恶劣天气下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

张祝杆（云南省民航云南空管分局，云南 昆明 650100）

恶劣天气下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

张祝杆
（云南省民航云南空管分局，云南 昆明 650100）

摘要：在恶劣天气下，地面等待时间过长，经常会引起航班滞留或者终端区拥堵，因此，要充分利用航路容量来缓解这一问题。本文根据地面延误程序及改航策略，在动态不确定情况下，建立航路选择和航班起飞模型，从而有效地提高航路容量利用率，减少航班总体延误时间。

关键词：恶劣天气；地面等待；改航；流量管理

在交通流量管理中，地面延误和改航策略都是比较重要的管理措施，其中地面延误程序主要用于恶劣天气下，满足空域需求和能力之间的不平衡，改航策略是在恶劣天气下，提高空域利用率，避免不必要的地面等待的重要措施。目前，对这两者的同步研究还比较少，大多是单独进行，本文通过建立航路选择和航班起飞模型，结合地面等待和改航策略，分析了恶劣天气下的流量管理方法。

1　模型

在恶劣天气下，扇区的容量会下降很多，同时扇区的流量会受到限制，这就会导致航班数量大大降低，而地面延误也会在这种情况下产生。在这种情况下，可以通过提高现有容量的利用率，来将这些扇区设置成流量约束区，保证航班能依次通过，直至扇区情况变好，但由于在恶劣天气先，扇区航路无法通行，航班不能按照确定的航路通行，因此，要想提高流量约束区的容量，就需要进行适当的改航，从而最大限度的提高流量约束区的利用率。

由于天气预报具有有效时长的特性，加上天气状况对扇形区域容量有很大的影响，导致受天气影响的区域容量会随机变化，对于这种随机容量，需要根据天气预报及历史同期天气数据情况，预测当天受影响区域容量的大小，从而获得不同概率的区域容量样本，由于这种容量是预测出来的，具有不确定性，因此，由此得出的模型称为动态不确定性模型。针对动态不确定性模型的变量，做出以下设定：

（1）设一组航班计划中Na个航班；

（2）一组航班计划中航班开始通行时间为Ti（i=1，2，3，……，N）；

（3）设飞行路径资源为rj（j=1，2，3，……，N）；

（4）设第i个航班对应的一组飞行路径为Wik（k=1，2，3，……，N）；

（5）设第i个航班第k条路径对饮的资源为rikj；

（6）设地面延误和航班延误相对代价为ω1和ω2，其取值范围为0-1；

（7）设t时刻在第j个资源等待的时间为Δikj（t），设t时刻地面等待时间为Δik0（t）；

（8）变量αj取值为0-1，当αj=1时，资源rj没有占用，当Δik0（t）=0时，资源rj被占用；

（9）在t时刻，设流量约束区容量取值有s种情况，每种情况对应概率为Ps；

（10）设流量约束区t时刻地s中样本容量为C（t）；

（11）设规定航班i的最长地面等待时间为H；

则航班路径Wik对应一组资源rikj，并对应的通过时间为tikj，航径总时间为：

2　算法

为准确的得出计算结果，采用迭代算法和Dijkstra算法两种方法进行计算。

2.1迭代算法

根据安排的飞行计划，计算每一个飞机起飞的时刻，每一个航班被评价，都依次考虑每个航线的算法，计算这个航线最小总加权延误。设航线为n，并迭代次数，μn

ikj表示n次迭代后，资源j处最早可能通过时间；ηnikj表示n次迭代后，在资源j最早可能达到时间，μnikj0和ηn

ikj0表示飞机沿着航径飞行，在任何情况下都不被延误的初始值。

现有的每个资源中，最小达到延误为δηn

ikj，最小通过延误δμn+1ikj，计算所有资源的通过延误及等待延误，其计算公式为：ηn+1ikj=max{ηn

ikj+δηn+1

ikj，μn+1

ik（j-1）+tik（j-1）}；μn+1

ikj=max{ηn+1

ikj，μn

ikj+δμn+1ikj，ηn

ik（j+1）-tikj}。由于n是不

会发生递减的，因此，能确保迭代过程中的收敛，迭代能持续到所有资源，当迭代完成后，用μikj表示μnikj的极限值，用ηikj表示ηn

ikj的极限值。每个资源等待处通过时间和达到时间的差值为：Δikj=μikj-ηikj；地面等待时间在第一个资源处，期望飞行时刻和通过时间的差值为：Δik0=μikj-Ti。

2.2Dijkstra算法

Dijkstra算法主要用于计算最短航径，在输入算法时，需要将在一些节点、资源在交通网络中设定好，这些节点和资源可以通过外部环境提供，采用Dijkstra算法能得出起始点S到终点D的最短路径，利用得出的最短路径输出结果，带入迭代算法中，算出航径k的每个资源j的通过时间。

3　程序设计

将地面等待和航路等待结合起来，并根据不同的属性，将其分隔开来，在进行分析时，分别对待细化后的结果，总体上相同对待，在计算过程中，对其进行综合考虑，这样不仅能提高计算结果的准确性，还能保证模型更加接近实际运行情况。

在进行程序设计时，对每条航路设置不同的时间片，利用时间片和计时器联合计算，将航路释放时间计算出来，从而确定航班的起飞时间。制定航路资源释放优先等级，采用优先优先使用的原则，根据不同时间段的需求及特殊情况的需求，设置不同优先级协调算法，从而灵活的判断航班等待情况及改航策略。

结语

针对恶劣天气下，航班起飞时间及航路选择的扇区流量管理问题，通过优化地面延误程序及改航策略，来提高扇区流量约束区的利用率。研究表明，地面延误程序和改航策略的良好结合，能有效地解决流量约束区的流量管理问题，提高约束去容量利用率，减少地面航班等待时间，优化航班时刻，增强航路利用率。

参考文献

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[4]田勇，宋柯，顾英豪.空中交通流量管理中的改航策略研究[J].数学的实践与认识，2008（10）：168-170.

中图分类号：V355

文献标识码：A