陶 理 王曉宇 謝 園

（廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510403）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)高度重視生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，生態(tài)文明建設(shè)關(guān)系到中華民族永續(xù)發(fā)展[1]。中國(guó)在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布中國(guó)CO2排放在2030年達(dá)峰，爭(zhēng)取2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)后，節(jié)能減排已確定為中長(zhǎng)期的國(guó)策，碳減排成為各行業(yè)的一個(gè)明確而現(xiàn)實(shí)的任務(wù)[2]。民航局在近期發(fā)布的《“十四五”民用航空發(fā)展規(guī)劃》中將碳達(dá)峰、碳中和納入民航發(fā)展整體布局，堅(jiān)持推進(jìn)民航綠色發(fā)展。隨著我國(guó)民航業(yè)的高速發(fā)展，飛機(jī)數(shù)量不斷增加，飛機(jī)燃油燃燒排放污染加劇。深入研究航空公司節(jié)油，降低燃油成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排有著重要意義。

1 我國(guó)民航節(jié)油背景和意義

在我國(guó)航空公司的成本結(jié)構(gòu)中，航油成本所占的比例最高，一般在25%-30%[3]。因此航空公司節(jié)油運(yùn)行既有利于國(guó)家生態(tài)環(huán)境建設(shè)，又可以降低公司運(yùn)行成本，提高公司運(yùn)營(yíng)能力。數(shù)據(jù)顯示，航油消耗每減少1個(gè)百分點(diǎn)，中國(guó)民航每年可節(jié)約10萬(wàn)噸航油，約合5億元[4]。另外，節(jié)能減排更可以幫助企業(yè)提升形象，推動(dòng)企業(yè)構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展體系。無(wú)論從經(jīng)濟(jì)角度還是環(huán)保角度，航空公司在未來(lái)“十四五”中實(shí)現(xiàn)碳中和做法都是有效的[5]。

我國(guó)民航節(jié)油工作開(kāi)始于20世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)各個(gè)航空公司在民航局的領(lǐng)導(dǎo)下成立了各自的燃油管理部門(mén)。在早期的研究中，王小宛教授從民航運(yùn)行角度出發(fā)，分析了航班每個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)油措施，并提出了民航節(jié)油工作是一個(gè)系統(tǒng)性工程[6]。張永順教授給出了巡航階段的燃油消耗模型，據(jù)此模型推導(dǎo)出飛機(jī)巡航階段的最低油耗[7]。之后更多的學(xué)者開(kāi)始對(duì)民航節(jié)油進(jìn)行深入細(xì)致的研究。目前，民航節(jié)油領(lǐng)域的研究主要集中在三個(gè)方面：一是飛機(jī)燃油消耗研究；二是航空公司節(jié)油運(yùn)行研究；三是民航系統(tǒng)運(yùn)行管理研究。

