運籌學在空中交通管理中的應用概述

蔡雨晨

摘 要：隨著我國社會經濟的不斷發展壯大，我國航天事業也得以飛速發展，但是隨著飛行航班數量不斷增加，其也給空中交通管理帶來了更多的挑戰，如何有效的保證空中交通管理的安全性，采取科學合理的管理措施進行管控，這是當前做好管理工作的當務之急。運籌學作為管理、工程類的基礎課程，其可以對生產和管理中存在的一系列問題進行有效處理，因此在管理工作中的應用范圍可謂是越來越廣泛。本文，筆者將對運籌學在空中交通管理中的應用進行詳細分析。

關鍵詞：運籌學;空中交通管理;應用

運籌學是一門應用性的實用科學，其是多種數學工具及邏輯判斷方法來對系統中的人、財、物的組織管理及籌劃調度等問題進行研究的一種管理學科，其能夠有效的對管理系統中的各種資源進行科學的規劃與安排，并為相關決策者提供有價值的參考依據，這樣也就有力的促進了效益最佳化的實現，這也是空中交通管理中應用運籌學的重要原因。下面，筆者將對其進行詳細分析和論述。

一、在空中交通管理中線性規劃的應用

1、機場空側容量評比優化中線性規劃的應用

完善的機場空側的容量評估體系可以對機場航班的有效安排發揮重要的促進作用。通常，針對機場空側容量評估體系主要是結合滑行系統、停機坪系統及跑道系統三部分內容構成的，而這三個方面不同內容的評估目的也是存在有一定差異的，其分別是改良滑行道的路徑、對停機位指派進行優化以及進港先服務，離港優先隔。將機場空側容量評估的模型轉變為多目標線性規劃之后，其目標函數將轉變為經濟成本函數與延誤時間函數，約束條件既通過進港以及離港定位點的設定，來轉化成為節點的流量控制。

2、地面等待問題中線性規劃的應用

統籌學中線性規劃在地面等待問題的應用中一般情況下需要通過以下三個步驟才能有效的解決，首先需要分析會對地面等待產生影響的因素，在此過程中還需確定決策中的變量因素。其次，需要將問題的解決目的進一步明確和定位，要根據決策變量對目標函數進行確定。最后則需要以機場的運行限制作為重要的參考依據，決定相關的約束條件。通過以上三個步驟就可以將地面等待問有效的轉化成為線性規劃問題，在這其中目標函數則需要綜合飛機延誤時間的最小化，約束條件則包含有機場容量、航班的達到、單位時間內機場的最大起駕次、飛機起飛時間與次數等內容。

二、在空中交通管理中整數規劃的應用

1、整數規劃在機位分配中的應用

整數規劃在限制方面與線性規劃不同，但是其在原理、操作流程以及模型等方面與線性規劃在空中交通管理中的應用基本上是一致的。在整數模型成功建立之后，需要應用單純性的方法以及計算機的計算軟件來進行求解，以達到機位分配的最優化目標。同時在建立機位分配模型時，所選取的目標函數包含有旅客轉機路程最優、機位空閑時間均衡、航班等待延誤時間最小等，在這其中可以將機位空閑時間均衡與航班等待延誤時間等進行整體的規劃，促使機位分配模型將旅客與地面服務人員異動距離的最小化作為目標，在具體的應用中決策參數也就是機位作業時間、機位最小間隔時間兩方面的內容。

2、整數規劃在機位分配中的流程設置

在空中交通管理中將實時調配的流程設計應用到機場機位分配工作中，可以進一步提升機位分配的有效性。同時，在進行停機位的指派時，為了保證機位分配的合理性，還需將機位號、機型以及所屬公司等飛機的屬性匹配問題納入到考慮范圍中。機位分配中的流程設置具體包含以下步驟：第一步是仔細確認航班達到時間;第二步則是對航班所需要調整的內容進行科學合理的預設;第三步是調整進港航班的集合;第四步則是針對所需要調整的時間段進行科學合理的優化;第五步是對和航班需要調整的時間段有交集的極為空閑時間進行及時有效的更新與調整;第六步是借助遺傳算法合理的調配集中航班的機位;第七步是根據機位調配發紺，科學合理的更新機位空閑時間，實現對調整方案的有效輸出。此外，在機位指派工作實施期間還可以應用貪心算法、遺傳算法等。

