民航协同决策(CDM)概念及分析

闫 然

(民航数据通信公司，北京 100191)

引 言

近几十年来，全球航空运输发展势头迅猛，空中交通流量的上升造成了各国空中交通堵塞、航班延误。针对这种情况，各国政府都采取了相应的措施，如增加本国的空域范围与基础设施等。不可否认，这些举措缓解了现状，但随着各国国民经济的进一步发展，以上做法还不能从根本上解决空中交通的拥挤问题。各国逐步意识到航空运输一体化的重要性，提高相关部门之间的协同决策的能力，增强管制水平已成为了共识，而协同决策(collaborative decision making，简称CDM)正是一种在管制部门与航空公司之间进行协调的有效方法［1］。

一 协同决策的概念

协同决策的概念最早出现在美国联邦航空管理局的一次实验中，1993年9月，美国联邦航空管理局通过航空数据交换协议(FAA/airline data exchange，简称FADE)实验，考证航空公司给空中交通流量管理(air traffic flow management，简称ATFM)部门提供的航班时刻表信息是否能提高空中流量管理效率。实验表明，协同决策的应用能够大幅度减少航班总体延误。

在空中交通运输系统中，空管、机场、航空公司等组织之间，以及各组织内部，在进行相应的工作过程中，往往需要多个组织同时参与一个工作流程，实现同一目标。但目前缺少一种标准化的协同机制，导致无论是在各组织之间还是组织内部都缺乏对工作流程所需信息的实时掌握，对资源的使用灵活性差、利用率低，造成了不必要的资源浪费。

协同决策是一种政府与行业之间的联合行动，首先由管制部门定出约束条件，然后航空公司在这些约束条件下优化自己的运作，最后在决策问题上达成一致。协同决策将空管、航空公司和机场联系起来，通过信息交流、数据共享和改善决策支持工具，努力提高控制交通管理效率，确保空管、航空公司和机场获得用于计划运作的实时、准确的信息，帮助决策过程，旨在利用协作技术和程序改进空中交通流量管理，为各方提供最大利益［2］。

二 协同决策在美国发展情况

协同决策是美国实施“自由飞行”项目第一阶段的五个核心成果之一，是流量管理的一个子系统，致力于流量的优化控制。它利用先进的计算机技术、通信技术、开放式数据库管理技术和网络技术将各个航空子系统的信息进行融合、提炼，以一定的专家知识为背景进行模拟与预测，从而实现一定的辅助性决策，进而提高各个空中交通管理部门和航空公司的应变与自动决策能力，通过协同工作以达到宏观规模效益的目的性手段［3］。

协同决策的最初目标是通过增强信息交换和协同来改善空中交通管理，快捷的信息和顺畅的协调有助于管制者和国家空域系统(national airspace system，简称NAS)用户做出更佳的决策，优化空域资源，降低延误，同时满足国家空域系统的业务需求。随着空中交通流量的持续增加、空中拥塞的不断出现，传统的流量管理方法已愈加显得无力，需要更先进的空中流量管理方法。空中运输业中互联网技术的广泛应用，促进了协同决策的产生，包含网络互连访问协议(internet protocol，简称IP)、互联网和电子商务的最新信息技术(information technology，简称IT)的采用，最新的航空公司和机场运行系统的不断开发。协同决策的产生，是传统体系和新技术的结合体。

在协同决策制定之前，民航基于航班数据(official airline guide，简称OAG)发布航班信息，而实际运行时往往和发布的时刻表相差较大，航空数据交换协议经常对已取消的航班并不知情，航空公司也很少知道航班延误信息，因此，不能有效、充分地使用降落资源。航空公司被排除在决策过程之外，导致了在地面延误程序中，航空数据交换协议和航空公司之间不能进行有效的通信和协作。而协同决策使航空公司具有了提供最新航班数据的动力，航空公司能够更多地参与到空中流量管理的决策过程中，通过数据交换，可以得到更好的航班信息，基于此信息的决策，获得更加有效的运行，从而降低延误。

下面是美国实现协同决策系统数据交换的四个组件［4］，可以为建立中国的协同决策系统提供一个很好借鉴。

1.CDMnet:

是一个intranet网，连接国家空管运行管理中心和航空公司运行控制中心(Airlines Operation Center，简称AOC)。其中CDM Hub是协同决策的处理中心。

2.CDM Messages(协同决策报文):

AOC通过intranet网以协同决策报文的格式将他们的航班时刻更改发送给CDM Hub。

协同决策报文有3种类型:

(1)FC—Flight Create航班的创建

航空公司告知FAA那些OAG中没有列出的航班，以及取消航班的恢复。

(2)FX—Flight Cancellation航班取消

航空公司告知FAA那些将不再飞行的航班。

(3)FM—Flight Modification航班变更

航空公司对现存的航班信息进行修改，FM报文主要被用来发送延误信息。

3.Flight Schedule Monitor(航班计划监视):

