上海地区复杂天气条件下的协同流量管理方法

梁 叶

（民航华东空管局，上海 200335）

近年来，随着民航华东地区航班流量的大幅增长，上海浦东机场和虹桥机场（以下简称两场）的航班量与日俱增，航班增长的刚性需求与有限空域资源之间的矛盾日趋尖锐，航班正常与安全保障压力也相应骤增。在这样的态势下，当机场上空、航路、航线上出现强对流、台风、低云低能见度等复杂天气条件时，为保障航空器的安全运行，航班延误难以避免。因此，如何应对复杂天气条件下航班大面积延误已成为当前民航空管的一项重要课题[1]。

1 复杂天气与航班大面积延误

长期以来，航班大面积延误都是民航空管、机场、航空公司以及用户关注的重点。统计数据表明，2011年上海两场全年始发航班497 682架次，航班正常率为75.41%，其中浦东机场为75.44%，虹桥机场为75.36%（本文选用的统计数据沿用了2008年实施的《民航航班正常统计办法》的统计规范）。影响航班正常的主要因素为：航空公司原因占44%，天气原因占22%，空域航路限制原因占17%，飞机晚到原因占11%，流量控制原因占5%；从影响航班的主要因素所占比例来看，浦东机场和虹桥机场基本一致,天气原因影响航班正常位于各种因素的第2位[2]，如图1所示。

在出现延误的航班中，延误时间2 h以上的两场合计1.5万架次，峰值集中在夏季6～8三个月和冬季的1、2月份，航班大面积延误月分布具有明显的季节特征；而2011年上海两场发布的机场警报的月分布峰值有3个，除了冬季和夏季的峰值以外秋末的11月份也存在一个相对的峰值，上海地区复杂天气的发生与航班大面积延误的月分布具有很好的相关性，如图2所示，因此复杂天气条件是造成上海两场大面积航班延误的主要原因。

图2 2011年上海两场的机场警报发布情况与2 h以上延误航班的月分布特征Fig.2 Airport alert distribution and more than 2 h delay flights monthly distribution characteristics of Pudong and Hongqiao in 2011

2 协同流量管理的概念及实现方案

依据上文分析可以看出，复杂天气条件是造成上海两场航班大面积延误的主要原因。要解决这一问题，需要引入科学的管理方法，充分利用现有资源，最终实现航班延误总量的最小化。为此，华东空管运行管理部门结合流量管理人员、空管人员、航空公司和机场的需求，提出了基于协同流量管理[3]方法的运行协调联动机制方案。协同流量管理是一种旨在通过提高航空公司和机场在空中交通流量管理过程中的参与度来改善民航飞行流量状况、减少航班长时间延误的系统方法[4]，而运行协调联动机制则是实现协同流量管理的可行方案之一。

2.1 协同流量管理的概念

协同流量管理是指空管、公司、机场及其他运行相关方在对飞行计划、飞行动态共同感知的基础上，按照运行管理各个阶段的主要任务，按照分配的角色和决策流程，围绕疏导机场、扇区、航路拥塞问题（流量控制事件）而实施的航班计划/飞行计划调整和管制预案（clearance）的生成、发布及效果评估工作。

在即将发生或已经发生流量管理的情况下，空管、公司、机场及其他运行相关方之间基于共享数据和分布式决策的原则，通过相应的流量管理工具和方案,建立共同情景意识，融合多方的飞行数据信息，在流量管理行动方式上进行协作。他们之间协作关系的构成可以用下式简单表示

从上式中可以看出，参与协同的部门越多，协同管理越有效，协同策略效率越高。但若只有协同部门而没有协同策略，或只有协同策略而没有协同部门，协同管理的效率为零。协同组织越扁平，协同管理越有效。许多协同策略是通过流量管理方案来实现的，流量管理方案是协同管理的重要途径和桥梁，因此制定出高效、协同的流量管理实现方案非常重要。

2.2 复杂天气条件下协同流量管理的实现方案

协同流量管理的最佳实现方案是建立航班运行协同决策系统[5]，自动收集各类飞行信息并动态更新航班计划，并以此为依据，协同各方制定航班飞行计划调整方案，从而实现航班长时间延误总量的最小化。基于各方面条件的限制，目前搭建自动化航班运行协同决策系统的条件尚不成熟，而实施运行协调联动机制则是当前实现协同流量管理的可行方案。

运行协调联动机制是以视频、电话会议等形式，集合航空公司、机场、空管、油料公司等运行单位，相互协调，统一调配各类资源，在航班放行、延误处置上进行协同决策，在确保航空安全运行的前提下有效提高航班正常率。目前，华东地区航班运行协同决策系统的雏形——上海地区每日运行协调联动机制已经开始投入运行。

