張祝桿（云南省民航云南空管分局，云南 昆明 650100）

惡劣天氣下地面等待和改航策略的流量管理方法分析

張祝桿
（云南省民航云南空管分局，云南 昆明 650100）

摘要：在惡劣天氣下，地面等待時(shí)間過長(zhǎng)，經(jīng)常會(huì)引起航班滯留或者終端區(qū)擁堵，因此，要充分利用航路容量來緩解這一問題。本文根據(jù)地面延誤程序及改航策略，在動(dòng)態(tài)不確定情況下，建立航路選擇和航班起飛模型，從而有效地提高航路容量利用率，減少航班總體延誤時(shí)間。

關(guān)鍵詞：惡劣天氣；地面等待；改航；流量管理

在交通流量管理中，地面延誤和改航策略都是比較重要的管理措施，其中地面延誤程序主要用于惡劣天氣下，滿足空域需求和能力之間的不平衡，改航策略是在惡劣天氣下，提高空域利用率，避免不必要的地面等待的重要措施。目前，對(duì)這兩者的同步研究還比較少，大多是單獨(dú)進(jìn)行，本文通過建立航路選擇和航班起飛模型，結(jié)合地面等待和改航策略，分析了惡劣天氣下的流量管理方法。

1　模型

在惡劣天氣下，扇區(qū)的容量會(huì)下降很多，同時(shí)扇區(qū)的流量會(huì)受到限制，這就會(huì)導(dǎo)致航班數(shù)量大大降低，而地面延誤也會(huì)在這種情況下產(chǎn)生。在這種情況下，可以通過提高現(xiàn)有容量的利用率，來將這些扇區(qū)設(shè)置成流量約束區(qū)，保證航班能依次通過，直至扇區(qū)情況變好，但由于在惡劣天氣先，扇區(qū)航路無法通行，航班不能按照確定的航路通行，因此，要想提高流量約束區(qū)的容量，就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母暮?，從而最大限度的提高流量約束區(qū)的利用率。

由于天氣預(yù)報(bào)具有有效時(shí)長(zhǎng)的特性，加上天氣狀況對(duì)扇形區(qū)域容量有很大的影響，導(dǎo)致受天氣影響的區(qū)域容量會(huì)隨機(jī)變化，對(duì)于這種隨機(jī)容量，需要根據(jù)天氣預(yù)報(bào)及歷史同期天氣數(shù)據(jù)情況，預(yù)測(cè)當(dāng)天受影響區(qū)域容量的大小，從而獲得不同概率的區(qū)域容量樣本，由于這種容量是預(yù)測(cè)出來的，具有不確定性，因此，由此得出的模型稱為動(dòng)態(tài)不確定性模型。針對(duì)動(dòng)態(tài)不確定性模型的變量，做出以下設(shè)定：

