运筹学在空中交通管理中的应用概述

蔡雨晨

摘 要：随着我国社会经济的不断发展壮大，我国航天事业也得以飞速发展，但是随着飞行航班数量不断增加，其也给空中交通管理带来了更多的挑战，如何有效的保证空中交通管理的安全性，采取科学合理的管理措施进行管控，这是当前做好管理工作的当务之急。运筹学作为管理、工程类的基础课程，其可以对生产和管理中存在的一系列问题进行有效处理，因此在管理工作中的应用范围可谓是越来越广泛。本文，笔者将对运筹学在空中交通管理中的应用进行详细分析。

关键词：运筹学;空中交通管理;应用

运筹学是一门应用性的实用科学，其是多种数学工具及逻辑判断方法来对系统中的人、财、物的组织管理及筹划调度等问题进行研究的一种管理学科，其能够有效的对管理系统中的各种资源进行科学的规划与安排，并为相关决策者提供有价值的参考依据，这样也就有力的促进了效益最佳化的实现，这也是空中交通管理中应用运筹学的重要原因。下面，笔者将对其进行详细分析和论述。

一、在空中交通管理中线性规划的应用

1、机场空侧容量评比优化中线性规划的应用

完善的机场空侧的容量评估体系可以对机场航班的有效安排发挥重要的促进作用。通常，针对机场空侧容量评估体系主要是结合滑行系统、停机坪系统及跑道系统三部分内容构成的，而这三个方面不同内容的评估目的也是存在有一定差异的，其分别是改良滑行道的路径、对停机位指派进行优化以及进港先服务，离港优先隔。将机场空侧容量评估的模型转变为多目标线性规划之后，其目标函数将转变为经济成本函数与延误时间函数，约束条件既通过进港以及离港定位点的设定，来转化成为节点的流量控制。

2、地面等待问题中线性规划的应用

统筹学中线性规划在地面等待问题的应用中一般情况下需要通过以下三个步骤才能有效的解决，首先需要分析会对地面等待产生影响的因素，在此过程中还需确定决策中的变量因素。其次，需要将问题的解决目的进一步明确和定位，要根据决策变量对目标函数进行确定。最后则需要以机场的运行限制作为重要的参考依据，决定相关的约束条件。通过以上三个步骤就可以将地面等待问有效的转化成为线性规划问题，在这其中目标函数则需要综合飞机延误时间的最小化，约束条件则包含有机场容量、航班的达到、单位时间内机场的最大起驾次、飞机起飞时间与次数等内容。

二、在空中交通管理中整数规划的应用

1、整数规划在机位分配中的应用

整数规划在限制方面与线性规划不同，但是其在原理、操作流程以及模型等方面与线性规划在空中交通管理中的应用基本上是一致的。在整数模型成功建立之后，需要应用单纯性的方法以及计算机的计算软件来进行求解，以达到机位分配的最优化目标。同时在建立机位分配模型时，所选取的目标函数包含有旅客转机路程最优、机位空闲时间均衡、航班等待延误时间最小等，在这其中可以将机位空闲时间均衡与航班等待延误时间等进行整体的规划，促使机位分配模型将旅客与地面服务人员异动距离的最小化作为目标，在具体的应用中决策参数也就是机位作业时间、机位最小间隔时间两方面的内容。

2、整数规划在机位分配中的流程设置

在空中交通管理中将实时调配的流程设计应用到机场机位分配工作中，可以进一步提升机位分配的有效性。同时，在进行停机位的指派时，为了保证机位分配的合理性，还需将机位号、机型以及所属公司等飞机的属性匹配问题纳入到考虑范围中。机位分配中的流程设置具体包含以下步骤：第一步是仔细确认航班达到时间;第二步则是对航班所需要调整的内容进行科学合理的预设;第三步是调整进港航班的集合;第四步则是针对所需要调整的时间段进行科学合理的优化;第五步是对和航班需要调整的时间段有交集的极为空闲时间进行及时有效的更新与调整;第六步是借助遗传算法合理的调配集中航班的机位;第七步是根据机位调配发绀，科学合理的更新机位空闲时间，实现对调整方案的有效输出。此外，在机位指派工作实施期间还可以应用贪心算法、遗传算法等。

三、动态规划及网络理论在空中交通管理中的应用

1、动态网络流在空中交通流量管理中的应用

空中交通流量管理主要是由地面等待、终端区排序、改航策略三部分内容组成，在对这三部分内容进行协同管理以达到控制空中交通流量的目的。地面等待所依据的决策时间不同其可以分为静态和动态两种类型，结合机场容量则可以分为确定型和随机型等。动态网络流主要是由动态网络结构。离散流变量、合成流变量和容量的约束构成的。将空中流量管理过程转化为网路节点和弧的方式，然后寻找到了一个平衡节点之后就可以将其作为约束条件，实现管理流量优化的需求。在动态变化模型应用期间，一切动态的事物都可以纳入到模型之中，如天气变化就是动态的，其也可以纳入到考虑范围之内。

2、动态规划在终端区飞机流排序中的应用

针对部分流量比较大的机场做好终端区飞机排序工作是极为有必要的，其能够有效的降低飞机延误以及相撞等不良事件发生概率，进而有效优化空中交通管理质量。长期以来在航空事业发展中所遵循的就是先到先服务的原则，但是该原则对飞机排序的实施产生了极为不利的影响，在天气或者是其他突发状况的影响之下，其很容易导致航班的延误，基于这样的原因对该排序方法进行优化就显得极为有必要了。动态规划方法在给飞机实施排序时，能够有效解决的核心问题就是在保证飞机运行安全的前提条件之下，保持飞机之间的最小间隔提高工作效率，针对不同的飞机性能指标能够对飞机的预计达到时间进行预测。在应用动态规划对终端区飞机流排序时，一是要重点对飞机的预计达到时间进行预估，然后对飞机的队列情况进行优化，最终确定飞机的实际着落顺序。二是要充分结合飞机的性能指标，对飞机最终进入终端区的进入点以及目标等进行有效的轨迹优化。

四、决策理论在空中交通管理中的应用

为了进一步保证空中交通管理安全工作的有效落实，促使空中交通管理部门尽早建立属于自己的安全管理体系，在应用运筹学知识进行空中交通管理时，对现有的空中交通管理安全系统进行优化就显得极为有必要了。在构建空中交通安全管理系统时，首先需要把握不同的原则，即在特征方面要具备集合性、相关性和整体性、环境适应性等多方面的内容。同时，针对安全管理体系的设计必须要保证权利和职责分明，要不断的对现有系统进行优化升级。以风险决策理论在空中交通管理综合安全评估中的应用为例，在相关工作实施期间，采用的原理就是相关性、类推性、惯性和量变到质变等多重原理。对风险进行识别，主要采用的是风险源识别和计算风险概率的方法。 而在对空中交通管理安全进行控制是，必须要从转变安全意识和安全控制方法的角度入手，对于管理人员来说，他们应当树立危机管理意识，要学会应用多种不同的运筹学方法对空中交通管理中遇到的问题进行控制。

总之，运筹学作为一门利用数学方法解决生产、管理问题的重要学科，对于空中交通管理效率的提升来说，该学科具有重要的指导意义，因此在未来笔者认为空中交通管理部门还需进一步加大对运筹学的学习与研究力度，结合空中交通管理实际情况，灵活运用运筹学知识。

参考文献：

[1]吴维.运筹学在空中交通管理中的应用概述[J].科教文汇（下旬刊）. 2010（01）

[2]刘继新.人为因素与空中交通管制员素质优化[J].南京航空航天大學学报（社会科学版）. 2007（02）