基于航班歷史數據的呼和浩特機場航班時刻資源優化分析

□ 呼和浩特白塔國際機場 岳家彤 邵 軍 姜 宇/文

當前中國民航運輸業的快速發展，航班量迅速增加，導致空域資源和時刻資源緊張。對于機場來說，由于機場時刻容量限制，一天內可放行的航班架次、單位時段可放行的航班架次均有限。如何在有限容量內合理安排航班時刻，放飛更多航班，并保證航班放行正常率，提升旅客出行滿意度，是機場工作的難點。本文將基于對呼和浩特白塔國際機場（以下簡稱“白塔機場”）歷史數據的統計分析（選取2019年6～8月這3個月中運行環境相對穩定的共66天航班數據作為樣本），結合大數據思維，找到航班時刻安排與放行延誤的關系，并通過提出優化航班時刻安排建議，提升機場的航班放行正常率。

航班時刻安排分析

根據機場對放行延誤航班的統計可發現，白塔機場放行延誤時間小于5分鐘的航班數量較多，放行TODAM方向出港航班較為困難，部分航線正常率偏低，一天之內存在高峰延誤時段，初步判斷分別是因為航班安排在局部時刻較為集中，特定放行方向航路流量控制頻發，航路部分時刻放行數量較多以及前序航班積壓導致后續時段放行壓力增大。分別針對以上情況進行數據統計，嘗試找到原因并提出改進措施。

（一）不同時間維度航班時刻安排與機場放行能力符合度分析

放行延誤航班的延誤時間小于5分鐘，說明出港并沒有明顯限制，很可能是由于單位時間計劃航班數量超過機場自身放行能力造成。對航班時刻安排與機場放行能力的比較將從三個維度進行分析，即60分鐘、30分鐘和10分鐘。根據機場小時容量與實際放行航班數量數據，分別推算不同時間維度下機場的理論與實際放行能力，并與計劃放行航班數量進行對比，判斷航班時刻安排是否滿足機場放行能力。

機場單位小時的航班容量為26架次，可知在60分鐘時間維度下，進離港平衡時出港放行架次時刻容量為13架次左右。同時根據實際測算，除早出港因無落地航班，放飛架次較多外，其余時段出港放行架次均為13架次以下，即為保證不超過機場放行能力，航班計劃時刻安排每60分鐘出港架次至少應小于13架次。統計60分鐘維度航班計劃平均放行量可知（見圖1），除7:00～7:59的早放行高峰時段，其余時段計劃航班放行量均小于13架次，滿足機場放行能力。

在30分鐘時間維度下，進離港平衡時出港放行架次時刻容量為6.5架次左右。同時根據實際測算，除早出港時段外，其余時段出港放行架次均為7.2架次以下，即為保證不超過機場放行能力，航班計劃設計每30分鐘出港架次至少應小于7.2架次，并盡量保證在6.5架次以內。統計30分鐘維度航班計劃平均放行量可知（見圖2），除7:30～7:59的早放行高峰時段，13:00～ 13:29、14:30～ 14:59、16:00～ 16:29、18:30～ 18:59、21:00～21:29五個時段計劃航班平均放行量均超過6.5架次。其 中 14:30～ 14:59、16:00～ 16:29、21:00～21:29三個時段超過7.2架次，而14:30～14:59時段30分鐘計劃放行航班量更是達到9.48架次，嚴重超過機場放行能力。

在10分鐘時間維度下，進離港平衡時出港放行架次時刻容量為2.2次左右。同時根據實際測算，除早出港時段外，其余時段出港放行架次均為2.5架次以下，即為保證不超過機場放行能力，航班計劃設計每30分鐘出港架次至少應小于2.5架次，并盡量保證在2.2架次以內。統計10分鐘維度航班計劃平均放行量（部分時段見圖3），除7:30～7:59的早放行高峰時段， 有包括7:10～7:19在內的37個時段（全天共102個時段），放行架次超過2.2架次，其中29個時段，放行架次超過2.5架次。而16:00～16:09時段10分鐘計劃放行航班量更是達到6.23架次，遠超機場放行能力。

