基于ACQI模型的枢纽机场航线网络规划模型评估

吴昊

摘 要：枢纽机场航线网络的连通性直接比较出航线网络的效率和优劣，枢纽机场之间的可达与否，航班密集程度与航线利用率等，都能在航线网络连通性的研究中得到直观反映。因此，航线网络合理的连通性也是枢纽机场功能实现最基本的条件。由机场（结点）和航线（线）所组成的航线网络结构代表了各机场间的空间可达性，能直观反映出机场之间连通性的水平。由于多年度数据能更好地反映国内航线网络动态发展的趋势，文章以2008-2013年《从统计看民航》中的国内航班起降架次的数据作为样本，以通航机场为网络节点，城市的机场间直达航线为网络的边，机场间航班频次作为边的权重，建立国内航线网络，并进行连通性的建模与计算。

关键词：ACQI模型；枢纽机场航线；连通性

1 枢纽机场航线网络连接现状

国内民航运输1980年的时候仅有69个民用机场，到了2013年的时候，国内民用航空（颁证）机场达到183个（不含港澳台，下同）。定期航班的通航机场有180个，定期航班的通航城市达到178个[1]。同时，2012年定期航班航线共有2457条，其中包括2076条国内航线和381条国际航线。全国运输机场运送旅客达到67977.2万人次，运输货邮达到1199.4万吨。具体从空管角度分析，国内旅客吞吐量分布情况具体如下：华北区域17.6%，华东区域29.2%，西南区域14.9%，中南区域24.1%，东北区域6.3%，西北区域5.4%，新疆区域2.5%；国内货邮吞吐量具体分布情况如下：华北区域18.1%，华东区域41.7%，西南区域9.8%，中南区域23.4%，东北区域3.6%，西北区域2.2%，新疆区域1.2%[2]。

当前，国内航线网络已初步形成了以北京首都机场、上海两场、广州白云机场等枢纽机场为中心，以成都双流机场、昆明长水机场、重庆江北机场等省会或重点城市机场为主干机场，以及大量支线机场共同支持的结构布局。同时在有些区域表现的是以省会机场为中心，区域内及周边城市机场为辐射点的轮辐式航线网络，云南省和新疆维吾尔自治区就是其中最典型代表。

2 航线网络研究中的连通性与通达性区别

在研究和评价航线网络的效率和利用率，机场的可达与否等，首先必须区分连通性和通达性的含义。国外研究认为，连通性被认为是从供给层面来说明一个特定机场如何在航线网络中合理地发挥节点的作用；通达性被认为是从需求层面来研究旅客通过航空运输方式从航线网络的一个节点到另一个节点的可行性和便利性，以及服务质量的传递和延伸。

连通性模型可以看出一个机场在全球航空运输网络的服务水平，而通达性模型可以反映出旅客通过航空运输在一个特定节点或者区域的选择机会。具体在研究航线网络时，通达性研究可以被看做是连通性的延伸和微观分析。文章建立连通性模型，从宏观角度航线连接的质量和密度来研究国内机场的连通性，然后按机场分类，分别论述各级枢纽机场航线网络连通性的评估结果，并对其作进一步分析和探讨。

3 国内枢纽机场连通性研究

3.1 模型规定

首先，文章研究的连通性限定在国内机场以及国内航线网络的连通性研究上；然后假定A为计算连通性的机场，L为不同类型的国内机场，则国内机场ACQI计算模型为：

其中，l指直达机场类型；l指一次经停的机场类型；fa，l指从机场a到机场l的日航班频次；da，l指连通机场a的直达航线的机场l数目；da，l指连通机场a的直达航线的机场l数目；wl和wl分别是对于不同类型的l（直达）和l（中转）机场设定的权重系数；α指对连通性计算的影响程度上，a机场与直达机场，和a机场与一次经停的机场之间的换算系数；此外，当机场a与连通的机场之间既有直达航线又有一次经停航线时，统一当做直达机场来计算。