2 飛機(jī)燃油消耗影響研究

我國(guó)學(xué)者從不同角度對(duì)飛機(jī)燃油消耗進(jìn)行了大量研究，劉婧在分析航油消耗的基礎(chǔ)上，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)基于能量平衡方程的飛機(jī)燃油消耗模型進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)飛行數(shù)據(jù)對(duì)全航段燃油消耗進(jìn)行預(yù)測(cè)[8]。耿宏等在深入分析QAR數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多元線性回歸方法建立了飛機(jī)巡航段的燃油流量模型，有助于提高燃油監(jiān)控效果[9]。劉芳對(duì)飛機(jī)在下降段的燃油消耗情況進(jìn)行了深入研究，根據(jù)下降段的不同環(huán)境條件，提出了分段匹配燃油消耗模型，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)下降段不同條件下的燃油消耗預(yù)測(cè)[10]。張延海等對(duì)民航客機(jī)的平均油耗預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了研究，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)理論分析飛機(jī)航線平均油耗影響因素，提出建立以航距和最大起飛重量的非線性回歸模型[11]。駱昕提出通過(guò)航空公司長(zhǎng)期獲得的QAR數(shù)據(jù)以及APM系統(tǒng)，建立飛機(jī)性能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，幫助計(jì)算和預(yù)測(cè)飛機(jī)燃油，以輔助制訂飛行燃油計(jì)劃，降低成本，提高效益[12]。曹力等從簽派放行的角度出發(fā)，基于飛機(jī)性能參數(shù)建立燃油消耗模型，通過(guò)大量歷史Q(chēng)AR數(shù)據(jù)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)減小誤差，使模型預(yù)測(cè)的燃油消耗達(dá)到通用軟件水平[13]。錢(qián)宇等基于QAR數(shù)據(jù)，運(yùn)用線性回歸方法建立了飛機(jī)滑行階段的燃油消耗模型，以幫助飛機(jī)準(zhǔn)確估計(jì)滑行時(shí)間，從而降低油耗。不過(guò)滑行階段受機(jī)場(chǎng)運(yùn)行、天氣環(huán)境、空域管制等因素影響較大，文中并未將此考慮其中[14]。周宣任以空管雷達(dá)軌跡為切入點(diǎn)，基于QAR數(shù)據(jù)提取影響燃油流量的性能參數(shù)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)理論構(gòu)建燃油流量模型用于空管燃油消耗的測(cè)量，為空管效率和節(jié)能減排提供了一定幫助[15]。劉思涵等為準(zhǔn)確計(jì)算飛機(jī)滑行階段燃油消耗，研究分析了不同環(huán)境、不同滑行方式對(duì)燃油消耗的影響，修正了滑行階段燃油消耗模型，得出了不同條件下燃油消耗與排放的差異[16]。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)學(xué)者的文獻(xiàn)梳理可以看出，大多數(shù)學(xué)者都是以飛機(jī)QAR數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行飛機(jī)燃油消耗研究的。目前學(xué)者通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、深度學(xué)習(xí)、線性回歸等多種方法已經(jīng)建立了包括所有航段的燃油消耗模型。而在近年來(lái)，飛機(jī)燃油消耗研究不只是局限于節(jié)油方面，有學(xué)者對(duì)面前簽派、空管的飛機(jī)燃油消耗模型進(jìn)行了研究。而在目前節(jié)能減排、碳中和背景下，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始將飛機(jī)燃油消耗研究用于碳排放等領(lǐng)域。

3 航空公司節(jié)油運(yùn)行研究

我國(guó)航空公司節(jié)油工作起步于20世紀(jì)90年代，在2004～2005年期間，民航局開(kāi)展了民航節(jié)油研討會(huì)以總結(jié)各個(gè)航空公司節(jié)油經(jīng)驗(yàn)，最終由王小宛教授編著了《民航節(jié)油實(shí)踐與探索》一書(shū)，成為我國(guó)航空節(jié)油工作的理論基礎(chǔ)。鑒于在我國(guó)航空公司中燃油成本為主要成本，業(yè)界不斷創(chuàng)新各項(xiàng)節(jié)油措施。而學(xué)術(shù)界也一直保持對(duì)飛機(jī)節(jié)油工作的探索與研究。

（1）我國(guó)各大航空公司高度重視節(jié)油工作，根據(jù)節(jié)油可控點(diǎn)，結(jié)合各自運(yùn)行情況制定了符合自己公司特點(diǎn)的節(jié)油方案。中國(guó)南方航空公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“南航”）倡導(dǎo)“綠色飛行”在保證安全的前提下，優(yōu)化飛行高度層、選擇合適備降機(jī)場(chǎng)、按實(shí)際載重加油、盡可能降低起飛重量，從而避免油耗油。借助空管，合理規(guī)劃航路，縮短空中距離，減少油耗[17]。中國(guó)國(guó)際航空（簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)航”）采用的節(jié)油技術(shù)主要有：利用計(jì)算機(jī)合理實(shí)施飛行計(jì)劃、飛行人員空中節(jié)油操作、減少APU使用頻次、借助空管和簽派實(shí)現(xiàn)航路優(yōu)化以及二次放行、進(jìn)一步挖掘研究成本指數(shù)和對(duì)飛機(jī)進(jìn)行減重。具體節(jié)油措施主要是：提高運(yùn)控水平、控制多加油、協(xié)調(diào)空管縮短地面時(shí)間、實(shí)施地面節(jié)能[18]。中國(guó)東方航空公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“東航”）的節(jié)油方法和南航、國(guó)航類(lèi)似，同時(shí)還根據(jù)飛機(jī)廠家的推薦，使用了重心后置的載重平衡操作方式，來(lái)進(jìn)一步降低油耗[19]。海南航空（簡(jiǎn)稱(chēng)“海航”）結(jié)合公司運(yùn)行情況，從購(gòu)買(mǎi)和租用節(jié)油設(shè)備、優(yōu)化工作流程、增加節(jié)油環(huán)節(jié)、建立節(jié)油管理分析系統(tǒng)等方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排節(jié)油飛行[20]。