由此可見，60分鐘維度下航班計劃未超過機場容量，但30分鐘、10分鐘維度下航班計劃安排存在超過機場容量的情況，其原因為航班計劃時刻小時內分布不均勻。在30分鐘統計結果中，相鄰時段放行架次差異最大的時段為14:00～14:29與14:30～14:59，二者日均差異架次為6.92架次；在10分鐘統計結果中，相鄰時段放行架次差異最大的時段為15:50～15:59與16:00～16:09，日均10分鐘差異架次為5.29架次。這種現象不僅造成了航班堆積出港，超過機場放行容量，同時對未安排航班的空余時間不能有效利用，造成了時刻資源浪費。

（二）前序航班放行積壓情況分析

即使航班時刻安排滿足機場容量，但如由于機場前序時段航班限制不能正常起飛，將延誤至后續時段進而導致超過該時段機場放行能力，造成延誤積壓結果。這種現象在全年均存在，但在航班旺季，前序時段延誤航班較多，同時各時段航班量設計接近飽和，影響更為明顯。

將2019年6～8月航班根據計劃起飛時間和實際起飛時間分別統計，并計算計劃航班延誤至后續各時段起飛的架次（見圖4）。統計結果可發現以下三點特征：

（1）14:00～15:00時段，航班對后續時段影響最大，在研究日期范圍內共有313架次延誤至后續時刻起飛；

（2）在前序時段延誤的航班在15:00～16:00時段起飛的架次最多，為251架次；

（3）14:00～ 15:00時 段 延 誤 至15:00～16:00時段的航班架次最多，為195架次。

由此可知在全天受前序航班延誤影響最嚴重的時段為14:00～16:00時段，同時該時段也為實際需放行飛機超過機場放行能力最嚴重的時段。解決該問題將不僅有助于減小該時段機場放行壓力進而提升放行正常率，同時能及時消化積壓航班，避免繼續對后續時段造成影響。

（三）關鍵出港方向航班時刻合理性分析

本場飛機起飛后根據不同目的地將從不同點離場，即出港方向。2019年白塔機場有四個出港方向：TODAM，BAV，TMR，涼城，其中TODAM、TMR方向航班占比均超過33%，為可能影響放行正常率方向?，F以60分鐘維度分出港方向統計放行航班數及同時段的放行延誤數，可發現各小時延誤航班趨勢與TMR方向放行航班數大致呈相反趨勢，即TMR方向放行航班數越多，延誤數量越少；各小時延誤航班趨勢與TODAM方向放行航班數大致呈同向趨勢，即TODAM方向放行航班數越多，延誤數量越多。

圖4：白塔機場前序航班延誤情況

利用度量兩個變量之間相關程度的皮爾遜相關系數（Pearson correlation coefficient），分析TODAM和TMR兩個方向放行航班數與放行延誤航班架次的相關性，并得到相關系數分別為：TODAM方向放行數與延誤航班數的系數為0.77，TMR方向放行數與延誤航班數的系數為-0.16，故可確定TODAM方向航班時刻安排確為影響機場放行延誤的關鍵因素。而TODAM方向航班放行正常率僅為59%，因此找到影響該方向航班正常起飛的因素并進行改進，將能夠有效提升機場整體放行正常率。

據觀察，TODAM方向經常發布飛越限制信息，一般會限制12分鐘一架，此類限制多為其他用戶占用空域或流量控制等因素造成，機場無法主觀控制?，F以12分鐘為單位區間劃分機場全天運行時段，并統計航班計劃中各區間TODAM方向放行班次，發現該方向航班安排大于1架次的區間占總區間數的27.06%，甚至存在個別區間航班安排超過3架次，此時若存在飛行限制，則將大概率造成放行延誤。

