馮曉磊

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院機(jī)場(chǎng)工程與運(yùn)輸管理學(xué)院，廣漢 618307）

考慮航班保障需求的機(jī)位分配合理性檢測(cè)方法研究

馮曉磊

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院機(jī)場(chǎng)工程與運(yùn)輸管理學(xué)院，廣漢 618307）

為提升機(jī)位分配方案的可執(zhí)行性，提高機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效益，對(duì)機(jī)位進(jìn)行分配時(shí)，需考慮航班保障需求因素。通過(guò)分析機(jī)坪運(yùn)行管理規(guī)則，構(gòu)建包圍航空器、特種設(shè)備、機(jī)位及其周邊運(yùn)行環(huán)境的多邊形幾何模型，基于此模型的機(jī)位分配合理性檢測(cè)方法是判斷多邊形區(qū)域是否有交集，如果有交集，則機(jī)位分配方案不能滿足航班保障需求。仿真結(jié)果驗(yàn)證該方法實(shí)用性。

航班保障需求；多邊形模型；機(jī)位分配合理性；檢測(cè)方法

0 引言

機(jī)位是機(jī)場(chǎng)運(yùn)行中的重要資源，能否高效合理地利用將直接影響機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效益。為給機(jī)位優(yōu)化使用提供指導(dǎo)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)機(jī)位資源的使用進(jìn)行了大量的研究。部分研究[1-4]側(cè)重于降低天氣、流量控制、保障不及時(shí)等容易導(dǎo)致航班發(fā)生延誤的擾動(dòng)因素對(duì)機(jī)位分配方案的影響。部分學(xué)者[5-14]則重點(diǎn)在保障服務(wù)時(shí)間、旅客行走距離、特種設(shè)備利用率、地面運(yùn)行安全、機(jī)位空閑時(shí)間、機(jī)位使用時(shí)間等方面研究機(jī)位的優(yōu)化使用，并且地面運(yùn)行安全方面的研究也僅限于相鄰機(jī)位的推出、劃入的沖突避免。上述研究均忽視了航班保障需求，不能緊密結(jié)合機(jī)坪運(yùn)行規(guī)則，基于上述研究制定出的分配方案可執(zhí)行性低。

目前，機(jī)場(chǎng)機(jī)位管理部門，基于先進(jìn)的生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)系統(tǒng)，雖擺脫了傳統(tǒng)的機(jī)位資源管理方法，一定程度上提升了機(jī)位資源使用效率。但是，系統(tǒng)功能仍存在缺陷，例如，利用系統(tǒng)處理航班信息并分配機(jī)位時(shí)不能記錄航班保障的需求條件，且航班保障需求不能滿足時(shí)，系統(tǒng)不能給出提醒。尤其，機(jī)場(chǎng)新進(jìn)員工為航班分配機(jī)位時(shí)，容易忽視航班保障需求，致使機(jī)位分配方案可執(zhí)行性低，被迫不斷改變分配計(jì)劃，造成機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)組織混亂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成航班長(zhǎng)時(shí)間延誤。

為此，文章從航班保障需求的角度出發(fā)，構(gòu)建一種緊密結(jié)合機(jī)坪運(yùn)行規(guī)則的多邊形幾何模型，基于此模型提出機(jī)位分配合理性檢測(cè)方法，用于提升機(jī)位分配方案的可執(zhí)行性。

1 航班保障需求分析

執(zhí)行航班任務(wù)的航空器在機(jī)位?？坎⒔邮鼙Ｕ戏?wù)。而隨著機(jī)坪上交通復(fù)雜程度的增高，航空器、特種設(shè)備、機(jī)位等的特征屬性的匹配關(guān)系越發(fā)復(fù)雜化，為保證機(jī)位分配方案的可執(zhí)行性，確保航空器能夠按計(jì)劃離港，機(jī)場(chǎng)運(yùn)行指揮員借助生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)系統(tǒng)為航空器指派停機(jī)位時(shí)，必須考慮航班保障需求。

一方面，執(zhí)行航班任務(wù)的航空器的機(jī)型數(shù)據(jù)必須考慮，尤其是航空器加裝翼尖小翼的情形，為該類航空器指派機(jī)位時(shí)，必須考慮滿足航班保障所需求安全凈距[15]。另一方面，考慮到航班對(duì)特種設(shè)備種類及型號(hào)的要求，分配機(jī)位時(shí)，必須考慮機(jī)位及其周邊空間環(huán)境能夠滿足相應(yīng)型號(hào)設(shè)備?？坎樵摵桨嗵峁┍Ｕ?。

