空中交通流量管理中地面等待策略问题的探讨

空中交通流量管理中地面等待策略问题的探讨摘要：随着我国经济不断的迅猛发展，国民收入不断增加，人们外出公干旅游较之以往飞速增长，而选择乘坐飞机作为交通工具的人群也日益增多。因此我国各大航空公司的飞机、航线数量都突飞猛进，但由于空中交通还有很多区域并没有开放，这也客观上导致经常出现航班延误，是继除天气影响第二大航班延误的重要原因。正因为如此，为缓解航班延误问题，本文制作了一套空中交通流量管理模型。这套模型的原理是如果机场会因为天气的原因而导致航班的延误，这种情况是无法避免的。将各个机场的出发航班以及到达航班进行有效的管理，合理分配各个航班，这个模型可以有效的缓解航班延误的问题。这个系统将国内5个最重要的枢纽机场的航班流通量的数据结合起来对模型进行了仿真计算。我们可以通过模拟得知，该模型会为航班提供调整策略，也会帮助航空部门制定相应的航班计划，使策略更安全更有效，也因此能大幅度降低航班延误的可能。

关键字：空中交通流量；地面等待策略；探讨

随着我国目前的经济腾飞和旅游业的蒸蒸日上，越来越多的人选择了乘坐飞机出门，但往往经常遇到航班延误，在2003年1月初，刚投入使用半年多的云南昆明长水机场就因为受恶劣天气原因，导致约450架次航班被迫取消，约7600名旅客滞留。这也是目前航班经常出现延误的一个明显缩影。也正因为如此，飞机航班的延时会给乘客造成不同程度的影响与不便利与此同时，给航空公司的经济带来了

极大的影响。甚至会损害了航空公司和机场的声誉。更为重要的是，因为航班延误带来的安全隐患，也为机场及飞行领域造成很多不确定因素。正因如此，空中交通流量的管理对于民航管理有一定的保证，也给航空公司的管理带提供了基本的保障。

本文使用一种新型的地面等待管理的模型来试图降低航班延误缩出现的问题。这种方案采用不同于现今的技术，使地方等待、合理规范时间、优化了航班的原始方案，使效率有了很大程度的提高。

1等待策略

在无法扩建机场跑道或无法更新空管设备等增加机场承载量的手段下，那么就需要研究有效的空中交通流量管理（ATFM）的方案来试图降低延误损失。目前空中交通流量管理（ATFM）主要采用减少空中交通堵塞方法是采取地面等待策略也就是在机场营运高峰时期有目的让部分的乘客在机场进行等候，这样的延迟可以简单的避免空中的堵塞。有很大的原因是因为知道航班出现了不能改变的延迟。那就让航班在地面延迟，这样相比在空中延迟要安全的多，同时也更经济。不能只考虑一个机场，而是要考虑整个机场的网络，在通过如通信、天气预报等方面了解到机场各个节点的承载量情况，在航班起飞之前就可以协调航班在机场的起降，这样能大大的有效减缓堵塞情况的发生，从而将航班的调度进行最大限度的优化。这种地面等待策略已经在国外实行很多年了。

2关于等待模型的具体特点

2.1模型实施的基本保证

1. 本模型不考虑随机因素的影响，默认航班在执行飞行过程中所花费的时间确定。至于现实中因为机械、人员、天气等原因造成的飞行时间不确定不在本模型考虑范围之内。

2.本模型忽略不计航班飞行路线中的承载量限制,只对机场起飞以及降落的承载量进行限制。在我国，仍然在航路管理体制上存在问题，这也导致了在航路个管制区域中的承载量太过于复杂，这就将很多不确定因素带入到了模型的求解当中。在现实中，很多时候都是因为机场到原因造成了航班的延误，而航线等因素的影响相对较小。

3.空中等待问题是在模型中默认成为不存在的。在航空飞行中，地面等待的成本大大的低于空城等待所需要的成本。在将花费最小化的函数作为目标的模型中，空中延误是不被考虑的。所以在本模型对空中等待这一参数是要进行忽略的。

4.这个模型假设所有的机场的承载量能够完全的提供所有航班在合理的延迟的时间内保证飞行。在一般情况下，在交通的高峰时期之后的机场拥有的承载量是要远远的大于飞行的需求量的。

2.1模型的具体特点如下

在我们国家，有相当多的一部分机场关于地面等待这方面问题的

研究中，通常会假设机场的起飞的承载量是无穷多的，所以就只是想了到达额承载量。但在实际运营中，国内多数机场往往只有一条跑道，所有客机的起飞和降落都使用这一条跑道，跑道承载的压力十分巨大。但也有两条跑道的机场时不多的，一些国际机场会拥有两条跑道，也有少数机场会有双跑道。但是这两条跑道并不是单独运行的，所以起飞和到达的承载量必须要相互进行制约。所以这个模型对机场的起飞承载量和到达承载量进行了充分的考虑，在此之外，模型还对航班的连续航程对延误带来的累积效应进行了进一步的考虑。

2.2目标函数

模型定义变量xf,t和yf,t, 分别表示航班f在第t时间段之前到达或出发为1,否则值为0。其中f∈F,F为航班集合; t∈T为时间段集合。xf,t和yf,t都是步进变量。

模型的目标是机场地面等待时间最小化。

目标函数为[ t(yt-y,t-1)-Df] f∈（1）

其中Df为航班f的预计出发时间.

为了能更好的协调机场地面等待的时间，根据实际情况，对机场集合Z中的机场z设定不同的优先级别。因此，在模型的目标函数里加入机场地面等待系数kz, kz∈[0,1]。kz的取值越接近1，那么机场的优先级越高，因此就可以判断出机场的延误时间。

目标函数因此变为：{kz [ t(yt-y,t-1)-Df]}.（2）

其中是z机场出发的航班集合。因此，当kz取值为1时，式（2）与式（1）相同。

2.3 约束条件

步进变量定义:

xf,t -xf,t-1》0, ?f∈F, ?t∈T;(3);

yf,t-yf,t-1》0，?f∈F, ?t∈T;（4）；

航班不能原计划到达：：

Xf,af-1=0, ?f∈F;(5);

Yf,Df-1=0, ?f∈F;(6)

其中Af为航班f的预计到达时间。

航班必须在规定时间内到达/出发；

Xf,m-=1, ?f∈F,m=min(T,af+sf);(7)

Yf,n=1, ?f∈F,n=min(T,Df+sf).(8)

其中sf为单价飞机允许的最大延误时间。

机场到达和出发承载量约束；