航班時刻優化案例教學在《空中交通系統優化與管理》課程中的應用

陳子怡

【摘 要】近些年，我國民航運輸業呈現出大流量、高增長的快速發展趨勢，空中交通資源日益緊張，如何運用科學的模型與方法對現有資源進行合理的優化配置顯得尤為重要。《空中交通系統優化與管理》課程設置的目的是讓交通運輸專業的學生掌握運籌學常用的模型和算法，具備從實際問題出發的數學建模能力，為今后在工作中應用系統工程的科學觀點與方法處理空中交通管理、航空公司運行以及機場現場管理等實際問題打下良好的基礎。本文對該課程以案例為教學核心的可行性進行分析，以空中交通管理中的航班時刻優化為案例對實施步驟及實施方法進行了設計。為貫徹培養學生團隊合作能力和動手能力，提升學生創新水平提供了教學改革方法。

【關鍵詞】空中交通系統優化與管理；教學改革；案例教學；航班時刻；航班波

【中圖分類號】G642.41 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）04-0260-01

一、引言

近些年，我國民航運輸業呈現出大流量、高增長的快速發展趨勢，空中交通資源日益緊張，如何運用科學的模型與方法對現有資源進行合理的優化配置顯得尤為重要。

課內外一體化教學平臺是指根據學生的發展目標，將教案和學案結合在一起，在課堂“思路引導”式教學的基礎上，為學生在課余提供自主學習機會的一個資源平臺，目前已成為高等院校的新型教學模式。本課題以增強學生工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力為目標，遵循高等教育的一般規律，借鑒國內外高校交通運輸專業人才培養中實踐教學模式，對《空中交通系統優化與管理》課程課內外案例一體化教學方法進行了分析與研究。本文以培養空管專業工程技術人才為目的，對本課程理論教學方法和實踐教學實施方案進行探索，結合項目團隊合作的教學理念[1-3]，在教學中以項目為中心，以問題為導向，引導學生自主學習[4][5]。

二、課程改革基本思路

由于本課程是面向交通運輸專業大二學生設置的，在這個時間節點學生剛好學習完高等數學、線性代數和概率論等數學基礎課，具備了一定的數學分析功底；又通過學習民航概論這個入門課程，對于民航領域的基本知識和基本問題有了初步的了解。本課程的實踐教學內容部分，在運籌學理論和空中交通系統實際應用之間架起了一座橋梁，不僅可以使學生迅速掌握每個數學模型的特點及適用范圍，還可以激勵和啟發學生對于基礎理論學習的興趣，培養其在學習生活中的主動性和創造性。

為了充分調動學生學習本課程的積極性，避免陷入枯燥而單調的符號理解和公式推導，課程組將多年積累的教學經驗和科研成果進行了梳理、歸納和總結，并通過調研空中交通管理部門、航空公司以及民航機場等一線生產單位，挑選出一些可以用到運籌學中相關模型的實際問題作為實踐教學的內容，意在增加數學模型的生動性和趣味性，充分顯示運籌學的應用價值，提高課堂教學效果[7]。樞紐機場航班波構建是航班時刻優化的重要解決方法，也是《空中交通系統優化與管理》課程一個重點案例。

本課程的改革正是順應這樣的教學與科研結合的發展趨勢，滿足學生不斷提升的學習需求，以提升本門課程的教學質量為出發點[8]。

三、航班時刻優化案例簡介

樞紐機場的航線網絡結構是機場基本功能實現的基礎，也是機場不同功能定位實現的關鍵。航線網絡結構涉及航線網絡的空間結構和時間結構兩個方面，與航線網絡的空間布局和航班時刻的編排息息相關。從當今世界航空運輸競爭趨勢看，打造大型航空樞紐是當前及未來民航發展的重點和制高點。一個成功的航空樞紐的建立，需要樞紐機場和其主基地航空公司的通力合作，調整航線結構，打造航班波。

四、案例教學實施步驟

《空中交通系統優化與管理》知識點的講授為案例教學的首要任務，在知識點的選擇方面首先要滿足教學大綱的要求，其次根據案例教學中所需知識點深度進行擴展教學，有重點的增加理論深度，為解決案例問題提供必要條件[9]。

實踐環節是提高學生理解知識、運用知識、創造知識的關鍵環節，該環節的教學質量直接影響該課程的教學評價[10]。案例教學可具體分為以下幾個步驟：科學選題、知識點組合、實踐步驟設計、案例講評及案例教學綜合成績評定5個主要過程。通過科研項目，選擇一個具有研究意義與實用價值的題目——樞紐機場航班時刻優化及航班波構造作為本文案例。

該案例主要實踐任務包括：（1）樞紐機場現狀及航班時刻問題分析；（2）典型樞紐機場中轉能力分析與航班波構建；（3）基于航班波的樞紐機場航班時刻優化；（4）樞紐機場航班時刻優化及航班波構造政策建議及措施；（5）優化模型及算法編程實現。

1.案例準備。

教師首先根據項目研究經驗在充分掌握該案例的立項目的、研究意義、研究方法、關鍵技術及創新點、相關研究成果及結論的基礎之上，編寫案例教學任務書。準備內容包括樞紐機場現狀調研，包括：樞紐機場地空保障能力分析、樞紐機場航線網絡分析、樞紐機場機型結構分析、樞紐機場航空公司份額分析、樞紐機場航班時刻分析、樞紐機場航班時刻存在的問題。

第二，對國外典型樞紐機場航班時刻優化及航班波構建案例進行對比分析。例如迪拜航空樞紐成功要素分析，借鑒成功經驗：優越的地理位置、匯集較大的本地和中轉旅客、政府有力的支持、實力雄厚的基地航空公司、機場內基礎設施完善和發達的地面交通網絡等。

第三，教師準備基礎理論講解，主要為樞紐機場的基本理論，包括：樞紐機場的內涵、航線網絡基本構型、航班波的定義與意義、航班波的分類及特征、航班波的參數、樞紐機場銜接水平評估與航班波構建方法。

第四，教師準備航線網絡優化方法，該內容是機場功能實現最基本的條件，也是航空公司開展客貨運輸市場的前提條件，打造合理的、具有結構性的航線網絡，是機場充分發展的關鍵。教師需要對樞紐機場的小時圈進行分析；從國際、國內兩個角度對樞紐機場的航線網絡進行中長期規劃。

第五，教師準備基于航班波的樞紐機場航班時刻優化方法，包括：中轉航線客流TOP10航線、樞紐場航班時刻優化主要原則、樞紐機場航班波現狀分析、不同小時容量的樞紐機場航班波優化方案。

2.案例實施。

在項目實施階段，項目首先小組對項目進行分析，確定分工，制定完成項目的步驟、方法。其次，教師準備基礎理論講解，對國外典型樞紐機場航班時刻優化及航班波構建案例進行對比分析，對該項目的研究內容進行細化。再次，在學生建立數學模型和解決問題方法后，引導學生使用計算機輔助手段求解。最后，撰寫項目報告及分組公開答辯，這一過程中學生對各自的項目進行總結與展示相關成果。

五、結束語

本文針對《空中交通系統優化與管理》課程的知識點及教學特點，提出了以航班時刻優化及航班波構建案例教學為核心的教學改革方法。運用空管一線單位科研的重點課題的研究成果，設計了符合本科學生知識能力和案例研究能力的教學案例，提出了具體的案例教學任務、教學準備、實施步驟和教師案例教學總結方案。

參考文獻

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