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）

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，地面等待時間過長，經(jīng)常會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，對這兩者的同步研究還比較少，大多是單獨進行，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)的容量會下降很多，同時扇區(qū)的流量會受到限制，這就會導致航班數(shù)量大大降低，而地面延誤也會在這種情況下產(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，就需要進行適當?shù)母暮剑瑥亩畲笙薅鹊奶岣吡髁考s束區(qū)的利用率。

由于天氣預報具有有效時長的特性，加上天氣狀況對扇形區(qū)域容量有很大的影響，導致受天氣影響的區(qū)域容量會隨機變化，對于這種隨機容量，需要根據(jù)天氣預報及歷史同期天氣數(shù)據(jù)情況，預測當天受影響區(qū)域容量的大小，從而獲得不同概率的區(qū)域容量樣本，由于這種容量是預測出來的，具有不確定性，因此，由此得出的模型稱為動態(tài)不確定性模型。針對動態(tài)不確定性模型的變量，做出以下設(shè)定：

（1）設(shè)一組航班計劃中Na個航班；

（2）一組航班計劃中航班開始通行時間為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個航班對應(yīng)的一組飛行路徑為Wik（k=1，2，3，……，N）；

（5）設(shè)第i個航班第k條路徑對飲的資源為rikj；

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

（7）設(shè)t時刻在第j個資源等待的時間為Δikj（t），設(shè)t時刻地面等待時間為Δik0（t）；

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

（9）在t時刻，設(shè)流量約束區(qū)容量取值有s種情況，每種情況對應(yīng)概率為Ps；

（10）設(shè)流量約束區(qū)t時刻地s中樣本容量為C（t）；

（11）設(shè)規(guī)定航班i的最長地面等待時間為H；

則航班路徑Wik對應(yīng)一組資源rikj，并對應(yīng)的通過時間為tikj，航徑總時間為：

2　算法

為準確的得出計算結(jié)果，采用迭代算法和Dijkstra算法兩種方法進行計算。

2.1迭代算法

根據(jù)安排的飛行計劃，計算每一個飛機起飛的時刻，每一個航班被評價，都依次考慮每個航線的算法，計算這個航線最小總加權(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處最早可能通過時間；ηnikj表示n次迭代后，在資源j最早可能達到時間，μnikj0和ηn

ikj0表示飛機沿著航徑飛行，在任何情況下都不被延誤的初始值。

現(xiàn)有的每個資源中，最小達到延誤為δηn

ikj，最小通過延誤δμn+1ikj，計算所有資源的通過延誤及等待延誤，其計算公式為：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?shù)瓿珊螅忙蘨kj表示μnikj的極限值，用ηikj表示ηn

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

2.2Dijkstra算法

Dijkstra算法主要用于計算最短航徑，在輸入算法時，需要將在一些節(jié)點、資源在交通網(wǎng)絡(luò)中設(shè)定好，這些節(jié)點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S到終點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的每個資源j的通過時間。

3　程序設(shè)計

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，在進行分析時，分別對待細化后的結(jié)果，總體上相同對待，在計算過程中，對其進行綜合考慮，這樣不僅能提高計算結(jié)果的準確性，還能保證模型更加接近實際運行情況。

在進行程序設(shè)計時，對每條航路設(shè)置不同的時間片，利用時間片和計時器聯(lián)合計算，將航路釋放時間計算出來，從而確定航班的起飛時間。制定航路資源釋放優(yōu)先等級，采用優(yōu)先優(yōu)先使用的原則，根據(jù)不同時間段的需求及特殊情況的需求，設(shè)置不同優(yōu)先級協(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

針對惡劣天氣下，航班起飛時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間，優(yōu)化航班時刻，增強航路利用率。

參考文獻

[1]高潔，徐肖豪，王興隆.地面等待和改航策略的流量管理方法[J].航空計算技術(shù)，2012，42（04）：20-22.

[2]張晨靚，田勇.惡劣天氣影響下動態(tài)改航策略研究[J].哈爾濱商業(yè)大學學報（自然科學版），2013（06）：142-143.

[3]孫帥，王興隆.基于改航策略的空中交通流量管理方法研究[J].黑龍江科技信息，2011（21）：133-135.

[4]田勇，宋柯，顧英豪.空中交通流量管理中的改航策略研究[J].數(shù)學的實踐與認識，2008（10）：168-170.

中圖分類號：V355

文獻標識碼：A