（2）我國(guó)學(xué)者對(duì)于航空公司節(jié)油運(yùn)行也進(jìn)行了針對(duì)性的研究。王偉等基于能量狀態(tài)方程建立飛行運(yùn)動(dòng)模型，采用最優(yōu)控制理論，通過(guò)遺傳算法，實(shí)現(xiàn)最節(jié)油飛行軌跡，以減少爬升時(shí)間，降低燃油消耗，為飛機(jī)航路制定提供了依據(jù)[21]。熊?chē)?guó)斌等從航空公司運(yùn)行控制角度出發(fā)，提出航空公司節(jié)油工作要以機(jī)組為主體，機(jī)務(wù)作為補(bǔ)充，運(yùn)行控制部門(mén)從中監(jiān)控并具體實(shí)施[22]。付令為航空公司提出了節(jié)油工作的入手思路，在對(duì)航空公司節(jié)油狀況進(jìn)行深入調(diào)查的基礎(chǔ)上，從技術(shù)和管理兩方面入手，幫助航空公司制定了系統(tǒng)性的節(jié)油策略；從戰(zhàn)略層面為航空公司制定節(jié)油措施提供了指導(dǎo)[23]。李宜設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于灰色關(guān)聯(lián)理論的航空節(jié)油飛行策略分析軟件，為航空公司制定節(jié)油策略提供技術(shù)支持，有效降低航空公司的燃油成本，提高航空公司的效益[24]。陳亞青等發(fā)揮空管技術(shù)作用，分析飛機(jī)油耗，采用新導(dǎo)航技術(shù)，幫助航空公司節(jié)油[25]。

由此可以看到，各大航空公司在節(jié)油運(yùn)行上的策略大體相同，力求做到節(jié)油可控點(diǎn)的全覆蓋，同時(shí)不斷創(chuàng)新節(jié)油措施，如南航大力開(kāi)展新技術(shù)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)新的航油系統(tǒng)，改進(jìn)地面流程，借助信息化技術(shù)開(kāi)展無(wú)紙化運(yùn)行。而在學(xué)術(shù)界，學(xué)者們更多關(guān)注系統(tǒng)性節(jié)油運(yùn)行，針對(duì)空管、運(yùn)控等深入研究飛機(jī)油耗。

4 民航運(yùn)行管理研究

為實(shí)現(xiàn)節(jié)油運(yùn)行，降低航空公司成本，我國(guó)學(xué)者還做了大量運(yùn)行管理研究。劉潔重點(diǎn)研究了東航的航油運(yùn)行管理問(wèn)題，提出了航油管理改進(jìn)措施，為航空公司航油管理降低成本提供了新思路。江廷等提出了一種不受天氣影響下的航空公司酌情油設(shè)定辦法，為航空公司降低燃油成本提供了新途徑[26]。張義朋等結(jié)合新航行系統(tǒng)在民航各個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，提出了節(jié)油飛行的幾點(diǎn)策略和建議，以幫助航空公司制定新形勢(shì)下的節(jié)油措施[27]。李呂琪基于協(xié)同理論，應(yīng)用多主體優(yōu)化目標(biāo)，以幫助合理規(guī)劃下降階段飛機(jī)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油飛行[28]。谷潤(rùn)平等通過(guò)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法優(yōu)化節(jié)油模型，幫助航空公司運(yùn)營(yíng)航線和制訂計(jì)劃，節(jié)省燃油成本[29]。

5 結(jié)語(yǔ)

民航飛機(jī)飛行節(jié)油工作涉及民航方方面面，單靠航空公司一家努力效果有限，而在局方、空管、機(jī)場(chǎng)、政府共同協(xié)作，多管齊下，才能提高節(jié)油效果，降本增效。未來(lái)航空公司節(jié)油工作可以從新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用、組織體系改革、數(shù)據(jù)管理開(kāi)發(fā)三個(gè)方面入手[30]。生物燃料的研發(fā)得到了國(guó)內(nèi)外航空公司的高度重視，在生物燃料試飛中，表現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)，不過(guò)受限于使用成本等因素，還無(wú)法大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。各大航空公司均設(shè)立有節(jié)油工作部門(mén)，而想要始終適應(yīng)實(shí)際變化，需要繼續(xù)深化改革，創(chuàng)新航油管理模式。節(jié)油工作始終都是系統(tǒng)工程，單靠航空公司遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在當(dāng)前“碳中和”背景下，結(jié)合民航“十四五”規(guī)劃，需要打通各單位壁壘，局方、航空公司、機(jī)場(chǎng)和各大院校通力合作，共同為民航綠色發(fā)展群策群力。