空中交通流量管理中地面等待策略问题的研究

吕罡

【摘要】地面等待是解决空中交通拥堵的主要方式，具有安全性和经济性高的优点。本文就空中交通流量管理地面等待策略问题进行研究。根据不同的分类标准，地面等待策略可以分为静态和动态、确定性和随机性、单机场地面等待和多机场地面等待、时间驱动和事件驱动几类；文章就单机场静态地面等待分析、多机场地面等待分析、基于事件驱动的地面等待策略及其模型的优缺点做简要分析。

【关键词】空中交通流量管理 地面等待 模型设计

中图分类号： V355 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2015）01（c）0000-00

0.引言

经过几十年的发展，我国航空运输事业发展迅速，航空运输量快速增长。尤其在航空运输商业化后，空中交通流量呈几何趋势增长。但是，由于空域结构以及空中交通流量管理水平存在较大问题，空中交通管理拥堵一直成为制约我国航空运输事业发展的主要问题。不仅造成飞机航班延误，影响乘客出行，损害了航公公司的声誉。而且航班延误也带来诸多安全隐患，给机场和飞行领域带了许多不确定因素。因此，还需进一步加强地面等待策略研究，优化空中交通流量管理。

1.地面等待策略

地面等待是指讓飞机在地面等待的方式控制和管理空中交通流量的一种策略，通过地面等待达到航空流量与空域容量、地域容量相匹配的目的，从而实现提高航空资源的利用效率，尽可能减少发生航班延误情况，保证航空飞行安全[1]。地面等待策略的本质在于用地面等待替代空中等待，及提高安全性，也更加经济可行。根据不同的分类标准，地面等待有以下多种类型：

第一，以决策制定时间进行分类，地面等待可分为静态和动态两类。静态是指在求解模型前已做好所有决策，例如当前内某时段计划航班数、起飞及降落时间都已事前确定；动态是指求解模型前未确定固定决策，而是根据情况不断更新决策。

第二，以机场容量是否确定进行分析，地面等待可分为确定性和随机性两类。空中交通操作请求和机场容量之间的矛盾是地面等待问题的核心，但是只有操作请求才可以预测和确定，而机场容量受天气以及其它不确定因素的影响，机场容量处于不断变化和不可预测状态。

第三，以对象机场多少进行分类，地面等待可分为单机场地面等待和多机场地面等待两类。单机场地面等待是指目标机场单一，它是地面等待问题研究初期重点研究方向；多机场等待是基于单机场地面等待中的问题产生的。

第四，以系统驱动模式进行分析，地面等待可分为时间驱动和事件驱动两类。时间驱动是根据时间区间进行研究的地面等待模式，事件驱动是指把航班起飞、到场着陆视为输入事件，相应的时刻作为系统的服务时间[2]。

2.地面等待分析

2.1单机场静态地面等待分析

从上文对随机性地面等待策略分析可以看出，随机性的最大特点为目标机场容量的不确定性，国外研究学者Richetta和Odoni针对对单机场静态随机地面等待提出一个地面等待模型，即RICHETTA模型。该模型最大的优点在于考虑目标机场到场容量的随机性，而且该模型可以整组处理到场飞机航班，忽略单个航班引起的复杂的约束条件。但是，该模型存在的缺点也较多，例如决策变量数量多、模型规模大，增加求解难度，而且是否可用线形规划方法求解该模型仍有待证明。

2.2多机场地面等待分析

多机场地面等待最为明显的特点在于它需要考虑各个机场之间的相互联系和相互影响引起的网络效应。多机场地面等待模型有BS、VBO等，以Bertsimas和Stock针对对机场地面等待提出 BS模型为例[3]。BS模型为了简化操作，只考虑拥挤由目标机场到场容量限制造成的情形。和单机场地面等待模型相比，该计算模型考虑了多个机场之间相互联系对地面等待的影响，因而多机场地面等待模型较单机场地面等待模型更贴近空管系统实际运行情况。另外，BS模型相比于VBO以及其它多机场地面等待模型，BS模型还有更多的优点，例如形式间接、求解速度快、可利用对应松弛问题求得最优解等等。但是BS模型设计作者并未明确指出BS模型与对应松弛问题之间的相互关系，更没有从理论上证明两者之间的关系，因而BS模型仍属于求解过程较为繁琐和费事的模型。

2.3基于事件驱动的地面等待策略

基于事件驱动的地面等待策略主要研究对象是有航班起降事件产生的样本路径，具体操作为利用有限扰动分析技术预测估计变动对系统性能和等待产生的延迟费用产生的影响。国外研究人员Panayiotou和Cassandras借助某机场的情形设计出基于事件驱动的地面等待策略。该模型具的优点较为明显[4]。它属于分布式地面等待计算模型，可所占性强；模型计算简单，家算计内存消耗小，易执行；可用于处理如同军用飞机等未知飞行物；同时该模型还无需进行优化离散处理，方便了计算处理。但是，该模型也具有一些缺点，如没将机场间的网络效应纳入考虑范围，部分情况在多机场环境下不成立。

3.结语

随着我国航空事业不断发展，机场容量需求也会相应增。而满足不断增长的容量需求，又必须要建设高效实用的地面等待策略，科学合理的对航空交通管理制度进行优化，提高空中、地面容量的利用率，改善航空交通环境。

【参考文献】

[1]杨光. 空中交通流量管理中地面等待策略问题的探讨[J]. 科技资讯，2013，（12）.

[2]郭伟. 浅谈空中交通流量管理中的多元受限地面等待策略[J]. 科技创新导报，2013，（19）.

[3]王来军，胡大伟，高扬，史忠科. 机场流量管理中地面等待问题优化模型[J]. 交通运输工程学报，2014，（03）.

[4]林文. 空中交通流量管理中的多机场地面等待问题的研究[J]. 科技创新导报，2014，（20）.