鞠璐

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

機場歷史運行數(shù)據(jù)挖掘分析

鞠璐

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

本文關(guān)注機場歷史運行數(shù)據(jù)所反映出的機場容量問題，進而得出簡單的機場容量結(jié)論。方法是通過對機場歷史運行數(shù)據(jù)的分析，對實例機場進行簡單的容量評估。

第一分析了機場運行歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)。第二分析歷史運行數(shù)據(jù)分析的方法在機場容量評估中的作用。

機場運行；歷史數(shù)據(jù)；機場容量；容量評估

1 緒論

改革開放以來，我國民用航空業(yè)進入高速發(fā)展的時期。特別是80年代以來，經(jīng)濟的高速增長，為航空運輸事業(yè)的發(fā)展提供了良好的外部環(huán)境，80～90年代，航空運輸量以年平均近20%的速度增長。航空運輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致我國的空中交通系統(tǒng)面臨日益嚴峻的考驗。我國的飛行流量分布極不均勻，僅北京首都、上海虹橋和廣州白云三大機場就集中了我國民航約40%的旅客量和50%的貨物量。流量如此集中，再加導(dǎo)航技術(shù)落后，受限空域多，部分空域結(jié)構(gòu)設(shè)計欠合理，因此，盡管我國的空中交通流量與發(fā)達國家相差甚遠，但空中交通的擁擠狀況卻嚴重的多，并因此引起大量的航班延誤。

空中交通擁擠問題并不能簡單的通過增加管制員人數(shù)的方法來解決，因此，流量管理的概念應(yīng)運而生。它的任務(wù)是在空中交通流接近或達到空中交通管制可用能力時，適時地進行調(diào)整，保證空中交通流量最佳的流入或通過相應(yīng)區(qū)域，盡可能提高機場、空域可用容量的利用率。簡單地說就是通過對空中交通流進行安排和疏導(dǎo)來改善空中交通狀況。

要進行流量管理就必須對空中交通容量進行準確評估，這是流量管理的基礎(chǔ)和前提。而流量管理的主要目的就是在滿足一定性能指標的條件下，調(diào)整交通需求與那些容量限制單元的容量相匹配。由此可見，容量問題的研究是空中交通流量管理的關(guān)鍵技術(shù)，與此同時，容量評估也是空域規(guī)劃與評估的重要內(nèi)容。

2 機場容量研究

2.1 機場容量與跑道容量

2.1.1 機場容量定義

機場容量是衡量一個機場吞吐能力的重要指標，又分為：實際容量和最大容量。這兩種定義的最大不同在于服務(wù)請求是否持續(xù)不斷的。實際容量是隨著飛行實際服務(wù)需求變化的，具有一定的隨機性；而最大容量則與此無關(guān)，因此可以作為評判空域提供服務(wù)能力的標準。

2.1.2 跑道容量定義

跑道容量是指跑道單位時間內(nèi)能夠接受飛機的最大起降架次。目前有兩種概念來描述跑道系統(tǒng)容量：極限容量和實際容量。極限容量反映的是系統(tǒng)理論最大服務(wù)能力，而實際容量因各個機場飛行區(qū)條件不一、可接受延誤水平定義不同，沒有統(tǒng)一的標準或協(xié)議適用所有機場飛行區(qū)。

2.2 影響因素

影響機場容量的因素有很多，一般來說，容量取決于機場跑道容量和機場系統(tǒng)容量。本文重點研究機場跑道容量對機場容量的影響。而影響跑道容量的關(guān)鍵因素有：