在灾害性天气发生的前一天，运行管理部门协同各运行相关方，根据气象部门分析未来一天不利气象天气的发展规律及其影响区域和程度，并结合各航空公司次日运行情况、上海两场次日运行态势和空管部门次日运行要求，对未来一天的航班运行进行预战术流量管理。

在复杂天气条件下，引起上海地区航班大面积延误后，运行管理部门协同各运行相关方，根据气象部门分析的当时上海地区气象条件、发展趋势及主要航路天气信息，收集上海两场滞留航班数据，统计、分析航班延误状况及趋势，及时制定流量管理方案，并向相关单位通报影响航班正常运行的气象信息和流量控制信息，同时积极协调军方，启用临时航路，使用分流航线，临时调整扇区，优先安排长时间延误航班放行，并及时调整流量管理方案，同时加强运行各方的沟通，定时向相关单位发布航班延误、取消、返航、备降及其发展趋势等信息，全面协调长时间延误航班优先放行事宜。

3 协同流量管理应用实例

针对复杂天气条件下出现的上海地区大面积航班延误，自2011年8月份起上海地区启动了运行协调会议。每日例行的运行协调会议由空管运行管理部门组织气象部门、航空公司、机场、油料等运行单位，相互协调，统一调配各类资源，在航班放行、延误处置上进行合理决策。运行协调会议作为运行协调联动机制的具体形式，其实质是实现了协同流量管理流程中战术管理和实时流量管理的模块功能，通过提高航空公司和机场在空中交通流量管理过程中的参与度，最终达到航班长时间延误总量最小化的目标。

上海地区运行协调联动机制自启动以来，在应对复杂天气条件下大面积航班延误中发挥了重要的作用。2012年2月21日06：30（北京时间，下同）开始，浦东机场出现低云低能见度天气，低云云底高降至90 m 以下，21 日 12：30—16：00、19：00—22：30 以及 22日00：30—19：00云底高维持在30 m及以下，持续时间长达25 h。浦东机场遭遇了自1999年开航以来最严重的持续低云天气，长时间的低云天气造成大面积航班取消和延误。2月22日，上海两场共取消进出港航班1 021架次，备降航班78架次，返航6架次，延误2 h以上航班76架次。22日11：30空管运行管理部门及时启动上海地区运行协调联动机制，积极协调各航空公司、机场、油料和相关管制单位，重点关注预计延误2 h以上的航班。运行协调联动机制启动期间，共协调51架次航班获益，其航班延误时间基本控制在2 h以内。协调获益航班架次占延误航班架次的12.5%，占延误2 h以上航班架次的65.4%。如表1所示。

表1 2012年2月22日各航空公司获益航班Tab.1 Benefit airlines flights on February 22，2012（架次）

通过表1可以看出，运行协调联动机制有效地控制了延误2 h以上航班的总量，在处置大面积航班延误中效果显著。

4 结语

上海地区的航班正常率的分析表明，灾害性天气是导致上海两场大面积航班延误的主要原因。为了实现上海两场复杂天气条件下航班长时间延误总量的最小化，本文采用了协同流量管理方法，以运行协调联动机制为基础实现了空管、航空公司和机场在空中交通流量管理中的协同决策，特别是在2012年2月22日的复杂天气过程中发挥了较好的作用。协同流量管理的最佳实现方案是建立航班运行协同决策系统，下一步的工作重点是建立自动化航班运行协同决策系统，通过系统的使用，合理配置资源，优化航空器起降活动和交通排序，动态调整空域容量和航班计划，减少拥堵，提高飞行安全和效率，充分发挥空管、机场和航空公司的整体运行效能，从而更科学地达到航班大面积延误总量最小化的目的。

[1]吕小平.空中交通管理协同决策[J].空中交通管理，2005（4）：4-5.

[2]罗忠红，江航东，魏 嵩.2009年天气对航班影响分析[J].中国民用航空，2010（7）：44-46.

[3]王 飞，徐肖豪，张 静.基于Multi-Agent的空中交通协同流量管理[J].广西师范大学学报（自然科学版），2008（1）：125-128.

[4]李 泉.基于CDM的ATFM策略分析及资源分配机制研究[D].南京：南京航空航天大学，2006.

[5]BALL M O，HOFFMAN R，CHEN CHIEN-YU，et al.Collaborative Decision Making in Air Traffic Management：Current and Future Research Directions[R].2003.