基于多维度的航线匹配航班方法研究及应用

徐航

(民航中南空管局空管软件研发应用开放实验室，广东广州 510403)

航班和航线信息，是民用航空两种重要的生产数据。同时，航班和航线之间也存在紧密的联系，每个航班在执行时都需要按指定的航线飞行。如果航班飞错航线，不仅影响空管指挥，造成严重差错，甚至可能衍生出一些潜在的安全问题。然而我国航班与航线分别由不同主体管理，其中，航班的执飞需要有相关的预先飞行计划，而预先飞行计划由民航局运行监控中心批复[1]，而班机航线属于空域管理范畴，需要军民航的统一协调[2]，在实际运行中需要一线运行部门根据不同主体的相关要求建立航班和航线的对应关系。本文着重对航班计划与班机航线的自动匹配进行研究。

吴冰[3]通过预先飞行计划报解决了临时加班计划的航线匹配问题。许坚[4]通过自动化系统实现了飞行计划航路处理中航班灵活航路的处理。孙竟超等[5]研究了基于交叉口的航班航线排序方法。但对于航班换季时大批量的新航班计划的航线匹配关系，以上论述均未涉及，目前仍需要民航一线运行部门根据航班计划和班机航线的各种条件进行匹配关联。

目前，业内一线运行部门主要采用航班计划主动匹配班机航线的机制，这种机制是在航班计划和班机航线发布之初根据航班计划的自身要素自动搜寻与之匹配的班机航线并建立匹配关系。这种机制可以大大提高航班计划与班机航线的匹配效率。然而，一旦班机航线有所调整，受班机航线调整影响的航班计划匹配关系也应随着调整。而航班匹配航线的机制只能从航班计划出发计算与计划相关的班机航线，并不能反向计算出受班机航线调整影响的航班计划并重新建立新的匹配关系，只能将所有航班计划重新进行一次航线匹配，这是一个非常耗时的匹配过程。此时，如果能够从班机航线出发反向搜寻合适该航线的航班计划，将能大大提高航班航线的匹配效率。因此，在当前我国民航快速发展，由空域调整引发的相关航路航线变动愈发频繁的大环境下，研究班机航线反向匹配航班机制，使得航班计划与班机航线之间能够形成匹配闭环，如图1所示，对解决我国目前航班与航线匹配的诸多问题有重大意义。

图1 航班与航线之间的匹配闭环

1 多维度的航线匹配航班方法研究

1.1 多维度的航线匹配航班问题

从航班计划出发匹配班机航线的机制已经得到很好应用，而班机航线出发反向匹配航班计划的机制却始终无法很好地建立，很大程度上是由班机航线的特点决定的。班机航线自身是有多个维度的。其中最核心的三个维度是时间维度、空间维度和航班属性维度，如图2所示。

图2 班机航线的维度

在时间维度上，班机航线是具有一定有效期的，同样地，航班计划也是具有有效期的，而往往这两者的有效期并不是重合的，如何在不重合的有效期之间建立正确的匹配关系，是航线匹配航班计划需要解决的基本问题。

在空间维度上，班机航线一般都会限定起降城市对。因此在空间维度上班机航线只能匹配给航班起降地址对符合航线起降城市对要求的航班计划使用。一般国内班机航线的城市对只有一对，但国外的班机航线则可能存在多个城市对并存。这就意味着一条班机航线可能给多个起降地的航班共用。如何在空间维度上建立班机航线与多个起降地航班的对应关系，是航线匹配航班计划需要解决的核心问题。

在航班属性维度上，班机航线会限定航班使用该航线需要具备的一些限定条件，常有的航班限定条件包括限定航班号、限定机型、指定航空公司、限定国外航空公司、限定国内航空公司、限定外籍机组等，航班只有满足班机航线本身的所有限定条件才能匹配该班机航线，班机航线可能没有航班属性限定条件，也可能有多个限定条件同时存在。如何根据班机航线自身多个航班属性限定条件匹配符合条件的航班，是航线匹配航班需要解决的重要问题。

因此，多维度航线匹配航班的难点，就是要同时在时间维度、空间维度和航班属性维度上考虑航线与航班的匹配关系。

1.2 多维度航线匹配航班机制

基于以上所分析的目前班机航线匹配航班计划存在的问题，航线匹配航班机制，必须以改革的思路和创新的举措，从多个维度实现航线与航班的匹配关系，如图3所示。

图3 多维度航线匹配航班机制

1.2.1 时间维度航线匹配航班机制

时间维度的航线匹配航班机制，是以航班的生命周期为核心，在每个航班生命周期的不同阶段采用不同的匹配机制。

在长期计划阶段，航班以班期计划的形式展示，此时航线匹配航班很大程度上还属于宏观意义上的匹配，主要用于航班的计划及流量预测。因此，在这个阶段匹配时只需要航线的有效期与航班班期计划的起止时间段有交集即可匹配。

在航班计划及领航计划阶段，此时航班已从班期计划分离出来，每个航班每天的计划都是相互独立的，航班信息也较班期计划时更加详细。此时的航线航班匹配就需要将航班的执行日期能够精确命中航线的有效期范围，无法命中的航线代码则应该从原有航线与航班匹配关系中移出。