（1）飛機的類型和性能；

（2）進離場航空器的跑道占用時間；

（3）尾流安全間隔標準；

（4）跑道運行模式；

（5）可用的快速脫離道及其與跑道間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。

由此可見，在進行跑道容量評估時，不同的影響因素，跑道容量也會有很大的變化。

3 基于歷史運行數(shù)據(jù)的機場容量評估

3.1 基于歷史運行數(shù)據(jù)的評估方法

基于歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的容量評估方法是一種客觀的容量評估方法，是在通過統(tǒng)計歷史運行數(shù)據(jù)進而分析運算容量。①采集大量的歷史數(shù)據(jù)，通過運行數(shù)據(jù)分析，歸納歷史數(shù)據(jù)的特點；②根據(jù)數(shù)據(jù)特點；選取樣本統(tǒng)計時段（通常為1h、30min或15min）；③根據(jù)有效數(shù)據(jù)量，確定容量曲線擬合方法，方法主要為根據(jù)所包含數(shù)據(jù)占總采樣數(shù)據(jù)的百分比擬合；④確定曲線擬合參數(shù)，主要方法是根據(jù)所包含數(shù)據(jù)占總采樣數(shù)據(jù)的百分比（通常為95%）來確定；④根據(jù)擬合的容量曲線，確定其所包含的最大值樣本點，得到歷史運行容量。該方法主要適用于機場和繁忙扇區(qū)的評估，為計算機仿真評估結(jié)果提供參考。

由評估流程可以看出，該方法對歷史數(shù)據(jù)要求比較高，主要要求包括：

（1）全面性：所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)當數(shù)量充足，詳細程度應(yīng)能夠滿足評估需求，能夠全面反映評估對象的基本特征和運行規(guī)律。

（2）真實性：所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)當渠道明確，質(zhì)量可靠，并由數(shù)據(jù)提供部門確認。

（3）有效性：所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)能夠反映評估對象的運行常態(tài)，對于其中客觀存在但屬于偶發(fā)情況的奇異數(shù)據(jù)應(yīng)予刪除。

（4）時效性：所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)能夠反映評估對象在近期運行環(huán)境下的狀況，同時根據(jù)具體評估方法的要求，適當擴大數(shù)據(jù)采集周期。

3.2 國內(nèi)機場歷史運行數(shù)據(jù)分析

3.2.1 長沙黃花機場歷史運行數(shù)據(jù)分析

根據(jù)長沙黃花機場提供的2011年10月、12月各前20d的實際運行數(shù)據(jù)，本文對長沙黃花機場的歷史運行數(shù)據(jù)進行分析。

一組數(shù)據(jù)是長沙黃花機場2011年冬春航季期間12月前20d的實際運行數(shù)據(jù)（2011.12.1～2011.12.20）。

另一組數(shù)據(jù)是長沙黃花機場2011年夏秋航季期間10月前20d的實際運行數(shù)據(jù)（2011.10.1～2011.10.20）。

從而得到分析統(tǒng)計結(jié)果如表1。

表1

比對2011年10月和12月的歷史運行數(shù)據(jù)，可以看出，夏秋航季的整體航班量多于冬春航季，但是兩個航季的高峰小時流量相差無幾。

進而，再根據(jù)10月和12月的進離場散點圖對長沙黃花機場歷史運行進行分析。根據(jù)長沙黃花機場歷史飛行計劃（2011.10.1～2011.10.20、2011.12.1～2011.12.20）及觀測時段內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本文采用的容量包線包含的樣本數(shù)據(jù)是在200個左右采樣高峰時段至少出現(xiàn)3～4次的樣本數(shù)據(jù)（見圖 1～2）。

2011.10.1～2011.10.20：

1h高峰航班起降架次共取樣203個，最大觀測值為起飛16架次/h，降落16架次/h；容量包絡(luò)線包含的最大樣本點為（起飛13架次/h，降落15架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為4次。

2011.12.1～2011.12.20：

1h高峰航班起降架次共取樣202個，最大觀測值為起飛14架次/h，降落17架次/h；容量包絡(luò)線包含的最大樣本點為（起飛13架次/h，降落14架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

圖1 2011.10.1～2011.10.20進離場散點圖

圖2 2011.12.1～2011.12.20進離場散點圖

3.2.2 武漢天河機場歷史運行數(shù)據(jù)分析

采取和長沙類似的分析方法，，本文根據(jù)武漢天河機場提供的2011年2月和9月的實際運行數(shù)據(jù)，對武漢天河機場的歷史運行數(shù)據(jù)進行分析。

