摘要：民航交通運輸?shù)某掷m(xù)旺盛需求促進了空中交通流量的迅速發(fā)展，密集的機場布局和繁忙航路形成的空中交通擁擠已經(jīng)成為制約航班放行的重要因素。本文以各相關(guān)方協(xié)同決策和多機場協(xié)同放行為中心，從航班運行的實際運行體制著手，系統(tǒng)全面地分析影響航班放行的因素條件，構(gòu)建算法模型，提出解算思路，對多機場協(xié)同放行系統(tǒng)的建設(shè)具有實際的指導(dǎo)參考意義，以有效減少航班延誤、提升航班正點率。

　　引言

　　近年來，伴隨著我國民航業(yè)的迅猛發(fā)展，航空交通流量得到了大幅度的提升，隨之而來的空中交通擁堵和頻繁的航班延誤等現(xiàn)象，給服務(wù)于整個航班運行的機場、空管、航空公司等單位的運行管理帶來了一系列巨大的挑戰(zhàn)。多機場協(xié)同放行（CDM on Metroplex）是以單機場協(xié)同決策（A-CDM）為基礎(chǔ)，在一定的內(nèi)外部條件下（既考慮相對靜態(tài)的戰(zhàn)略環(huán)境也考慮相對動態(tài)的戰(zhàn)術(shù)環(huán)境），考慮多機場體系中各個機場與航班放行有關(guān)的多個相關(guān)方的信息進行綜合決策的過程，決策的目的是通過改變流量需求與保障資源的平衡關(guān)系實現(xiàn)各機場航班的合理放行，避免資源浪費和秩序混亂。多機場系統(tǒng)問題的解決思路可以從時間、空間和時空混合三種方式著手，在戰(zhàn)略上通過空域優(yōu)化、計劃調(diào)整和程序設(shè)計來解決熱點擁塞，在戰(zhàn)術(shù)上主要通過對流量的實時調(diào)整，目前實現(xiàn)流量調(diào)整的主要方式包括空中調(diào)整（調(diào)整速度、調(diào)整航跡等）和地面調(diào)整（地面等待、滑行策略等)。本文從多機場協(xié)同放行系統(tǒng)的關(guān)鍵問題入手，將全面地考慮影響航班放行的各種因素條件，緊密結(jié)合航班協(xié)同運行體制，并設(shè)計多機場航班協(xié)同放行排序算法。

　　一、多機場協(xié)同放行系統(tǒng)原理

　　多機場協(xié)同放行的基礎(chǔ)是實現(xiàn)多機場區(qū)內(nèi)航班實時運行信息的集成和共享，建立各參與部門間共同的情景意識，目的是提高區(qū)內(nèi)交通流的預(yù)測性，利于空管部門和地面運行保障部門合理分配空域和地面服務(wù)的有限資源，避免旅客在機艙長時間等待和航空器在空中長時間的盤旋等待，創(chuàng)建安全、有序的運行環(huán)境。多機場協(xié)同放行主要在單機場離場排序系統(tǒng)和多機場放行系統(tǒng)兩個層面，離場排序系統(tǒng)解決本場出港航班在跑道約束、場面約束條件下實施起飛預(yù)排序；多機場放行排序系統(tǒng)的主要作用是在繁忙航路范圍，依據(jù)間隔限制，解決多機場起飛向繁忙航路匯聚的問題。離場排序的主要任務(wù)是對使用指定跑道離場的航空器按照既定的排序規(guī)則進行排列，確定先后次序以及具體時隙，離場排序的目標(biāo)是充分使用跑道可用的離場時隙，使跑道吞吐量最大化，減少出港航班延誤，減少航班滑出后的等待時間。航路排序的主要任務(wù)是分析內(nèi)外部在走廊口（交叉點）的限制，對加入航路的航空器按照既定的排序規(guī)則進行排列，確定先后次序以及具體間隔，航路排序的目標(biāo)是合理安排加入航路的航班流以滿足本航路下游接收方的間隔要求，同時滿足航路所經(jīng)管制單元容量需求。

　　二、多機場協(xié)同放行系統(tǒng)應(yīng)用

　?。ㄒ唬┖桨嗯判驍?shù)學(xué)模型

　　多機場協(xié)同放行航班序列求解即每個航班的放行時刻計算式非常復(fù)雜的決策過程，數(shù)學(xué)模型建立如下。

　　1.定義各類數(shù)據(jù)集合。

　　a.本地區(qū)范圍內(nèi)參與協(xié)同放行的機場集合A。對于該集合的每一個機場，具有以下屬性：機場唯一標(biāo)識、機場名稱、機場停機位信息、機場跑道信息、停機位到跑道頭推出和滑行時間、跑道運行策略、跑道運行間隔規(guī)定、進離港移交點、進離場航線數(shù)據(jù)以及使用策略。

　　b.與本地區(qū)范圍相關(guān)的所有飛行計劃集合F。對于該集合中的任何一個飛行計劃，具有以下屬性：航班號，起降機場，飛行類型，計劃狀態(tài)，任務(wù)性質(zhì)，預(yù)計起飛時間，預(yù)計飛越各航路點的時間，預(yù)計飛行中所經(jīng)過的扇區(qū)，進入扇區(qū)的時間，預(yù)計落地時間，優(yōu)先級別等。