（1）設(shè)一組航班計(jì)劃中Na個(gè)航班；

（2）一組航班計(jì)劃中航班開始通行時(shí)間為Ti（i=1，2，3，……，N）；

（3）設(shè)飛行路徑資源為rj（j=1，2，3，……，N）；

（4）設(shè)第i個(gè)航班對(duì)應(yīng)的一組飛行路徑為Wik（k=1，2，3，……，N）；

（5）設(shè)第i個(gè)航班第k條路徑對(duì)飲的資源為rikj；

（6）設(shè)地面延誤和航班延誤相對(duì)代價(jià)為ω1和ω2，其取值范圍為0-1；

（7）設(shè)t時(shí)刻在第j個(gè)資源等待的時(shí)間為Δikj（t），設(shè)t時(shí)刻地面等待時(shí)間為Δik0（t）；

（8）變量αj取值為0-1，當(dāng)αj=1時(shí)，資源rj沒有占用，當(dāng)Δik0（t）=0時(shí)，資源rj被占用；

（9）在t時(shí)刻，設(shè)流量約束區(qū)容量取值有s種情況，每種情況對(duì)應(yīng)概率為Ps；

（10）設(shè)流量約束區(qū)t時(shí)刻地s中樣本容量為C（t）；

（11）設(shè)規(guī)定航班i的最長(zhǎng)地面等待時(shí)間為H；

則航班路徑Wik對(duì)應(yīng)一組資源rikj，并對(duì)應(yīng)的通過時(shí)間為tikj，航徑總時(shí)間為：

2　算法

為準(zhǔn)確的得出計(jì)算結(jié)果，采用迭代算法和Dijkstra算法兩種方法進(jìn)行計(jì)算。

2.1迭代算法

根據(jù)安排的飛行計(jì)劃，計(jì)算每一個(gè)飛機(jī)起飛的時(shí)刻，每一個(gè)航班被評(píng)價(jià)，都依次考慮每個(gè)航線的算法，計(jì)算這個(gè)航線最小總加權(quán)延誤。設(shè)航線為n，并迭代次數(shù)，μn

ikj表示n次迭代后，資源j處最早可能通過時(shí)間；ηnikj表示n次迭代后，在資源j最早可能達(dá)到時(shí)間，μnikj0和ηn

ikj0表示飛機(jī)沿著航徑飛行，在任何情況下都不被延誤的初始值。

現(xiàn)有的每個(gè)資源中，最小達(dá)到延誤為δηn

ikj，最小通過延誤δμn+1ikj，計(jì)算所有資源的通過延誤及等待延誤，其計(jì)算公式為：ηn+1ikj=max{ηn

ikj+δηn+1

ikj，μn+1

ik（j-1）+tik（j-1）}；μn+1

ikj=max{ηn+1

ikj，μn

ikj+δμn+1ikj，ηn

ik（j+1）-tikj}。由于n是不

會(huì)發(fā)生遞減的，因此，能確保迭代過程中的收斂，迭代能持續(xù)到所有資源，當(dāng)?shù)瓿珊?，用μikj表示μnikj的極限值，用ηikj表示ηn

ikj的極限值。每個(gè)資源等待處通過時(shí)間和達(dá)到時(shí)間的差值為：Δikj=μikj-ηikj；地面等待時(shí)間在第一個(gè)資源處，期望飛行時(shí)刻和通過時(shí)間的差值為：Δik0=μikj-Ti。

2.2Dijkstra算法

Dijkstra算法主要用于計(jì)算最短航徑，在輸入算法時(shí)，需要將在一些節(jié)點(diǎn)、資源在交通網(wǎng)絡(luò)中設(shè)定好，這些節(jié)點(diǎn)和資源可以通過外部環(huán)境提供，采用Dijkstra算法能得出起始點(diǎn)S到終點(diǎn)D的最短路徑，利用得出的最短路徑輸出結(jié)果，帶入迭代算法中，算出航徑k的每個(gè)資源j的通過時(shí)間。

3　程序設(shè)計(jì)

將地面等待和航路等待結(jié)合起來，并根據(jù)不同的屬性，將其分隔開來，在進(jìn)行分析時(shí)，分別對(duì)待細(xì)化后的結(jié)果，總體上相同對(duì)待，在計(jì)算過程中，對(duì)其進(jìn)行綜合考慮，這樣不僅能提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，還能保證模型更加接近實(shí)際運(yùn)行情況。

在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)每條航路設(shè)置不同的時(shí)間片，利用時(shí)間片和計(jì)時(shí)器聯(lián)合計(jì)算，將航路釋放時(shí)間計(jì)算出來，從而確定航班的起飛時(shí)間。制定航路資源釋放優(yōu)先等級(jí)，采用優(yōu)先優(yōu)先使用的原則，根據(jù)不同時(shí)間段的需求及特殊情況的需求，設(shè)置不同優(yōu)先級(jí)協(xié)調(diào)算法，從而靈活的判斷航班等待情況及改航策略。

結(jié)語

針對(duì)惡劣天氣下，航班起飛時(shí)間及航路選擇的扇區(qū)流量管理問題，通過優(yōu)化地面延誤程序及改航策略，來提高扇區(qū)流量約束區(qū)的利用率。研究表明，地面延誤程序和改航策略的良好結(jié)合，能有效地解決流量約束區(qū)的流量管理問題，提高約束去容量利用率，減少地面航班等待時(shí)間，優(yōu)化航班時(shí)刻，增強(qiáng)航路利用率。

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