一組數(shù)據(jù)是武漢天河機場2011年冬春航季期間一個月的實際航班數(shù)據(jù)（2011.2.1～2011.2.28）。

另一組數(shù)據(jù)是武漢天河機場2011年夏秋航季期間一個月的實際航班數(shù)據(jù)（2011.9.1～2011.9.30）。

從而得到了如表2的統(tǒng)計分析結(jié)果。

表2

對比一下兩個月的數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)，在冬春和夏秋兩個航季期間，武漢天河機場的航班活動基本持平，并無明顯差距。下面本文通過比較進離場散點圖來找出冬春、夏秋航季間的不同。

根據(jù)武漢天河機場歷史飛行計劃（2011.2.1～2011.2.28、2011.9.1～2011.9.30）及觀測時段內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本文采用的容量包線包含的樣本數(shù)據(jù)是在200個左右采樣高峰時段至少出現(xiàn)3～4次的樣本數(shù)據(jù)（見圖3～4）。

圖3 2011.2.1～2011.2.28

2011.2.1～2011.2.28：

1h高峰航班起降架次共取樣210個，最大觀測值為起飛15架次/h，降落17架次/h；容量包絡(luò)線包含的最大樣本點為（起飛10架次/h，降落18架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

圖4 2011.9.1～2011.9.30

2011.9.1～2011.9.30：

1h高峰航班起降架次共取樣205個，最大觀測值為起飛15架次/h，降落13架次/h；容量包絡(luò)線包含的最大樣本點為（起飛9架次/h，降落17架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

3.3 歷史運行數(shù)據(jù)分析在機場容量評估中的作用

歷史運行數(shù)據(jù)分析在機場容量評估中占有重要的位置。該方法所涉及的方面較為全面，主要有高峰小時流量、航班正常率、放行正常率、跑道占用時間、跑道系統(tǒng)滑行道系統(tǒng)延誤等。通過該方法，可以得到機場的當前最大容量、可接受的最大容量、高峰小時服務(wù)能力等等方面。在分析過程中，通盤考慮影響因素，結(jié)合實例機場的實際情況，發(fā)現(xiàn)機場當前運行的瓶頸，并提出行之有效的改善方案。在不降低機場保障能力的前提下，最大限度的提高機場運行效率，增加機場容量。

運用歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析方法不但能夠客觀地反映出機場運行現(xiàn)存的問題，還能夠?qū)⒗碚撆c實際情況相結(jié)合，針對不同機場各自的運行特點提出不同的改善方案。

綜上所述，歷史運行數(shù)據(jù)分析的方法適用性較高。采集機場歷史運行數(shù)據(jù)，利用仿真模型、計算機程序即可得出需要分析比對的圖表。

4 總結(jié)與展望

本文對機場容量的評估方法做了簡單研究。在許多專家學(xué)者對該課題的研究基礎(chǔ)上，首先介紹了機場容量、機場跑道容量的研究，然后利用長沙黃花機場和武漢天河機場提供的歷史運行數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)進行簡要分析，最后在分析基礎(chǔ)上闡述了歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析在機場容量評估工作中的作用。

但還是有一些問題有待進一步解決，其中包括：

（1）在進行歷史數(shù)據(jù)分析的過程中，沒有將軍航活動、天氣變化對機場航班活動的影響因素計算在內(nèi)，但在實際運行中，這兩者對機場運行的限制影響不容忽視。

（2）機場容量評估需要一套完整的系統(tǒng)理論與計算機程序的支持，需要分析的項目也很多，更扎實的理論基礎(chǔ)和更完善的程序在未來的評估工作中將起到關(guān)鍵性的作用。

[1]洪飛.跑道容量評估的理論模型與應(yīng)用研究[D].天津：中國民航大學(xué)，2007.

[2]林 鍵，等.跑道容量模型與計算方法研究[J].交通與計算機，2008，26（6）.

[3]中國民航總局空域管理處基于歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析的機場最大容量評估方法.

[4]何昕，等.機場跑道容量評估模型研究[J].航空計算技術(shù)，2010，40.

TP311.1

A

1004-7344（2016）35-0256-02

2016-11-9

鞠璐（1989-），女，助理工程師，本科，主要從事空中交通管制工作。