基于多維度的航線匹配航班方法研究及應用

徐航

(民航中南空管局空管軟件研發應用開放實驗室，廣東廣州 510403)

航班和航線信息，是民用航空兩種重要的生產數據。同時，航班和航線之間也存在緊密的聯系，每個航班在執行時都需要按指定的航線飛行。如果航班飛錯航線，不僅影響空管指揮，造成嚴重差錯，甚至可能衍生出一些潛在的安全問題。然而我國航班與航線分別由不同主體管理，其中，航班的執飛需要有相關的預先飛行計劃，而預先飛行計劃由民航局運行監控中心批復[1]，而班機航線屬于空域管理范疇，需要軍民航的統一協調[2]，在實際運行中需要一線運行部門根據不同主體的相關要求建立航班和航線的對應關系。本文著重對航班計劃與班機航線的自動匹配進行研究。

吳冰[3]通過預先飛行計劃報解決了臨時加班計劃的航線匹配問題。許堅[4]通過自動化系統實現了飛行計劃航路處理中航班靈活航路的處理。孫竟超等[5]研究了基于交叉口的航班航線排序方法。但對于航班換季時大批量的新航班計劃的航線匹配關系，以上論述均未涉及，目前仍需要民航一線運行部門根據航班計劃和班機航線的各種條件進行匹配關聯。

目前，業內一線運行部門主要采用航班計劃主動匹配班機航線的機制，這種機制是在航班計劃和班機航線發布之初根據航班計劃的自身要素自動搜尋與之匹配的班機航線并建立匹配關系。這種機制可以大大提高航班計劃與班機航線的匹配效率。然而，一旦班機航線有所調整，受班機航線調整影響的航班計劃匹配關系也應隨著調整。而航班匹配航線的機制只能從航班計劃出發計算與計劃相關的班機航線，并不能反向計算出受班機航線調整影響的航班計劃并重新建立新的匹配關系，只能將所有航班計劃重新進行一次航線匹配，這是一個非常耗時的匹配過程。此時，如果能夠從班機航線出發反向搜尋合適該航線的航班計劃，將能大大提高航班航線的匹配效率。因此，在當前我國民航快速發展，由空域調整引發的相關航路航線變動愈發頻繁的大環境下，研究班機航線反向匹配航班機制，使得航班計劃與班機航線之間能夠形成匹配閉環，如圖1所示，對解決我國目前航班與航線匹配的諸多問題有重大意義。

圖1 航班與航線之間的匹配閉環

1 多維度的航線匹配航班方法研究

1.1 多維度的航線匹配航班問題

從航班計劃出發匹配班機航線的機制已經得到很好應用，而班機航線出發反向匹配航班計劃的機制卻始終無法很好地建立，很大程度上是由班機航線的特點決定的。班機航線自身是有多個維度的。其中最核心的三個維度是時間維度、空間維度和航班屬性維度，如圖2所示。

圖2 班機航線的維度

在時間維度上，班機航線是具有一定有效期的，同樣地，航班計劃也是具有有效期的，而往往這兩者的有效期并不是重合的，如何在不重合的有效期之間建立正確的匹配關系，是航線匹配航班計劃需要解決的基本問題。

在空間維度上，班機航線一般都會限定起降城市對。因此在空間維度上班機航線只能匹配給航班起降地址對符合航線起降城市對要求的航班計劃使用。一般國內班機航線的城市對只有一對，但國外的班機航線則可能存在多個城市對并存。這就意味著一條班機航線可能給多個起降地的航班共用。如何在空間維度上建立班機航線與多個起降地航班的對應關系，是航線匹配航班計劃需要解決的核心問題。

在航班屬性維度上，班機航線會限定航班使用該航線需要具備的一些限定條件，常有的航班限定條件包括限定航班號、限定機型、指定航空公司、限定國外航空公司、限定國內航空公司、限定外籍機組等，航班只有滿足班機航線本身的所有限定條件才能匹配該班機航線，班機航線可能沒有航班屬性限定條件，也可能有多個限定條件同時存在。如何根據班機航線自身多個航班屬性限定條件匹配符合條件的航班，是航線匹配航班需要解決的重要問題。

因此，多維度航線匹配航班的難點，就是要同時在時間維度、空間維度和航班屬性維度上考慮航線與航班的匹配關系。

1.2 多維度航線匹配航班機制

基于以上所分析的目前班機航線匹配航班計劃存在的問題，航線匹配航班機制，必須以改革的思路和創新的舉措，從多個維度實現航線與航班的匹配關系，如圖3所示。

圖3 多維度航線匹配航班機制

1.2.1 時間維度航線匹配航班機制

時間維度的航線匹配航班機制，是以航班的生命周期為核心，在每個航班生命周期的不同階段采用不同的匹配機制。

在長期計劃階段，航班以班期計劃的形式展示，此時航線匹配航班很大程度上還屬于宏觀意義上的匹配，主要用于航班的計劃及流量預測。因此，在這個階段匹配時只需要航線的有效期與航班班期計劃的起止時間段有交集即可匹配。

在航班計劃及領航計劃階段，此時航班已從班期計劃分離出來，每個航班每天的計劃都是相互獨立的，航班信息也較班期計劃時更加詳細。此時的航線航班匹配就需要將航班的執行日期能夠精確命中航線的有效期范圍，無法命中的航線代碼則應該從原有航線與航班匹配關系中移出。

