基于航班历史数据的呼和浩特机场航班时刻资源优化分析

□ 呼和浩特白塔国际机场 岳家彤 邵 军 姜 宇/文

当前中国民航运输业的快速发展，航班量迅速增加，导致空域资源和时刻资源紧张。对于机场来说，由于机场时刻容量限制，一天内可放行的航班架次、单位时段可放行的航班架次均有限。如何在有限容量内合理安排航班时刻，放飞更多航班，并保证航班放行正常率，提升旅客出行满意度，是机场工作的难点。本文将基于对呼和浩特白塔国际机场（以下简称“白塔机场”）历史数据的统计分析（选取2019年6～8月这3个月中运行环境相对稳定的共66天航班数据作为样本），结合大数据思维，找到航班时刻安排与放行延误的关系，并通过提出优化航班时刻安排建议，提升机场的航班放行正常率。

航班时刻安排分析

根据机场对放行延误航班的统计可发现，白塔机场放行延误时间小于5分钟的航班数量较多，放行TODAM方向出港航班较为困难，部分航线正常率偏低，一天之内存在高峰延误时段，初步判断分别是因为航班安排在局部时刻较为集中，特定放行方向航路流量控制频发，航路部分时刻放行数量较多以及前序航班积压导致后续时段放行压力增大。分别针对以上情况进行数据统计，尝试找到原因并提出改进措施。

（一）不同时间维度航班时刻安排与机场放行能力符合度分析

放行延误航班的延误时间小于5分钟，说明出港并没有明显限制，很可能是由于单位时间计划航班数量超过机场自身放行能力造成。对航班时刻安排与机场放行能力的比较将从三个维度进行分析，即60分钟、30分钟和10分钟。根据机场小时容量与实际放行航班数量数据，分别推算不同时间维度下机场的理论与实际放行能力，并与计划放行航班数量进行对比，判断航班时刻安排是否满足机场放行能力。

机场单位小时的航班容量为26架次，可知在60分钟时间维度下，进离港平衡时出港放行架次时刻容量为13架次左右。同时根据实际测算，除早出港因无落地航班，放飞架次较多外，其余时段出港放行架次均为13架次以下，即为保证不超过机场放行能力，航班计划时刻安排每60分钟出港架次至少应小于13架次。统计60分钟维度航班计划平均放行量可知（见图1），除7:00～7:59的早放行高峰时段，其余时段计划航班放行量均小于13架次，满足机场放行能力。

在30分钟时间维度下，进离港平衡时出港放行架次时刻容量为6.5架次左右。同时根据实际测算，除早出港时段外，其余时段出港放行架次均为7.2架次以下，即为保证不超过机场放行能力，航班计划设计每30分钟出港架次至少应小于7.2架次，并尽量保证在6.5架次以内。统计30分钟维度航班计划平均放行量可知（见图2），除7:30～7:59的早放行高峰时段，13:00～ 13:29、14:30～ 14:59、16:00～ 16:29、18:30～ 18:59、21:00～21:29五个时段计划航班平均放行量均超过6.5架次。其 中 14:30～ 14:59、16:00～ 16:29、21:00～21:29三个时段超过7.2架次，而14:30～14:59时段30分钟计划放行航班量更是达到9.48架次，严重超过机场放行能力。

在10分钟时间维度下，进离港平衡时出港放行架次时刻容量为2.2次左右。同时根据实际测算，除早出港时段外，其余时段出港放行架次均为2.5架次以下，即为保证不超过机场放行能力，航班计划设计每30分钟出港架次至少应小于2.5架次，并尽量保证在2.2架次以内。统计10分钟维度航班计划平均放行量（部分时段见图3），除7:30～7:59的早放行高峰时段， 有包括7:10～7:19在内的37个时段（全天共102个时段），放行架次超过2.2架次，其中29个时段，放行架次超过2.5架次。而16:00～16:09时段10分钟计划放行航班量更是达到6.23架次，远超机场放行能力。

