器P的機位分配方案合理。

步驟5：結束。

注：在實際運行中，如果通過上述檢測方法，未能得到合適的機位供航空器停靠，則結合檢測結果，限制相鄰機位停靠航空器，以滿足航班保障需求。

4 仿真驗證

A320飛機機身長均為37.57米，翼展為34.1米，加裝翼尖小翼后，翼展為35.8米。現有兩架航空器P1與P2，機型均為A320，且均加裝翼尖小翼。考慮A320機型、機位實際特征，結合特種設備尺寸數據[17]，通過編程對檢測方法進行驗證，如圖3所示，相鄰C類機位在同時停靠加裝翼尖小翼的A320飛機時，兩個多邊形幾何模型有交集，且相交部分及兩架航空器同時顯示黑色，結果表明，提出的方法能夠檢測出機位分配方案的合理與否。

圖3 檢測方法仿真驗證結果

5 結語

通過判斷多邊形幾何區域是否相交的方法來檢測機位分配方案的合理性，能夠較為直觀地展現出分配方案不合理的地方，輔助機場運行指揮員和特種設備操作員對航班保障的掌控與監視，提升機位分配方案的可執行性。同時，該方法可用于機場改擴建中機位設計方案的可行性驗證，指導機位設計工作，具有實際意義。

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Research on the Detection Method for the Rationality of Gate Assignment in Consideration of the Flight Service Requirement

FENG Xiao-lei

（School of Airport Eng.and Transportation Management，Civil Aviation Flight Univ.of China，Guanghan 618307）

In order to enhance the enforceability of the gate assignment,the factors of the flight service requirement are considered to improve operating efficiency of the airportwhenmaking gate assignment plan.Based on the analysis of themanagement rules in apron,builds polygonal geometry models around the aircraft,special equipment,gate and its surrounding environment.Detection method for the rationality of gate assignment is worked out based on thismodel.If there were intersection between the polygonal regions when judging,the gate assignment plan cannotmeet the flight service requirement.The practicability of themethod is verified through the simulation results.

馮曉磊（1988-），男，山東臨朐人，碩士研究生，助教，研究方向為機場運行管理

2017-03-06

2017-04-20

民航科技創新引導基金項目（No.14015J0260157）、民航安全能力建設資金項目（No.2146903）

1007-1423（2017）14-0026-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.14.005

Flight Service Requirement;Polygonal Models;Rationality of Gate Assignment;Detection Method