空域靈活使用視角下的區域航路航線運行管理

邵海平

摘 要：在20世紀末，各國空域使用部門意識到了空域非靈活使用，所帶來的航線運行的低效性，所以歐洲各國啟動了空域聯合一體化計劃，試圖通過各國聯系的加強，打破空域障礙，讓空域管轄工作能突破常規與局限。因此，真正能實現空域靈活化管理，對區域航路規劃效率有著至關重要的作用。本文基于此，通過構建模型，探究了區域航路航線管理的改革方案。

關鍵詞：空域靈活使用視角 臨時航路航線 區域航路航線

中圖分類號：V355 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0140-02

由于國外的空域靈活概念針對的主題是不可知的空域，而對于現存現應用的空域概念效果甚微，所以其空域內航線的管理還主要針對于非使用空域，其也僅僅停留在概念上，我國在2008年啟動了空域相關內容的探索，并提出了相關的概念模型，以及實踐應用與設想。研究人員通關模型的搭建，也為航線管理提供了一個嶄新的方向。

1 我國區域航路航線運行管理歷程

在2008年，我國航空領域科學家，從空域使用的動態選擇性上，著眼于空域管理一體化，提出了基礎的空域管理運行方案，緊接著，在此基礎上，我國又進行了區域航路的規劃與完善，讓飛機在空域中的行程更加規范，此時已經建設形成了較為明晰的分流航線，我國的航空事業也因此到達了一個小頂峰[1]。隨著國際領域中空域靈活使用的思想逐漸普及與進步，我國也逐漸提出了針對于不同時期的空域建設的若干方案，形成了既滿足區域容量需求，又滿足管理實際的區域管理方案，構建了基于時間計量的基礎數學模型。

在整個過程中，孫曉陽等人考慮到了局域管理，卻并沒有具體深究，僅能針對單入口的飛行情況。且一些容量上的約束力也明顯較為單薄，空域流量與相關算法之間的關聯性并不明顯，于是，2013年，相關研究人士對傳統的利用時間作為微分條件的研究方法，改為了根據一定空域內的航路負荷。這樣做也是基于流量動態化，對時間靜態分析的改革。

2 關于區域內航路航線管理理念

航空事業中，最為基礎需要保證的是合理的事故風險值以及較低的運營成本，只有滿足二者，國家的航空事業才能蓬勃發展，所以在建立區域內航路航線管理系統時，必須要在保證系統正常運轉的前提下，將成本控制在有效的范圍之內[2]。于是基于上述條件，本文在模擬空域靈活管理模型時，引入了飛行成本、維系成本等相關要素，并將飛機飛行中可能出現的意外與風險作為附注因素計入總成本，將每一個要素作為一個數學因子，計入適應度函數，利用大數據相關性進行分析，來判斷出航線航路的最適方案，在此過程中，還需要進行相關函數的構建以及遺傳分析，將航線航路的管理問題轉化成一個數學模型，抽象出來，進行集中分析，最終確定最低成本的最適飛行路線，這樣做不僅可以為航空公司節約運行成本，也可以讓空域的運行更加符合客觀規律，也更具有靈活性。在本文的研究過程中，研究人員還引入了MFC在信息傳遞上的應用方法，相比于傳統的運算機制，此方法的精度有明顯優勢，且節約了大量的運算過程，使得人工使用也更加便捷。

3 管理數學模型

在空域靈活使用視角下，航路航線的劃設也具有靈活性，讓航路航線選擇也更具有多樣性，如果不加以有效管理，各航線之間就會出現沖突，從而影響到飛機飛行的安全、時間以及效率[3]。所以實現航路運行，最重要的就是要避峰飛行，針對于飛機飛行的不同路線做不同的規劃。在意外發生時，應該對區域內飛機的飛行狀況進行調控，這樣才能在保證乘客安全的前提下，最大程度的提高航路航線運行效率。于是本文構建了如下模型，來分析區域內航路航線運行規則。