　　c.地區(qū)范圍內(nèi)的所有扇區(qū)集合S。該集合中的每個扇區(qū)具有以下屬性：扇區(qū)名，扇區(qū)性質(zhì)（高空扇區(qū)、進近扇區(qū)），扇區(qū)水平位置坐標(biāo)，扇區(qū)上下限高度，各扇區(qū)管制容量等。

　　d.地區(qū)范圍內(nèi)的所有移交點集合P。該集合中的每個移交點具有以下屬性：移交點名稱，類型（區(qū)內(nèi)移交點、外區(qū)移交點），移交點處的管制間隔規(guī)定，移交點處的流控限制，預(yù)計飛越移交點的航班隊列，經(jīng)過決策處理后的飛越移交點的航班序列。

　　e.航路集合R。該集合中包含了本地區(qū)范圍的關(guān)鍵航路，對這些航路上飛行的航班必須滿足航路間隔約束。

　　f.流量控制限制集合C。該集合中包含了本區(qū)和外區(qū)發(fā)布的流控限制信息。外區(qū)發(fā)布吸納之本區(qū)的流控，影響的是從本區(qū)飛往外區(qū)的航班，也就是說對需要放行的航班必去考慮外區(qū)流控；本區(qū)發(fā)布的流控限制外管制區(qū)進入本區(qū)的航班，外區(qū)進來的航班少了，本區(qū)航班放行量就會增大。

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　　根據(jù)航空公司提交的FPL 報文，對每個航班進行計劃數(shù)據(jù)的預(yù)處理得到計算所需的各種計劃屬性，采用上述模型，安全航班的優(yōu)先級從高到低依次插入排序，插入過程中必須滿足所有的約束條件。（1）對航班的優(yōu)先級進行劃分：在空中飛行的航班優(yōu)先級為最髙級；對未起飛的航班優(yōu)先級排第二，人工干預(yù)指定移交時間的排第三；其余航班為第四級；同時支持人工更改優(yōu)先級序列。（2）對航班集合中的每一個航班信息，通過分配的跑道名稱、預(yù)測的飛行軌跡信息中的航路點名稱對比可以確定該航班將經(jīng)過的路線受哪幾個約束。（3）插入隊列，優(yōu)先級為前三檔次的航班直接插入隊列占定時隙，剩余的為地面上未起飛的航班，即需要計算放行時隙的航班，插入隊列方法如下：

　　a.對這一級別的航班需要進行排序優(yōu)先級的定義，考慮航班起飛機場的優(yōu)先級、航空公司提交FPL 報文的時間先后、FPL 報文中的撤輪擋時間先后等規(guī)則進行優(yōu)先級的賦值，從高到低插入，每個航班需要依次檢查該航班插入時與隊列中已占定時隙的航班之間是否滿足各種約束條件，若經(jīng)過扇區(qū)則需判斷是否超出容量。b.如果所有約束條件都滿足，記錄該航班的延誤值為0，若存在不滿足約束的情況，則計算要滿足所有約束航班需要推遲起飛的時間差，即該航班的最小延誤值。c.對所有的航班按照上述方法依次執(zhí)行，得出所有航班的最小延誤值，排序完成。

　　最后，利用計算得到的每個航班的建議起飛時間，減去該航班的停機位到跑道頭的滑行時間，就是該航班的建議推出時間。該方法未考慮滑行過程中的沖突問題，因此需要考慮各基層的場面運行實際情況，設(shè)置一個滑行冗余量，這樣可保證建議起飛時間的可用性。建議推出時間等于跑道頭時間減去推出滑行時間減去滑行冗余量，航空公司和機場將該時間作為最晚關(guān)閉艙門的時間即可。通過上述過程的求解，將得到的放行數(shù)據(jù)通過 CDM 信息平臺發(fā)布到各協(xié)作運行單位，就可以實現(xiàn)多機場協(xié)同放行。

　　結(jié)語

　　航班延誤給機場的正常運行帶來了一系列的挑戰(zhàn)，為解決航班延誤問題，國內(nèi)機場通過引入機場協(xié)同決策系統(tǒng)，掌握航班運行的整體信息，以方便各運營方通過及時的信息交流，達到?jīng)Q策意見的統(tǒng)一，盡可能保障航班的正常運行。通過建設(shè)和應(yīng)用多機場協(xié)同放行系統(tǒng)，運用基于計算機智能技術(shù)的決策算法能產(chǎn)生相對合理、高效的航班序列，有效減少管制員的工作負荷，較大提升空域資源利用率和機場運行保障效率，并有效促進航班正點率的提高。

　　參考文獻：

　　[1] 朱媛, 李潔. 多機場協(xié)同決策技術(shù)及系統(tǒng)實現(xiàn)[J]. 信息技術(shù)與信息化,2017(11):81-83.

　　[2]瞿也豐.中歐樞紐機場航班協(xié)同放行需求與對策研究［J].航空計算技術(shù),2019(07):59-62.

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