恶劣天气下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

恶劣天气下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

过 易（中国民用航空华东地区空中交通管理局，上海 200335）

摘 要：本文主要在对当前空中流量管理的恶劣天气预报方法及危险性进行描述的基础上，进行恶劣天气环境下地面等待和改航影响的具体措施的分析，并提出相应的改航策略的动态网络模型。

关键词：流量管理；恶劣天气；地面等待；改航策略

在当前的航空运输业飞速发展的过程中，空中交通流程有了较大幅度的增长，但是当前的空域结构以及网络布局和通信导设施等已经较难与空中流量的增长速度相适应。特别是在恶劣天气影响下，需要对尚未起飞的航班进采取地面等待，对于已经起飞的航班进行改航处理，从而避免在空域受限或者是管制服务能力下降的情况下，减少航空运输损失并确保空中交通的安全顺畅运行。

一、恶劣天气预报方法及危险性描述

1 危险天气预报方法

当前我国所采用的危险天气预报方法主要有以下几种类型：第一种是采用天气图，随后配合卫星云图以及雷达资料等信息进行天气状况的综合诊断分析。第二种是动力学方法，其主要是采用电子计算机进行大气运动的动力学方程组求解来进行天气预测分析，并且可以进行短期、中期、长期预测。第三种是统计预报方法，其主要是在大量的长期性的气象观测资料基础上，运用概率统计学原理，从而寻找出天气变化的统计规律，从而建立起有效的天气变化统计学模型。

2 恶劣天气危险性分析

对于航空管理来说，飞行中如果遭遇冰雹、风变以及雷雨等天气，势必会造成部分空域容量在短时间内的急速下降，不仅给该空预器的航空器带来了较大的安全隐患，同时也会造成原有航班计划的取消，从而导致大量的经济损失。因此为了有效提升航空安全性并减少恶劣天气给航空事业带来的经济损失，就有必要进行恶劣天气影响区域的准确预测和分析。

二、针对恶劣天气环境下的地面等待和改航影响的具体措施

首先，在恶劣天气环境下，地面控制中心应与气象中心保持高度联系，在对未来天气变化情况进行充分了解的基础上，进行相应的应急预案的制定，从而确保飞机的正常飞行，并有效减少事故发生的概率。其次，在突发恶劣天气的情况下，地面控制中心应采空域飞机就近机场迫降或者是改改航等方法，确保乘客及机组人员的人身安全。主要可以采用雷达监测系统进行飞行航线的制定以及迫降机场的选择。在恶劣天气情况下，机场应进行相应的航班地面等待处理，与此同时还应做好乘客的情绪安抚共工作，确保飞机不在恶劣天气条件下起飞，这也是空中交通管制的主要目的和任务。

三、改航策略的动态网络模型

1 问题描述

通常情况下飞机的飞行过程是首先按照航路点飞行，随后在飞机脱离航路后依照所规定的高度进入空中走廊口，空中走廊飞行结束后会按照标准仪表进场航线飞向起始进近定位点IAF并开始进近飞行，最终着陆并进行滑跑后脱离跑道。

在以上描述中，如果将连接走廊口与飞行目的地之间的航路所遭受的恶劣天气影响容量设定为0，且假设走廊口该飞机改航的启示定位点K，相应的目的地机场则为改航结束定位点。那么在该种情况下两个定位点之间存在着一条最短的备选航路，而如果航班f通过该改航定位点飞往并沿该条路线飞往目的地机场，那么该架航班则不允许进行航路的更改。在该过程中可以采用r1表示航班原飞行计划；r2表示改航飞行计划；Km（t）为不同机场所起飞的航班在相应的时间片t∈Γ之前所到达K点的累积数量；Γ={1，...，T}为相应时间间隔l的集合。以上表述中的Km （t）的取值主要是有原有航班计划时刻表中获取的。同时采用λ1表示从f到K定位点按照原有航路飞行所用的时间，λ2表示f到K定位点K选用最短备选航路所用的时间，λ2-λ1为备选航路飞行的额外飞行时间。在此表述过程中需要注意的是λ2-λ1应该能够整除时间间隔l，其整除倍数为n。

2 决策变量

采用Xm（t）表示为时间片t前所达到K该航点的总航班数量，而YmQ（t）则是指在情景Q下，位于t之前通过改航点的航班数量。ZmQr i（t），i=1，2则表示该情景下，按照航路ri飞行并在时间片t之前飞往目的地机场的总航班数量。SmQr i（t+λi）表述为情景Q下，在相应的时间片t+λi前所到达目的机场的航班总数量。

通过以上假定和决策变量可以将不同时间段内起飞机场的地面等待总量表述为：

与此同时，航班在经过改航点K前，可能会进行相应的空中等待，那么在情景Q下就可以将其空中等待总量进行一下表述和计算：

KHm=Xm（t）-YmQ（t）

另外，在相应的情景Q时间段内，由于航路改变所增加的额外飞行时间可以进行一下表述和计算：

Δt=SmQr 2（T+λ2）×（λ2-λ1）

3 目标函数

目标函数建立的主要作用是进行最小的延误成本的计算，具体可以用下列方式进行表达：

在该项表达式中，第一项内容是指在相应的时间片T之前整体航班地面等待过程中产生的延误成本的综合；第二项内容是相应的空中等待过程中所产生的延误成本的综合；第三项内容表述的则是由于改航所造成的额外飞行总成本。gc表述为地面等待单位时间内消耗的成本，ac表述的是空中等待过程中单位时间所耗费的成本，l则则为相应的航班地面以及空中平均等待时间。如果再次过程中某一架航班并没有在对应的时间片内通过或者的到达改航点，应将其视为在空中或者是地面等待了一个时间间隔l，由于我国主要是是5min作为一个基本单位计划航班起飞时刻，因此该时间时间隔应取值为5min。

结语

从以上问题描述和决策变量以及目标函数分析来看，还动态改航模型所采用的决策变量是对到达各个航路点的航班数量计划，并不是进行各个航空器到达时间的分配，可以在运用RBS资源分配算法的基础上，进行各个航班分配放行以及到达时间的计算。

参考文献

[1]朱士新，需求不确定条件下考虑通用航空的地面等待策略[J].中国民航大学学报，2012（03）：13-17.

中图分类号：V355

文献标识码：A