由此可见，60分钟维度下航班计划未超过机场容量，但30分钟、10分钟维度下航班计划安排存在超过机场容量的情况，其原因为航班计划时刻小时内分布不均匀。在30分钟统计结果中，相邻时段放行架次差异最大的时段为14:00～14:29与14:30～14:59，二者日均差异架次为6.92架次；在10分钟统计结果中，相邻时段放行架次差异最大的时段为15:50～15:59与16:00～16:09，日均10分钟差异架次为5.29架次。这种现象不仅造成了航班堆积出港，超过机场放行容量，同时对未安排航班的空余时间不能有效利用，造成了时刻资源浪费。

（二）前序航班放行积压情况分析

即使航班时刻安排满足机场容量，但如由于机场前序时段航班限制不能正常起飞，将延误至后续时段进而导致超过该时段机场放行能力，造成延误积压结果。这种现象在全年均存在，但在航班旺季，前序时段延误航班较多，同时各时段航班量设计接近饱和，影响更为明显。

将2019年6～8月航班根据计划起飞时间和实际起飞时间分别统计，并计算计划航班延误至后续各时段起飞的架次（见图4）。统计结果可发现以下三点特征：

（1）14:00～15:00时段，航班对后续时段影响最大，在研究日期范围内共有313架次延误至后续时刻起飞；

（2）在前序时段延误的航班在15:00～16:00时段起飞的架次最多，为251架次；

（3）14:00～ 15:00时 段 延 误 至15:00～16:00时段的航班架次最多，为195架次。

由此可知在全天受前序航班延误影响最严重的时段为14:00～16:00时段，同时该时段也为实际需放行飞机超过机场放行能力最严重的时段。解决该问题将不仅有助于减小该时段机场放行压力进而提升放行正常率，同时能及时消化积压航班，避免继续对后续时段造成影响。

（三）关键出港方向航班时刻合理性分析

本场飞机起飞后根据不同目的地将从不同点离场，即出港方向。2019年白塔机场有四个出港方向：TODAM，BAV，TMR，凉城，其中TODAM、TMR方向航班占比均超过33%，为可能影响放行正常率方向。现以60分钟维度分出港方向统计放行航班数及同时段的放行延误数，可发现各小时延误航班趋势与TMR方向放行航班数大致呈相反趋势，即TMR方向放行航班数越多，延误数量越少；各小时延误航班趋势与TODAM方向放行航班数大致呈同向趋势，即TODAM方向放行航班数越多，延误数量越多。

图4：白塔机场前序航班延误情况

利用度量两个变量之间相关程度的皮尔逊相关系数（Pearson correlation coefficient），分析TODAM和TMR两个方向放行航班数与放行延误航班架次的相关性，并得到相关系数分别为：TODAM方向放行数与延误航班数的系数为0.77，TMR方向放行数与延误航班数的系数为-0.16，故可确定TODAM方向航班时刻安排确为影响机场放行延误的关键因素。而TODAM方向航班放行正常率仅为59%，因此找到影响该方向航班正常起飞的因素并进行改进，将能够有效提升机场整体放行正常率。

据观察，TODAM方向经常发布飞越限制信息，一般会限制12分钟一架，此类限制多为其他用户占用空域或流量控制等因素造成，机场无法主观控制。现以12分钟为单位区间划分机场全天运行时段，并统计航班计划中各区间TODAM方向放行班次，发现该方向航班安排大于1架次的区间占总区间数的27.06%，甚至存在个别区间航班安排超过3架次，此时若存在飞行限制，则将大概率造成放行延误。

（四）重点航线航班时刻排布分析

针对白塔机场研究时段内执飞的所有航线航班，选出放行班次大于198班（平均每天3班），且放行正常率低于75%的航线作为重点航线分析，即广州、杭州、武汉、长沙、上海虹桥、哈尔滨、天津、南京、乌兰浩特、青岛、济南、郑州、赤峰，在删除由于工程机务、旅客等非航线原因造成放行延误的对应计划与延误数据后，分别统计各航线放行数与相应放行延误数，如部分时段放行班次较少，则与相邻时段进行合并。

