考虑航班保障需求的机位分配合理性检测方法研究

冯晓磊

（中国民用航空飞行学院机场工程与运输管理学院，广汉 618307）

考虑航班保障需求的机位分配合理性检测方法研究

冯晓磊

（中国民用航空飞行学院机场工程与运输管理学院，广汉 618307）

为提升机位分配方案的可执行性，提高机场的运行效益，对机位进行分配时，需考虑航班保障需求因素。通过分析机坪运行管理规则，构建包围航空器、特种设备、机位及其周边运行环境的多边形几何模型，基于此模型的机位分配合理性检测方法是判断多边形区域是否有交集，如果有交集，则机位分配方案不能满足航班保障需求。仿真结果验证该方法实用性。

航班保障需求；多边形模型；机位分配合理性；检测方法

0 引言

机位是机场运行中的重要资源，能否高效合理地利用将直接影响机场的运行效益。为给机位优化使用提供指导，国内外学者对机位资源的使用进行了大量的研究。部分研究[1-4]侧重于降低天气、流量控制、保障不及时等容易导致航班发生延误的扰动因素对机位分配方案的影响。部分学者[5-14]则重点在保障服务时间、旅客行走距离、特种设备利用率、地面运行安全、机位空闲时间、机位使用时间等方面研究机位的优化使用，并且地面运行安全方面的研究也仅限于相邻机位的推出、划入的冲突避免。上述研究均忽视了航班保障需求，不能紧密结合机坪运行规则，基于上述研究制定出的分配方案可执行性低。

目前，机场机位管理部门，基于先进的生产营运系统，虽摆脱了传统的机位资源管理方法，一定程度上提升了机位资源使用效率。但是，系统功能仍存在缺陷，例如，利用系统处理航班信息并分配机位时不能记录航班保障的需求条件，且航班保障需求不能满足时，系统不能给出提醒。尤其，机场新进员工为航班分配机位时，容易忽视航班保障需求，致使机位分配方案可执行性低，被迫不断改变分配计划，造成机场生产组织混乱，严重时会造成航班长时间延误。

为此，文章从航班保障需求的角度出发，构建一种紧密结合机坪运行规则的多边形几何模型，基于此模型提出机位分配合理性检测方法，用于提升机位分配方案的可执行性。

1 航班保障需求分析

执行航班任务的航空器在机位停靠并接受保障服务。而随着机坪上交通复杂程度的增高，航空器、特种设备、机位等的特征属性的匹配关系越发复杂化，为保证机位分配方案的可执行性，确保航空器能够按计划离港，机场运行指挥员借助生产营运系统为航空器指派停机位时，必须考虑航班保障需求。

一方面，执行航班任务的航空器的机型数据必须考虑，尤其是航空器加装翼尖小翼的情形，为该类航空器指派机位时，必须考虑满足航班保障所需求安全净距[15]。另一方面，考虑到航班对特种设备种类及型号的要求，分配机位时，必须考虑机位及其周边空间环境能够满足相应型号设备停靠并为该航班提供保障。

2 多边形几何模型

通过生产营运系统，为了给航班指派停机位时能够考虑航班保障需求，结合机坪运行管理规则，针对航空器、特种设备、机位及其周边运行环境建立多边形几何模型。

在机坪上航空器停放在机位上时，为确保航空器与航空器、航空器与地面运行设备或特种车辆之间拥有足够的安全净距，进而保证航空器安全，划设机位安全线[15]。地面运行的任何设备或车辆不允许进入机位安全线以内，地面设备或车辆对航空器提供保障服务的情况除外。基于机位安全线构建航空器停靠机位时的多边形几何模型，如图1所示，B、D分别为航空器停靠机位时的对不同方位的安全净距要求，单位为米。

图1 航空器停靠机位模型

为降低航空器管制运行的尾流间隔，提升运行效率，部分航空器加装翼尖小翼，同时，随着不同航班对特种设备种类及型号的需求变得复杂化，机场中部分机位已划设的安全线在一定程度上不能满足航空器保障需求。如果相邻机位同时指派上述保障需求航空器时，分配方案不能执行。

为此，结合机位安全线，针对“停放有航空器且有服务车辆或设备对航空器提供保障服务”的机位，即机位作业保护区域，抽象为一个长为x，宽为y的矩形几何区域构建模型，该区域能包围航空器及提供保障的特种设备，同时能满足相邻机位的安全要求，如图2所示。