（四）重點航線航班時刻排布分析

針對白塔機場研究時段內執飛的所有航線航班，選出放行班次大于198班（平均每天3班），且放行正常率低于75%的航線作為重點航線分析，即廣州、杭州、武漢、長沙、上海虹橋、哈爾濱、天津、南京、烏蘭浩特、青島、濟南、鄭州、赤峰，在刪除由于工程機務、旅客等非航線原因造成放行延誤的對應計劃與延誤數據后，分別統計各航線放行數與相應放行延誤數，如部分時段放行班次較少，則與相鄰時段進行合并。

對于航線放行正常率較高和較低的時段，分別稱為放行順暢時段與放行困難時段。由統計可知，不同航線的放行順暢時段與放行困難時段均不相同，同一航線在不同時段的放行正常率有較大差異，即盡管航線全天平均放行正常率偏低，但也存在放行正常率較高的時段。如廣州航線在07:00～07:59、13:00～13:59、17:00～ 17:59、18:00～ 18:59、21:00～21:59五個時段放行正常率分別為 65.52%、24.24%、34.85%、34.85%、55.56%； 杭 州 航 線 在 11:00～ 11:59、18:00～ 18:59、21:00～ 21:59、22:00～22:59四個時段放行正常率分別為33.33%、58.73%、81.82%、80.56%。

航班時刻優化結論與建議

（一）航班時刻優化結論

文中通過基于實際運行數據，對呼和浩特機場旺季航班時刻安排與放行延誤航班情況進行分析，從不同時刻維度放行、重點出港方向放行情況、不同航線各放行時段以及各時段航班積壓的放行情況分析，得到以下結論：

1.目前呼和浩特機場航班計劃時刻安排在60分鐘維度能夠滿足機場放行能力限制，但在30分鐘、10分鐘維度設置存在航班堆積和時段空閑情況，對應造成了航班安排超過機場放行能力導致放行延誤以及時刻資源浪費情況。在設計航班計劃時，應清理不同維度下的存量時刻，確保在各維度下出港航班均勻分布。

2.根據研究發現，在呼和浩特機場14:00～15:00時段延誤至后續時段的航班最多，且該時段延誤至15:00～16:00的航班數量較大，同時15:00～16:00航班為全天受前序延誤航班起飛影響最嚴重時段，故認為引入空置時段，即適當減少14:00～15:00時段航班計劃數量，有助于及時消化前序堆積航班，減小延誤航班影響，并提升后續時段放行正常率。

3.影響呼和浩特機場延誤的關鍵放行方向為TODAM方向，其各時段內航班計劃數量與機場航班延誤數呈近似正相關關系。由于TODAM方向存在每12分鐘放行一架航班的常見限制，所以在設計該方向航班時刻時，需對應設置間隔時間，提升該方向航班放行正常率。

4.通過對重點航線分時段統計分析，找到各航線的放行順暢和放行困難時間段，結合航班時刻互換方式，提升對應航線在順暢時間段的航班數量，減少在放行困難時間段的航班數量，可在清理時刻存量的同時提升相關航線放行正常率。

（二）建議

1.目前全國各大型機場普遍存在航班時刻資源緊缺情況，但其中部分機場的飽和是由于航空公司預占航班時刻，但航線并未實際執行造成的。由此，可首先了解各航班的預計執行時期，然后對不同時期的航班在各時間維度下均勻分配，并協調航空公司主動交回停航時間較長的時刻資源，以實現機場時刻資源的合理排布。

2.當前各機場主要針對自身保障原因造成的放行延誤航班采取管控提升措施，但該類航班占比極少，改善后對正常率提升不夠明顯。本文提出的航班時刻優化以提升放行正常率的方式，將管控范圍拓展至機場不可控因素（天氣原因、流量控制、其他空域用戶占用）造成的延誤航班，一定程度上擴大了可干預的不正常航班范圍，增加了放行正常率提升空間。

3.本次研究通過前期人工及后期設計簡易軟件對航班歷史數據進行收集、清洗、整理及統計，但由于原有人工收集數據非規范化，統計需求多元化，導致工作進展緩慢。建議各機場可依托智慧機場發展規劃，建設大數據平臺，并做好數據規范化治理工作，為支撐業務層面快速實現數據調用，進行應用分析打下堅實基礎。