2 多邊形幾何模型

通過(guò)生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)系統(tǒng)，為了給航班指派停機(jī)位時(shí)能夠考慮航班保障需求，結(jié)合機(jī)坪運(yùn)行管理規(guī)則，針對(duì)航空器、特種設(shè)備、機(jī)位及其周邊運(yùn)行環(huán)境建立多邊形幾何模型。

在機(jī)坪上航空器停放在機(jī)位上時(shí)，為確保航空器與航空器、航空器與地面運(yùn)行設(shè)備或特種車輛之間擁有足夠的安全凈距，進(jìn)而保證航空器安全，劃設(shè)機(jī)位安全線[15]。地面運(yùn)行的任何設(shè)備或車輛不允許進(jìn)入機(jī)位安全線以內(nèi)，地面設(shè)備或車輛對(duì)航空器提供保障服務(wù)的情況除外?；跈C(jī)位安全線構(gòu)建航空器?？繖C(jī)位時(shí)的多邊形幾何模型，如圖1所示，B、D分別為航空器停靠機(jī)位時(shí)的對(duì)不同方位的安全凈距要求，單位為米。

圖1 航空器?？繖C(jī)位模型

為降低航空器管制運(yùn)行的尾流間隔，提升運(yùn)行效率，部分航空器加裝翼尖小翼，同時(shí)，隨著不同航班對(duì)特種設(shè)備種類及型號(hào)的需求變得復(fù)雜化，機(jī)場(chǎng)中部分機(jī)位已劃設(shè)的安全線在一定程度上不能滿足航空器保障需求。如果相鄰機(jī)位同時(shí)指派上述保障需求航空器時(shí)，分配方案不能執(zhí)行。

為此，結(jié)合機(jī)位安全線，針對(duì)“停放有航空器且有服務(wù)車輛或設(shè)備對(duì)航空器提供保障服務(wù)”的機(jī)位，即機(jī)位作業(yè)保護(hù)區(qū)域，抽象為一個(gè)長(zhǎng)為x，寬為y的矩形幾何區(qū)域構(gòu)建模型，該區(qū)域能包圍航空器及提供保障的特種設(shè)備，同時(shí)能滿足相鄰機(jī)位的安全要求，如圖2所示。

圖2中，航空器機(jī)身長(zhǎng)度為lOX，加裝翼尖小翼后的翼展為lOY，前方拖曳設(shè)備長(zhǎng)度為lt，OX方向左、右側(cè)設(shè)備集合分別用i、j（i、j分別取1，2，3，…）表示，左、右側(cè)任一設(shè)備與航空器連接點(diǎn)到OX方向航空器中軸線的距離分別用Si、Sj表示，用SLiOX、SRjOX表示左、右側(cè)設(shè)備在OX方向投影長(zhǎng)度，SLiOX、SRjOX為左、右側(cè)設(shè)備在OY方向投影長(zhǎng)度?？紤]實(shí)際情況，左、右側(cè)設(shè)備在OX方向投影對(duì)x無(wú)影響，則滿足條件的x、y有：

加裝翼尖小翼使得航空器翼展增加的寬度為d，則航空器未加裝翼尖小翼的翼展lOY'應(yīng)滿足式（3），即：

圖2 航空器?？繖C(jī)位并接受保障服務(wù)模型

從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的角度，結(jié)合安全凈距、機(jī)位安全線，通過(guò)分析航空器、特種設(shè)備等的關(guān)鍵尺寸[16]來(lái)實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)建。

3 機(jī)位分配合理性檢測(cè)方法

基于上述模型，通過(guò)判斷多邊形幾何區(qū)域是否相交的方法檢測(cè)機(jī)位分配方案是否合理?，F(xiàn)有一架航空器P，假定機(jī)場(chǎng)空閑機(jī)位集合用Gk表示（k取值為1，2，3，…），則具體步驟如下：