图2中，航空器机身长度为lOX，加装翼尖小翼后的翼展为lOY，前方拖曳设备长度为lt，OX方向左、右侧设备集合分别用i、j（i、j分别取1，2，3，…）表示，左、右侧任一设备与航空器连接点到OX方向航空器中轴线的距离分别用Si、Sj表示，用SLiOX、SRjOX表示左、右侧设备在OX方向投影长度，SLiOX、SRjOX为左、右侧设备在OY方向投影长度。考虑实际情况，左、右侧设备在OX方向投影对x无影响，则满足条件的x、y有：

加装翼尖小翼使得航空器翼展增加的宽度为d，则航空器未加装翼尖小翼的翼展lOY'应满足式（3），即：

图2 航空器停靠机位并接受保障服务模型

从计算机图形学的角度，结合安全净距、机位安全线，通过分析航空器、特种设备等的关键尺寸[16]来实现模型构建。

3 机位分配合理性检测方法

基于上述模型，通过判断多边形几何区域是否相交的方法检测机位分配方案是否合理。现有一架航空器P，假定机场空闲机位集合用Gk表示（k取值为1，2，3，…），则具体步骤如下：

步骤1：对航空器P指派机位，查询机场所有机位，得到空闲机位集合并排序。

步骤2：判断该航空器P是否加装翼尖小翼，构建航空器停靠机位并接受保障服务模型。

步骤3：对序列中的第一个机位G1，该机位两侧机位分别为G、G'，当均未停靠航空器时，则构建航空器停靠机位模型，结合步骤2中模型，分别判断G1与G、G1与G'两个多边形区域是否有交集，若没有交集，则航空器P能停靠机位G1，反之，不能停靠；当只有G（或G'）有航空器停靠时，对G（或G'）构建航空器停靠机位并接受保障服务模型，对G'（或G）构建航空器停靠机位模型，结合步骤2中模型，分别判断G1与G、G1与G'两个多边形区域是否有交集，若没有交集，则航空器P能停靠机位G1，反之，不能停靠；当G与G'均有航空器停靠时，构建航空器停靠机位并接受保障服务模型结合步骤2中模型，分别判断G1与G、G1与G'两个多边形区域是否有交集，若没有交集，则航空器P能停靠机位G1，反之，不能停靠。

步骤4：遍历所有空闲机位，直至航空器P的机位分配方案合理。

步骤5：结束。

注：在实际运行中，如果通过上述检测方法，未能得到合适的机位供航空器停靠，则结合检测结果，限制相邻机位停靠航空器，以满足航班保障需求。

4 仿真验证

A320飞机机身长均为37.57米，翼展为34.1米，加装翼尖小翼后，翼展为35.8米。现有两架航空器P1与P2，机型均为A320，且均加装翼尖小翼。考虑A320机型、机位实际特征，结合特种设备尺寸数据[17]，通过编程对检测方法进行验证，如图3所示，相邻C类机位在同时停靠加装翼尖小翼的A320飞机时，两个多边形几何模型有交集，且相交部分及两架航空器同时显示黑色，结果表明，提出的方法能够检测出机位分配方案的合理与否。

图3 检测方法仿真验证结果

5 结语

通过判断多边形几何区域是否相交的方法来检测机位分配方案的合理性，能够较为直观地展现出分配方案不合理的地方，辅助机场运行指挥员和特种设备操作员对航班保障的掌控与监视，提升机位分配方案的可执行性。同时，该方法可用于机场改扩建中机位设计方案的可行性验证，指导机位设计工作，具有实际意义。

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Research on the Detection Method for the Rationality of Gate Assignment in Consideration of the Flight Service Requirement

FENG Xiao-lei

（School of Airport Eng.and Transportation Management，Civil Aviation Flight Univ.of China，Guanghan 618307）

In order to enhance the enforceability of the gate assignment,the factors of the flight service requirement are considered to improve operating efficiency of the airportwhenmaking gate assignment plan.Based on the analysis of themanagement rules in apron,builds polygonal geometry models around the aircraft,special equipment,gate and its surrounding environment.Detection method for the rationality of gate assignment is worked out based on thismodel.If there were intersection between the polygonal regions when judging,the gate assignment plan cannotmeet the flight service requirement.The practicability of themethod is verified through the simulation results.

冯晓磊（1988-），男，山东临朐人，硕士研究生，助教，研究方向为机场运行管理

2017-03-06

2017-04-20

民航科技创新引导基金项目（No.14015J0260157）、民航安全能力建设资金项目（No.2146903）

1007-1423（2017）14-0026-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.14.005

Flight Service Requirement;Polygonal Models;Rationality of Gate Assignment;Detection Method