一种决策支持软件系统，用于流量指挥中心和航空公司间航班数据和信息的交换和发布。

4.Aggregate Demand List(时隙需求传输列表):

一种规定的数据传输格式。

协同决策为流量指挥中心和航空公司提供了一个数据和信息交换与共享的环境，在此环境下，指挥中心可以实现由以前的单纯指挥者向服务者转换，为用户提供更好的服务。由以前的指挥中心下达命令，航空公司被动接受，到航空公司具有更大的主动权，使航空公司等更多地参与到决策过程中，大大提高了他们的主动性和运作的灵活性。

三 协同决策在中国的初步探索

中国对协同决策的研究，往往被误解为仅仅是民航领域某工作流程中的参与者间实现数据共享，而实际上数据共享仅仅是协同决策中最为基础的内容，它所带来的影响还应包括两个方面:一方面是传统工作流程上的改变，各个参与者不再是相互割裂的单一流程，而需要建立一个完整的、为所有流程参与者所认可的、公开的工作流程;另一方面是文化、态度方面的改变，民航领域的工作流程中所有参与者应该对目标有一个共同认知的理念，在整体协商中，参与者需要建立一种相互信任的理念，积极地共享信息，制定出总体最优策略的同时，自身也实现了利益最大化。

中国尚未建立起全国性的空中交通流量管理系统，根据国外的成功经验，一个完整的协同决策协调机制需要在流量管理中心处建立一个协同决策中心协调席位，在全国范围内协调各区之间的流量时隙分配规划，又分别在区级流量管理单元和终端区流量管理单元上建立各自的协同决策席位。中心协调主要负责区域级的流量时隙分配规划，当需要跨区级协调时隙分配时则负责上报上一级协同决策协调单位，最后在终端区、塔台、机场和航空公司端设立相应的协同决策席位，负责时隙调整反馈、飞行计划更正、航路修正计划提交等工作。

图1 全国协同决策流量控制中心的协同决策协调工作流程

图1是需要在全国范围内进行流量控制协调的情况下，由全国流量控制中心进行的一次协同决策协调工作流程，具体如下:

1.问题的发出。某区域流量管理中心的专家发现某机场的流量问题，认为需要协调其他区域流量中心共同解决时，他就会将问题呈送给全国流量管理中心，或者全国流量管理中心的专家自己发现需要全国范围的协调管理时，也会发送即将要进行某个机场的协同决策流量计算指令。

2.要求航空公司提交最新的航班计划。

3.航空公司将自己最新的航班计划变更信息提交到中心数据库中，航班计划变更信息包括取消航班、航班延误、新增航班、备降航班等。

4.10分钟后，全国流量管理中心的专家再次对最新的信息进行分析，如果潜在的问题得到解决，就发送取消协同决策计算指令;如果仍然存在问题，则采取协同决策压缩算法。

5.全国流量管理中心将计算出来的建议时隙规划下发给航空公司和各个管制部门;如果时间紧迫，就直接按照计算出来的时隙分配执行。

6.航空公司可以在15分钟内就得到的时隙进行调整，包括时隙取消、时隙交换等方式将时隙提交给中心数据库。

7.全国流量管理中心再次对时隙反馈后的结果进行分析。

8.进入循环协同决策运算过程，一次协同决策运算的时间段为现在时间减去1～10个小时。这里的循环计算是因为，有可能天气变好，或者航空公司在不断调整航班的缘故，致使系统可再次进行新的协同决策运算。

四 结语

综上所述，协同决策是一种新的工作机制，是在原有基础上建立的一种新的工作流程。在一次民航领域业务流程中有两个以上的流程参与者共同参与的情形下，希望通过标准化的协同方式实现“由正确的人、正确数据和正确输入信息，做出更好的决策”，在充分考虑各参与者自身利益的同时，最大程度利用各种资源。协同决策在国内的应用，必将在减少航班延误、提高机场正常性、增强空管保障能力和提升航空公司效益方面发挥越来越大的作用。

［1］Tan Guang，Zhang Jun，Zhang Xuejun，et al.Concepts in Constructing CDM System［C］.China Proceedings of the 4th International Symposium onElectronics in the Air Transport Industry，8-9 January 2003.

［2］周沁，张学军，张军.机场流量管理模型的公平性与有效性研究［J］.中国科技信息，2005，4.

［3］颜晓东，朱道娴，马辉.美国空中交通流量管理体系及其对我国流量管理建设的启示［J］.中国民用航空，2007，2.

［4］Michael Ball，Robert Hoffman，Thomas Vossen.Optimization and Mediated Bartering Models for Ground Delay Programs［A］.June 15，2002.