三、動態規劃及網絡理論在空中交通管理中的應用

1、動態網絡流在空中交通流量管理中的應用

空中交通流量管理主要是由地面等待、終端區排序、改航策略三部分內容組成，在對這三部分內容進行協同管理以達到控制空中交通流量的目的。地面等待所依據的決策時間不同其可以分為靜態和動態兩種類型，結合機場容量則可以分為確定型和隨機型等。動態網絡流主要是由動態網絡結構。離散流變量、合成流變量和容量的約束構成的。將空中流量管理過程轉化為網路節點和弧的方式，然后尋找到了一個平衡節點之后就可以將其作為約束條件，實現管理流量優化的需求。在動態變化模型應用期間，一切動態的事物都可以納入到模型之中，如天氣變化就是動態的，其也可以納入到考慮范圍之內。

2、動態規劃在終端區飛機流排序中的應用

針對部分流量比較大的機場做好終端區飛機排序工作是極為有必要的，其能夠有效的降低飛機延誤以及相撞等不良事件發生概率，進而有效優化空中交通管理質量。長期以來在航空事業發展中所遵循的就是先到先服務的原則，但是該原則對飛機排序的實施產生了極為不利的影響，在天氣或者是其他突發狀況的影響之下，其很容易導致航班的延誤，基于這樣的原因對該排序方法進行優化就顯得極為有必要了。動態規劃方法在給飛機實施排序時，能夠有效解決的核心問題就是在保證飛機運行安全的前提條件之下，保持飛機之間的最小間隔提高工作效率，針對不同的飛機性能指標能夠對飛機的預計達到時間進行預測。在應用動態規劃對終端區飛機流排序時，一是要重點對飛機的預計達到時間進行預估，然后對飛機的隊列情況進行優化，最終確定飛機的實際著落順序。二是要充分結合飛機的性能指標，對飛機最終進入終端區的進入點以及目標等進行有效的軌跡優化。

四、決策理論在空中交通管理中的應用

為了進一步保證空中交通管理安全工作的有效落實，促使空中交通管理部門盡早建立屬于自己的安全管理體系，在應用運籌學知識進行空中交通管理時，對現有的空中交通管理安全系統進行優化就顯得極為有必要了。在構建空中交通安全管理系統時，首先需要把握不同的原則，即在特征方面要具備集合性、相關性和整體性、環境適應性等多方面的內容。同時，針對安全管理體系的設計必須要保證權利和職責分明，要不斷的對現有系統進行優化升級。以風險決策理論在空中交通管理綜合安全評估中的應用為例，在相關工作實施期間，采用的原理就是相關性、類推性、慣性和量變到質變等多重原理。對風險進行識別，主要采用的是風險源識別和計算風險概率的方法。 而在對空中交通管理安全進行控制是，必須要從轉變安全意識和安全控制方法的角度入手，對于管理人員來說，他們應當樹立危機管理意識，要學會應用多種不同的運籌學方法對空中交通管理中遇到的問題進行控制。

總之，運籌學作為一門利用數學方法解決生產、管理問題的重要學科，對于空中交通管理效率的提升來說，該學科具有重要的指導意義，因此在未來筆者認為空中交通管理部門還需進一步加大對運籌學的學習與研究力度，結合空中交通管理實際情況，靈活運用運籌學知識。

參考文獻：

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[2]劉繼新.人為因素與空中交通管制員素質優化[J].南京航空航天大學學報（社會科學版）. 2007（02）