对于航线放行正常率较高和较低的时段，分别称为放行顺畅时段与放行困难时段。由统计可知，不同航线的放行顺畅时段与放行困难时段均不相同，同一航线在不同时段的放行正常率有较大差异，即尽管航线全天平均放行正常率偏低，但也存在放行正常率较高的时段。如广州航线在07:00～07:59、13:00～13:59、17:00～ 17:59、18:00～ 18:59、21:00～21:59五个时段放行正常率分别为 65.52%、24.24%、34.85%、34.85%、55.56%； 杭 州 航 线 在 11:00～ 11:59、18:00～ 18:59、21:00～ 21:59、22:00～22:59四个时段放行正常率分别为33.33%、58.73%、81.82%、80.56%。

航班时刻优化结论与建议

（一）航班时刻优化结论

文中通过基于实际运行数据，对呼和浩特机场旺季航班时刻安排与放行延误航班情况进行分析，从不同时刻维度放行、重点出港方向放行情况、不同航线各放行时段以及各时段航班积压的放行情况分析，得到以下结论：

1.目前呼和浩特机场航班计划时刻安排在60分钟维度能够满足机场放行能力限制，但在30分钟、10分钟维度设置存在航班堆积和时段空闲情况，对应造成了航班安排超过机场放行能力导致放行延误以及时刻资源浪费情况。在设计航班计划时，应清理不同维度下的存量时刻，确保在各维度下出港航班均匀分布。

2.根据研究发现，在呼和浩特机场14:00～15:00时段延误至后续时段的航班最多，且该时段延误至15:00～16:00的航班数量较大，同时15:00～16:00航班为全天受前序延误航班起飞影响最严重时段，故认为引入空置时段，即适当减少14:00～15:00时段航班计划数量，有助于及时消化前序堆积航班，减小延误航班影响，并提升后续时段放行正常率。

3.影响呼和浩特机场延误的关键放行方向为TODAM方向，其各时段内航班计划数量与机场航班延误数呈近似正相关关系。由于TODAM方向存在每12分钟放行一架航班的常见限制，所以在设计该方向航班时刻时，需对应设置间隔时间，提升该方向航班放行正常率。

4.通过对重点航线分时段统计分析，找到各航线的放行顺畅和放行困难时间段，结合航班时刻互换方式，提升对应航线在顺畅时间段的航班数量，减少在放行困难时间段的航班数量，可在清理时刻存量的同时提升相关航线放行正常率。

（二）建议

1.目前全国各大型机场普遍存在航班时刻资源紧缺情况，但其中部分机场的饱和是由于航空公司预占航班时刻，但航线并未实际执行造成的。由此，可首先了解各航班的预计执行时期，然后对不同时期的航班在各时间维度下均匀分配，并协调航空公司主动交回停航时间较长的时刻资源，以实现机场时刻资源的合理排布。

2.当前各机场主要针对自身保障原因造成的放行延误航班采取管控提升措施，但该类航班占比极少，改善后对正常率提升不够明显。本文提出的航班时刻优化以提升放行正常率的方式，将管控范围拓展至机场不可控因素（天气原因、流量控制、其他空域用户占用）造成的延误航班，一定程度上扩大了可干预的不正常航班范围，增加了放行正常率提升空间。

3.本次研究通过前期人工及后期设计简易软件对航班历史数据进行收集、清洗、整理及统计，但由于原有人工收集数据非规范化，统计需求多元化，导致工作进展缓慢。建议各机场可依托智慧机场发展规划，建设大数据平台，并做好数据规范化治理工作，为支撑业务层面快速实现数据调用，进行应用分析打下坚实基础。