在時間維度上，根據航班生命周期的不同階段采用不同的匹配策略，是航線匹配航班的基礎。

1.2.2 空間維度航線匹配航班機制

空間維度的航線匹配航班機制，主要是以航線許可城市對匹配航班起降地址對為核心。根據航線許可城市對的復雜性，主要可以分為三個層次。

當航線只允許單一城市對時，那么只需要在航班計劃中找出唯一城市對的所有航班即可。

當航線允許多個城市對時，則航班計劃中所有與航線許可城市對匹配的航班計劃都應能匹配上該航線。

當航線允許的城市對中包含多個機場時，那么在找航班時應考慮該城市下的所有機場地址。例如，泰國曼谷有兩個機場，四字碼分別是VTBD和VTBS。當航線許可城市對出現曼谷時，匹配航班就應該將VTBD和VTBS兩個機場同時考慮。

在空間維度上，根據航線的許可城市對與航班的起降地址對建立匹配關系，是航線匹配航班的關鍵。

1.2.3 航班屬性維度航線匹配航班機制

時間維度和空間維度的匹配機制是每個班機航線匹配航班時都需要考慮的。而航班屬性維度的匹配機制則要看班機航線是否具有航班屬性限定條件，如果沒有則可以跳過這一步，如果有就需要考慮航班屬性維度的航線匹配航班機制，如果航線在航班屬性維度具有多個限定條件，那么航班屬性維度的航線匹配航班還需要將多個限定都考慮其中。

航班屬性維度的限定條件主要包括以下幾個方面：

1)指定航班號

表示航線只能給指定的航班使用，那么航線匹配時就需要直接找到對應的航班。

2)指定航空公司

指定航空公司又可以細分為兩類。第一類是指定具體的航空公司，則在匹配航班時只允許匹配符合條件的航空公司的航班；第二類是沒有指定具體的航空公司，而是僅僅限定了國內公司或者國外公司，如果航線有此類限制，那么匹配航班時就只能匹配國內或者國外航空公司的航班。

3)限定機型

班機航線一般會限定航線上可以執飛的飛機機型。不過在班期計劃階段航班的執飛機型還不是確定的。因此限定機型的匹配需要航班進入領航計劃階段確定機型后，再進行航班機型匹配，將不符合限定機型條件要求的航班從之前的匹配結果中剔除。

4)外籍機組許可

班機航線默認條件下都是不允許含外籍機組的航班執飛的。只有少部分特批的航線許可外籍機組航班飛行。因此，即使根據上面所提到的限定條件已經匹配好航班，當航班進入領航計劃階段以后，還需再次檢查所有符合條件的航班是否也符合航線外籍機組許可要求，如果含有不符合條件的航班，也應解除航線與航班的匹配關系。限定機型和外籍機組許可均是在航班進入領航計劃階段以后對航線航班匹配關系的再次驗證，是時間維度和航班屬性維度相結合的充分體現。

2 多維度航線匹配航班的應用

2.1 大興機場啟用航路航線調整

2019 年10 月10 日凌晨，我國民航迎來北京大興機場啟用相關航路航線調整，這是我國民航史上最大范圍的空域調整。

對于如此大范圍的空域調整，民航各單位在空域調整前都應評估受航線調整影響的航班范圍，同時調整受影響航班的航線匹配關系。

以往的航線調整通常需要將所有航班重新匹配班機航線，以更新航班與航線的匹配關系。但這種方法不僅效率低下，而且由于是全部航班重新匹配，因此無法找出真正需要調整的航班范圍。

而本次大興機場啟用空域調整，通過多維度的航線匹配航班機制，從4000余條變更班機航線入手，反向匹配出了受影響的5000 多個航班。在成功檢索出受影響航班的同時，也提高了航線航班的匹配效率。

2.2 統一航班換季

我國民航每年兩次航班換季，民航相關運行單位都需要將新一季換季計劃及班機航線批復錄入運行系統，并建立航班計劃和班機航線的匹配關系。

近年來，中南地區通過航班自動匹配航線機制實現了換季計劃與批復航線的快速匹配，進而實現了中南地區的統一航班換季。

然而最近幾次航班換季均存在航線批復發布較晚的情況，而按照以往航班匹配航線的邏輯，需要所有航線批復錄入系統之后再進行匹配下發。這就意味著航班換季工作其實需要在獲得最后一份航線批復文件后才能開展。如果航線批復發布稍有延后，將會使航班換季工作陷入被動，進而影響整個中南地區的航班換季工作。

而本次冬春航班換季，通過多維度的航線匹配航班機制，換季工作已無需等待最后一份航線批復文件后再開展。只要航班計劃和航線批復單位發布新一季的航班計劃和班機航線，就能實時錄入到運行數據庫中，并實時發布到中南地區各相關單位。即便有部分班機航線批復可能會比較晚發布，也可以通過航線匹配航班機制更新匹配關系。使得換季工作能夠有更加充分的時間開展，大大提高了統一航班換季的效率。

3 結束語

隨著民航業的快速發展，未來航班和航線的信息也將日趨多樣化，這就要求民航一線運行部門能夠快速更新航班與航線的匹配方法，使得航班和航線之間始終能夠精確快速地建立匹配關系。本文針對目前航班和航線匹配存在的問題，提出了基于多維度的航線匹配航班方法，使得航班和航線匹配形成了“匹配閉環”，無論是航班計劃還是班機航線發生變化，都能迅速更新航班和航線之間的匹配關系。在我國民航空域調整以及航班換季中，很好地解決了班機航線變更給航班計劃帶來的一系列問題，提高了民航一線運行部門面對民航重大調整時的保障能力，取得了良好的社會效益。