3.2 机场分类与参数确定

目前，国内机场布局与经济地理格局基本相互适应。在强调空管因素的基础上，根据政治、经济和文化综合评定，将北京、上海两场、广州作为一级枢纽机场，同时这3个机场也是中国七大管制中心中最大的三个管制中心所在地；其他管制中心所在地分别是东北地区的沈阳，西北地区的西安，新疆地区的乌鲁木齐和西南地区的成都，再加上中南地区吞吐量仅次于北上广的深圳宝安机场，总共5个二级枢纽机场。其他省会城市作为三级枢纽，共28个，其他139个机场作为四级机场。

在参数的计算上，《从统计看民航》上提供了多项相关数据，本模型参数值的确定选取最有代表性的吞吐量作为参照和计算的依据。每级枢纽机场权重wl和wl为该级枢纽机场2011年平均客流量与一级枢纽机场2011年平均客流量的比值，计算结果如表1所示。

而换算系数α是基于航线服务质量水平（Quality Service Index，以下简称QSI）[3]来确定的。QSI最早是航空公司为了通过航线质量来计算市场份额而引入的概念，航空公司可以通过QSI的变化来预测旅客对该航线的选择机会和满意程度，从而调整航线和航班来满足旅客需求，同时更有效地利用有限的空域，同时便于空管指挥。显然，旅客一般在航班选择上，会倾向于选择直达航班，而不是以一次经停为代表的中转航班。

换算系数α的精确值会根据不同的QSI模型而有所不同，但一般变化的范围在0.03～0.2之间（Jenkins （2011）[4]）。这就是说，两机场之间，直达航班对连通性的贡献是中转航班的5到33倍。事实上，大部分的QSI模型所选取的数据都是二十世纪八十至九十年代的数据，那个时候全球大多数航班都是直达航班，中转航班和枢纽机场都很少。而现今，很多中小型机场之间的连通，往往会通过枢纽机场来中转，这就很大程度上增加了中转航班（Wittman and Swelbar（2013）[5]）。文章研究的连通性选取的数据样本是近十年的数据，因此，α值应该选择较大值，即中转航班对连通性的影响和贡献应该在可取范围中取较大值。同时，近年来国外学者Emrich and Harris （2008）[6]认为直达航班对连通性的贡献应该是中转航班的8倍左右。综上，文章在ACQI模型计算中将α值设定为0.125。

3.3 基于机场群视角的一次经停机场选择

民航总局在《全国民用机场布局规划》中提到，到2020年，我国民航运输机场总数将达到244个，将形成以北京首都机场为主的北方（华北、东北）机场群、以上海两场为主的华东机场群、以广州白云机场为主的中南机场群，以成都双流机场和昆明长水机场为主的西南机场群，以西安咸阳机场和乌鲁木齐地窝堡机场为主的西北机场群五大区域机场群。顺应民航总局的政策，兼顾空管因素，文章在中转航班研究中，重点考虑一次经停航班，从机场群视角，将一次经停的机场分为北方、华东、中南、西南、西北五大区域机场群，北方机场群以北京首都机场为一次经停机场，华东机场群以上海两场为一次经停机场，中南机场群以广州、深圳机场为一次经停机场，西南机场群以成都、昆明机场为一次经停机场，西北机场群以西安、乌鲁木齐机场为一次经停机场。

3.4 结果分析

本模型计算的原始数据来自《从统计看民航》，由于年数较多，机场繁多导致数据庞大，文章采用数据库计算，最后通过MATLAB编程验证数据的可靠性。后文在研究不同类型的枢纽机场时，将上文分类的四级机场分别称为一级、二级、三级枢纽机场和非枢纽机场。

（1）国内枢纽机场连通性整体情况

图1反映了2007年和2012年每种类型的枢纽机场ACQI平均值的比较，从中可以看出不同类型的枢纽机场连通性变化的差异。所有研究的枢纽机场在2012年总的平均值较2007年上升了46.08%，这其中涨幅最显著的是非枢纽机场，同期增长了51.89%。这主要来源于，这一期间新建了不少非枢纽机场，陆续开通了这些非枢纽机场直达一级枢纽或者二级枢纽的航线。但同时，从ACQI值上看，在2012年，一级枢纽机场ACQI值是二级枢纽机场的1.75倍左右，是三级枢纽机场的4倍，是非枢纽机场的25倍之多。