在时间维度上，根据航班生命周期的不同阶段采用不同的匹配策略，是航线匹配航班的基础。

1.2.2 空间维度航线匹配航班机制

空间维度的航线匹配航班机制，主要是以航线许可城市对匹配航班起降地址对为核心。根据航线许可城市对的复杂性，主要可以分为三个层次。

当航线只允许单一城市对时，那么只需要在航班计划中找出唯一城市对的所有航班即可。

当航线允许多个城市对时，则航班计划中所有与航线许可城市对匹配的航班计划都应能匹配上该航线。

当航线允许的城市对中包含多个机场时，那么在找航班时应考虑该城市下的所有机场地址。例如，泰国曼谷有两个机场，四字码分别是VTBD和VTBS。当航线许可城市对出现曼谷时，匹配航班就应该将VTBD和VTBS两个机场同时考虑。

在空间维度上，根据航线的许可城市对与航班的起降地址对建立匹配关系，是航线匹配航班的关键。

1.2.3 航班属性维度航线匹配航班机制

时间维度和空间维度的匹配机制是每个班机航线匹配航班时都需要考虑的。而航班属性维度的匹配机制则要看班机航线是否具有航班属性限定条件，如果没有则可以跳过这一步，如果有就需要考虑航班属性维度的航线匹配航班机制，如果航线在航班属性维度具有多个限定条件，那么航班属性维度的航线匹配航班还需要将多个限定都考虑其中。

航班属性维度的限定条件主要包括以下几个方面：

1)指定航班号

表示航线只能给指定的航班使用，那么航线匹配时就需要直接找到对应的航班。

2)指定航空公司

指定航空公司又可以细分为两类。第一类是指定具体的航空公司，则在匹配航班时只允许匹配符合条件的航空公司的航班；第二类是没有指定具体的航空公司，而是仅仅限定了国内公司或者国外公司，如果航线有此类限制，那么匹配航班时就只能匹配国内或者国外航空公司的航班。

3)限定机型

班机航线一般会限定航线上可以执飞的飞机机型。不过在班期计划阶段航班的执飞机型还不是确定的。因此限定机型的匹配需要航班进入领航计划阶段确定机型后，再进行航班机型匹配，将不符合限定机型条件要求的航班从之前的匹配结果中剔除。

4)外籍机组许可

班机航线默认条件下都是不允许含外籍机组的航班执飞的。只有少部分特批的航线许可外籍机组航班飞行。因此，即使根据上面所提到的限定条件已经匹配好航班，当航班进入领航计划阶段以后，还需再次检查所有符合条件的航班是否也符合航线外籍机组许可要求，如果含有不符合条件的航班，也应解除航线与航班的匹配关系。限定机型和外籍机组许可均是在航班进入领航计划阶段以后对航线航班匹配关系的再次验证，是时间维度和航班属性维度相结合的充分体现。

2 多维度航线匹配航班的应用

2.1 大兴机场启用航路航线调整

2019 年10 月10 日凌晨，我国民航迎来北京大兴机场启用相关航路航线调整，这是我国民航史上最大范围的空域调整。

对于如此大范围的空域调整，民航各单位在空域调整前都应评估受航线调整影响的航班范围，同时调整受影响航班的航线匹配关系。

以往的航线调整通常需要将所有航班重新匹配班机航线，以更新航班与航线的匹配关系。但这种方法不仅效率低下，而且由于是全部航班重新匹配，因此无法找出真正需要调整的航班范围。

而本次大兴机场启用空域调整，通过多维度的航线匹配航班机制，从4000余条变更班机航线入手，反向匹配出了受影响的5000 多个航班。在成功检索出受影响航班的同时，也提高了航线航班的匹配效率。

2.2 统一航班换季

我国民航每年两次航班换季，民航相关运行单位都需要将新一季换季计划及班机航线批复录入运行系统，并建立航班计划和班机航线的匹配关系。

近年来，中南地区通过航班自动匹配航线机制实现了换季计划与批复航线的快速匹配，进而实现了中南地区的统一航班换季。

然而最近几次航班换季均存在航线批复发布较晚的情况，而按照以往航班匹配航线的逻辑，需要所有航线批复录入系统之后再进行匹配下发。这就意味着航班换季工作其实需要在获得最后一份航线批复文件后才能开展。如果航线批复发布稍有延后，将会使航班换季工作陷入被动，进而影响整个中南地区的航班换季工作。

而本次冬春航班换季，通过多维度的航线匹配航班机制，换季工作已无需等待最后一份航线批复文件后再开展。只要航班计划和航线批复单位发布新一季的航班计划和班机航线，就能实时录入到运行数据库中，并实时发布到中南地区各相关单位。即便有部分班机航线批复可能会比较晚发布，也可以通过航线匹配航班机制更新匹配关系。使得换季工作能够有更加充分的时间开展，大大提高了统一航班换季的效率。

3 结束语

随着民航业的快速发展，未来航班和航线的信息也将日趋多样化，这就要求民航一线运行部门能够快速更新航班与航线的匹配方法，使得航班和航线之间始终能够精确快速地建立匹配关系。本文针对目前航班和航线匹配存在的问题，提出了基于多维度的航线匹配航班方法，使得航班和航线匹配形成了“匹配闭环”，无论是航班计划还是班机航线发生变化，都能迅速更新航班和航线之间的匹配关系。在我国民航空域调整以及航班换季中，很好地解决了班机航线变更给航班计划带来的一系列问题，提高了民航一线运行部门面对民航重大调整时的保障能力，取得了良好的社会效益。