步驟1：對(duì)航空器P指派機(jī)位，查詢機(jī)場(chǎng)所有機(jī)位，得到空閑機(jī)位集合并排序。

步驟2：判斷該航空器P是否加裝翼尖小翼，構(gòu)建航空器?？繖C(jī)位并接受保障服務(wù)模型。

步驟3：對(duì)序列中的第一個(gè)機(jī)位G1，該機(jī)位兩側(cè)機(jī)位分別為G、G'，當(dāng)均未停靠航空器時(shí)，則構(gòu)建航空器停靠機(jī)位模型，結(jié)合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個(gè)多邊形區(qū)域是否有交集，若沒(méi)有交集，則航空器P能停靠機(jī)位G1，反之，不能?？?；當(dāng)只有G（或G'）有航空器?？繒r(shí)，對(duì)G（或G'）構(gòu)建航空器停靠機(jī)位并接受保障服務(wù)模型，對(duì)G'（或G）構(gòu)建航空器?？繖C(jī)位模型，結(jié)合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個(gè)多邊形區(qū)域是否有交集，若沒(méi)有交集，則航空器P能?？繖C(jī)位G1，反之，不能?？?；當(dāng)G與G'均有航空器停靠時(shí)，構(gòu)建航空器?？繖C(jī)位并接受保障服務(wù)模型結(jié)合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個(gè)多邊形區(qū)域是否有交集，若沒(méi)有交集，則航空器P能?？繖C(jī)位G1，反之，不能?？?。

步驟4：遍歷所有空閑機(jī)位，直至航空器P的機(jī)位分配方案合理。

步驟5：結(jié)束。

注：在實(shí)際運(yùn)行中，如果通過(guò)上述檢測(cè)方法，未能得到合適的機(jī)位供航空器停靠，則結(jié)合檢測(cè)結(jié)果，限制相鄰機(jī)位?？亢娇掌?，以滿足航班保障需求。

4 仿真驗(yàn)證

A320飛機(jī)機(jī)身長(zhǎng)均為37.57米，翼展為34.1米，加裝翼尖小翼后，翼展為35.8米?，F(xiàn)有兩架航空器P1與P2，機(jī)型均為A320，且均加裝翼尖小翼?？紤]A320機(jī)型、機(jī)位實(shí)際特征，結(jié)合特種設(shè)備尺寸數(shù)據(jù)[17]，通過(guò)編程對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證，如圖3所示，相鄰C類機(jī)位在同時(shí)停靠加裝翼尖小翼的A320飛機(jī)時(shí)，兩個(gè)多邊形幾何模型有交集，且相交部分及兩架航空器同時(shí)顯示黑色，結(jié)果表明，提出的方法能夠檢測(cè)出機(jī)位分配方案的合理與否。

圖3 檢測(cè)方法仿真驗(yàn)證結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)判斷多邊形幾何區(qū)域是否相交的方法來(lái)檢測(cè)機(jī)位分配方案的合理性，能夠較為直觀地展現(xiàn)出分配方案不合理的地方，輔助機(jī)場(chǎng)運(yùn)行指揮員和特種設(shè)備操作員對(duì)航班保障的掌控與監(jiān)視，提升機(jī)位分配方案的可執(zhí)行性。同時(shí)，該方法可用于機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建中機(jī)位設(shè)計(jì)方案的可行性驗(yàn)證，指導(dǎo)機(jī)位設(shè)計(jì)工作，具有實(shí)際意義。

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Research on the Detection Method for the Rationality of Gate Assignment in Consideration of the Flight Service Requirement

FENG Xiao-lei

（School of Airport Eng.and Transportation Management，Civil Aviation Flight Univ.of China，Guanghan 618307）

In order to enhance the enforceability of the gate assignment,the factors of the flight service requirement are considered to improve operating efficiency of the airportwhenmaking gate assignment plan.Based on the analysis of themanagement rules in apron,builds polygonal geometry models around the aircraft,special equipment,gate and its surrounding environment.Detection method for the rationality of gate assignment is worked out based on thismodel.If there were intersection between the polygonal regions when judging,the gate assignment plan cannotmeet the flight service requirement.The practicability of themethod is verified through the simulation results.

馮曉磊（1988-），男，山東臨朐人，碩士研究生，助教，研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)運(yùn)行管理

2017-03-06

2017-04-20

民航科技創(chuàng)新引導(dǎo)基金項(xiàng)目（No.14015J0260157）、民航安全能力建設(shè)資金項(xiàng)目（No.2146903）

1007-1423（2017）14-0026-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.14.005

Flight Service Requirement;Polygonal Models;Rationality of Gate Assignment;Detection Method