从图1中也可以看到，2007年到2012年各级枢纽机场的连通性都是上升的，说明经济危机对国内机场航线网络整体的连通性并没有产生决定性影响。在下文中将要分别对各级枢纽机场ACQI值从2007年到2012年的变化，来分析其连通性变化。

（2）一级枢纽机场连通性分析

图2显示了一级枢纽机场从2007年至2012年，ACQI值由517.20增长至719.25，平均增长率约为8%。2008年的国际金融危机没有给中国大陆机场连通性造成影响，2009年与2008年相比，连通性依然增长了约12.5%。原因是为了防止国际金融危机造成的经济下滑的风险，国家投入了4万亿用来刺激经济。2011年相比2010年有小幅度降低，是由于一级枢纽机场到三、四级机场的通航城市和航班大量减少，使得大型枢纽机场连通性下降，2012年这些航班又恢复了，导致连通性再次保持上升的趋势。

从表2看，2007年至2012年，上海两场的ACQI值整体呈上升趋势。而2011年机场ACQI值呈下降趋势，与这6年整体趋势相反，主要是因为上海两场到三、四级机场的通航城市和航班大量减少。2007年至2012年，上海两场到二、三级枢纽机场连通性增长较与一级枢纽机场连通性更加明显，上海到二级枢纽和到三级枢纽ACQI值分别由242.76增加至324.43，由48.58增加至178.57；而北京到一级枢纽ACQI值仅由265.98增加到290.40。说明北京到上海到北京和广州的航班已经饱和，而其到其他区域枢纽和省会城市的航班频次增长潜力较大。

每种类型的枢纽机场ACQI值都由两部分组成，一部分是由直达航线和航班组成，另一部分是由一次经停航线和航班组成。表3反映了一级枢纽机场到直达航班中的其他级别枢纽机场的ACQI值变化，和一次经停航班的ACQI值变化。具体来说，一级枢纽机场到二级枢纽机场的ACQI值由212.56增长到332.62，增加了56.48%；到三级枢纽机场的ACQI值由42.18增加到114.88，增幅达到172.36%；到非枢纽机场的ACQI值则经历了轻微的波动，基数和涨幅较前两者都不是很明显。同时，一级枢纽机场的一次经停航线ACQI值从2007年至2012年增加了17.68%，对ACQI值的影响不如到二级枢纽和三级枢纽大。这说明，一级枢纽机场连通性的增加，主要来源于其与区域枢纽机场（二级枢纽）和省会机场（三级枢纽）的点对点航线和航班的增加，非枢纽机场和中转航班的连通性对其贡献不是很大。

（3）二级枢纽机场连通性分析

如图3所示，2007年至2012年，二级枢纽连通性增加明显，由267.08增加至394.90，增幅为47.85%，较一级枢纽增幅更加明显。由于中国民航局对于中西部民航发展的大力支持，成都和乌鲁木齐机场航班量显著增加，连通性相应大幅提升。

下面以乌鲁木齐地窝铺机场为例，如图4所示，2007年至2012年，ACQI值由141.42增加至227.86，增幅为61.13%。直达城市由2007年的18个省至2012年的22个，没有显著增加。但到一级枢纽和二级枢纽机场的航班频次大幅上升，由21322架次每年上升至35927架次每年。乌鲁木齐机场增加的ACQI值主要来自航班频次的提升。

表4反映了二级枢纽机场到直达航班中的其他级别枢纽机场的ACQI值变化，和一次经停航班的ACQI值变化。具体来说，二级枢纽到一级枢纽的ACQI值从184.32增加到249.68，增长了35.46%；到三级枢纽机场的ACQI值由10.02到18.06，增加了80.24%，但是其ACQI值所占比重相对于到一级枢纽的ACQI值要小很多；到非枢纽机场的ACQI值则波动较大，这与区域枢纽尤其是西部机场乌鲁木齐、西安等区域内或相邻区域间通达的小机场航线与航班不固定有关。而一级枢纽机场的一次经停航线ACQI值从2007年至2012年小幅增长4.2%，变化不显著。这说明，二级枢纽机场连通性的增加，主要源于其与一级枢纽机场航班量的增加，中转航班的连通性变化较小，说明二级枢纽机场区域枢纽的作用不明显，与其功能定位不相匹配。