3.1 提出假設

在進行數學模型建設之前，必須要明確航路航線建設與哪些因素有關，再確定不同的因素在其中所起作用，并進行相關性分析。本文研究的是一定區域內的航路航線管理，所以在設計模型時，要保證研究主題固定，即將某一航段的飛機飛行總容量設為常數，并將無關變量，例如飛機的始發時間與抵達時間設為已知。航班的運行速度、天氣等非直觀變量也應該設為固定值[4]。不僅如此，在研究時，還應該針對于固定航班進行研究，如果一段空域內出現了其他的運行航班，不僅會對實驗結果造成干擾，其所呈現的數據也會失去其原有價值。

3.2 模型規劃

我們在實踐中，假設研究空域內出口一共A個，A作為自變量，滿足均勻分布，入口一共B個，作為第二元變量，同樣服從于均勻分布，之后，研究者還應該規范航班的個數，對其進行統計，并估計每一個航班的起飛與抵達時間。并記錄每一個航班的具體航線，統計同一航班走不同航線，所需要用的時間的多少。在實驗開始前，我們應該先進行航班抵達預模擬，再進行進一步的實踐，對比實際與理論的差異值。

3.3 模型求解

遺傳算法是生物進化中常用的一種算法，它的運算方法十分適合于本實驗，不僅具有較好的收斂性，同時既可以針對于個體航班進行探究，也可以對群體進行集中的取樣與分析，所以求解模型，遺傳算法是值得考慮的。

適度性。

1.適度性

遺傳應用中，適度性應用在生物與環境之間的適合度，以及生物與生物之間的適應度，和生物與遺傳因子之間的關系上，適度函數的COV值越趨向于1，其相關性越大，說明其適應環境的能力越強。

在本函數中，適度函數針對的主題是航班航線與成本之間的適度性，以及航班航線與效率之間的關聯程度。采用如上圖所示的算法，可以計算出航班的最佳飛行方式，以及最正常的飛行速度，這也是該航班飛行的一個狀態參量。飛機都是從初始狀態，到激活狀態的。

基因編碼。在生物體研究過程中，每一個基因編碼不同的DNA，構成不同的生物體，此方法是生物遺傳學研究中常用的方法。依照此方法，研究人員也對航班進行了逐次編號，從A1～Ai，而將其中的臨時航線編號為B1-BI，進行集中分析。對航班進行分類后，在研究過程中，應航班保持勻速飛行，從而研究航路航線本身對于航班飛行成本的影響。

4 算法分析

選擇大多數航班時刻數據，嵌入到上述的建模中，用數學建模的方法，輔助C++程序，進行集中求解，基于生物學原理，來探索航線航路管理的最佳方案，在通過多次實踐后，就可以得到航班航線管理的最優方案。針對于飛機的管理，管理者將該算法應用在日常的管理中，然后對航班進行規范性管理，不僅可以降低航空公司的運行成本，還可以對我國空域進行合理利用，讓航班的運行時間與流量能達到和諧與統一。近些年來，根據實踐調查顯示，經優化后的航班線路運行方法，相較于傳統的航線管理方法，整體的運營成本節約了10%，航班的安全到達概率卻依然接近于100%。

5 結語

由以上研究顯示，經過改革后的航路航線管理，不僅節約了大量的運行資本，還提高了航班運行的效率，同時空域的靈活度也有明顯的加強，這也是空域靈活性管理的集中體現。該模型的提出對于空域的管理來說，是具有里程碑意義的。如果飛機的流量增加，將初始值進行更正，就可以得到新的規劃方案，這樣也為空域管理者調整航班時刻提供了較好的參考與借鑒。

參考文獻

[1] 張東滿，聶潤兔，張兆寧，等.基于空域靈活使用的區域航路航線運行管理[J].航空計算技術，2014，44（1）：86-89.

[2] 王學安.基于Dijkstra算法的空域靈活使用時的飛行流量分配方法[J].中外企業家，2014（17）：221-223.

[3] 張明，韓松臣.基于空域靈活使用的終端空域規劃設計方法[J].交通信息與安全，2013，31（5）：5-9.

[4] 卞曉峰.優化海拉爾空域航路結構提升沈陽程序管制區航班保障能力[J].空中交通，2013（4）：20-23.