（4）三级枢纽机场连通性分析

如图5，2007年至2012年，三级枢纽连通性增加较为明显，由142.33增加至207.10，增幅为45.51%，比一、二级枢纽增幅小。由于高铁的开通造成了中部机场1000公里半径内的机场航班减少明显，从而导致中部地区一些省会机场连通性下降。

这其中表现明显的有中南地区的区域枢纽机场长沙黄花机场，如图6是长沙黄花机场2007年至2012年的ACQI值变化，由于武汉至广州的广铁在09年底通车，导致通往一级枢纽广州的航班频次在09年之后呈下降趋势（如图7），2010年ACQI值较前几年上升缓慢，2011年则由288下降到279。

表5反映了三级枢纽机场的ACQI值变化具体情况。其中，三级枢纽到一级枢纽的ACQI值从94.82到124.74，增加了31.55%；到二级枢纽机场的ACQI值由33.35到45.17，增加了35.44%；到非枢纽机场的ACQI值则经历了一个急剧增加的过程（这其中也存在2010年到2011年的短暂回落），从2.83上升至9.04，增长了219.43%，这与省会城市新增加省内或相邻省间的航线有关。一次经停航线ACQI值从2007年至2012年增长了48.34%，但其所占比重渐渐有被三级枢纽到非枢纽机场的ACQI值赶超的趋势。这些说明，三级枢纽机场连通性的增加，主要源于其与一、二级枢纽机场连通性的增加，但是，三级枢纽机场与非枢纽机场连通性的迅速提升，说明省会城市机场的功能定位渐趋明晰，覆盖范围增加，满足其省市经济发展的广度和深度的诉求，同时反映出支线航空近年来的迅猛发展。

（5）非枢纽机场连通性分析

如表6，非枢纽机场ACQI值大小是由其到一、二级枢纽是否通航及航班量的大小决定的。非枢纽机场与一、二级枢纽机场连通的ACQI值占到非枢纽机场总的ACQI值的90%以上。大部分非枢纽机场与一级枢纽连通，并且ACQI值主要由到一级枢纽的频次组成。如新疆佳木斯机场，2008至2010年，ACQI值由7.6上升至11.5，增幅为51.3%，而其到北京首都国际机场的航班量在这三年内由881增加至1330架次，2011年，该机场与北京不再通航，因此ACQI值在2011年减少为0.1。

4 结束语

文章运用The Airport Connectivity Quality Index （ACQI）方法计算2007年至2012年中国机场国内连通性的ACQI值，从宏观上定量分类评估了国内机场航线网络的合理性。国内机场在6年内，主要机场的ACQI值均有大幅提升，一级枢纽ACQI值的增加主要来自于其到二三级枢纽机场的航班频次的增加，二级枢纽ACQI值的增加主要来自于其到一级枢纽机场的航班频次的增加，三级枢纽和非枢纽机场ACQI值的增加主要来自于其到一级枢纽机场的航班频次的增加。综上所述，中国机场发展相对不平衡，一级枢纽发展较快，航班量增加明显，二、三级枢纽和小机场之间连通性不好，航班量较少有待进一步发展。

同时，文章也提到了与连通性相对应的微观上研究的概念——通达性，通达性从旅客需求层面具体到每一条航线、每一个航班的合理性研究，其中涉及到客座率、运载率、中转时间等连通性的延伸研究。在此研究基础上，通过删减不合理的航班和航线，达到缩短航班延误时间，缓解空域资源紧张，提高空管运行效率的目的。

参考文献

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[6]Emrich R M， Harris F H B. Share shift and airport substitution in origin-destination markets with low-cost entrants[J]. International Journal of Revenue Management， 2008，2（2）：109-122.