多机场终端区进场航班排序方法研究

陆嘉旻

摘 要：近年来，在交通需求量相对较大的区域，多机场现象已经十分普遍，由于多机场终端区存在空域结构复杂、机场密集性高、交通流量大等特征，使其成为事故高发的区域之一，对空中交通运行效率产生一定的影响，在此背景下，该文针对多机场终端区进场航班排序方法展开研究，为改善多机场终端区航班运行状态作出努力。

关键词：多机场终端区 进场航班 排序方法

中图分类号：V355 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（c）-0021-02

多机场终端区即不少于两个相邻机场的大型联合终端区域，在此区域中的机场在运行过程中通常受相邻机场的机场分布、机场跑到数量与方向、空域结构、管制单位保障能力、航空器性能等因素的影响，对多机场终端区进场航班排序方法进行分析，可以为改善多机场终端区进离场航线的影响提供途径。

1 现有多机场终端区进场航班排序方法分析

1.1 局部最优枚举法

此方法的原理是将多机场终端区的进场定位点航班流按照目的地机场进行分流，然后利用局部航班序列枚举，确定最优解，例如将某多机场终端区中的一个进场定位点按照目的地分为两个列队，此时在进行进场排序时，可能第一队第一架航班先，也可能第二队第一架航班先，在航班达到序列方面也存在对应两种可能，通过对不同航班排序的延误成本进行计算，可以获取成本最小的排列，在机场落地航班确定的情况下，将对应航班从进场定位点队列中出去，以此逐渐类推可以获取进场航班的进场序列[1]。此种方法在使用的过程中要综合考虑机场、定位点双重因素，所以在关键排序点出现时隙浪费的可能性较大。

1.2 以进场定位点目标过点时间为基础的先到先服务法

此方法的原理是先通过航班过进场定位点的预计时间进行排序，然后对各韩版进场定位点目标过点时间进行准确的计算，在对航班间尾流间隔进行确定的基础上，分配机场时隙资源，可见此方法在应用的过程中强调进场定位点资源的使用情况及分配，但在实际应用的过程中，由于不同进场定位点至对应机场所消耗的时间存在差异，在应用时也会产生时隙浪费，而且延误成本控制的难度也相对较大。

1.3 以机场目标达到时间为基础的先到先服务法

此方法的原理是结合航班落地的预计时间对机场航班进行排序，并对各航班的机场目标达到时间进行计算，将计算结果与多机场终端区内机场至进场定位点之间的飞行时间相减，计算出进场定位点目标过点时间，进而实现进场排序，此方法在应用的过程中强调机场接受率，所以机场到达时隙浪费的程度较小，但不可否认其存在传递延误的特点[2]。

可见现有多机场终端区进场航班排序方法虽然表现出多样化的特征，但其在应用的过程中均存在一定的缺陷，为保证空间时隙资源的充分利用，笔者在以上排序方法的基础上，提出以下两种排序方法。

2 以固定航线为基础的多机场终端区进场航班排序方法

多机场终端区进场航班通常在进场定位点和相应的机场跑道头都要进行排队，而且在进场定位点和机场的目标达到时间均要接受管制员的时隙分配，所以在排序的过程中要结合多机场运行的实际特征和进场定位点间隔、跑道尾流间隔、时间窗、最大位置交换、终端区进场容量等方面的约束，确定航班总延误时间或成本最小的顺序。假设在排序的过程中，航班时刻和空域单元容量均为已知条件，而空中等待是航班延误的主要形式，而且进场航线具有固定性和唯一性，则可以建设以延误值最小为基础的多机场终端区进场航班排序方法模型，即，其中FAFm代表最后进近定位点；代表航班a至参考点r的可行时间集合；代表航班a过参考点r预计过点时间；是一种决策变量，在航班a在时间t内可以顺利的到达参考点r，则其取值为1，如果其并不能顺利的到达，则其取值为0； A则代表网络中航班a的集合[3]。结合该模型可以发现，在此模型排序的过程中强调最后进近定位点的各进场航班的总延误达到最小的程度，所以在跑道位置的优化排序可以视为所要获得的最优排序，在此排序中只有达到进场定位点前后进场与最后进近定位点之间可能发生延误情况。在此模型应用的过程中航空器需要在设定的时间范围内顺利通过参考点；两架航空器要在设定的排序点同时符合间隔约束条件的要求；相邻航班满足最后进近定位点位置的尾流间隔约束；进场和最后进近定位点的延误要在设定的标准范围内，在交通流与新交通流汇聚时，交通流中航空器的顺序不应发生变化，在排序前后航空器次序的差额要在最大允许交换位置的范围内；结合先到先服务的原则，在初始排队中靠后的航空器的预计过点时间应更大；另外，在各机场的进场航班数量应在其进场容量的允许范围内，以上均是次序排列的约束条件[4]。

除以上模型外，在固定航线时序排列方面还存在以延误

成本最小为基础的排序模型，

，其中K代表相关航空公司构成的集合；WK代表K航班绝对优先权重集；Ca为航班a延迟降落的单位延误成本[5]。在两种模型构建完成后，引入遗传算法进行排序，其主要步骤是，先对航班信息进行全面读取，以进场定位点为依据，对航班进行列队分配，然后在对种群初始化的基础上，对染色体对应航班队列的目标函数进行计算，并在其基础上计算适应度函数，确定种群中的最优和最差个体，在确定进化代数在最大代数以下的情况下，利用轮盘赌选择种群中的染色体，并以交叉概率的形式对其实现交叉操作，以变异概率的形式对其实现变异操作，在以上环节充分进行的的情况下，进行遗传效果的评估，对种群最优函数值进行输出，以此确定航班队列顺序以及相应的目标达到或过时间等，这对提升空中交通的有效性具有积极的作用。

3 以灵活航线分配为基础的多机场终端区进场航班排序方法

现阶段经常存在多机场终端区相同进场方向设定多条可选进场航线的情况，为降低进场航线选择耦合而导致的间隙浪费，提升空域的利用效率，需要在灵活航线分配的环境中确定有效的进场航班排序方法，此方法即要为所有航班分配有效的进场航线、进场定位点，而且要对其进行排序，同时其在航线交叉点间隔满足安全需要和相关规定的要求，现阶段在此方面建立的排序模型为，其中F代表航班的集合；R代表进场航线集合；代表制定航线终止排序点；Tf，r，p代表航空器f在航线r的p点位置的连续时间变量；Af，r为决策变量，当航空器f的进场航线分配与预期的r一致的情况下，其为1，如果与预期的r不一致为为0；在以灵活航线分配为基础的多机场终端区进场航班排序模型建立后，同样需要引入遗传算法，具体的计算过程与以固定航线为基础的多机场终端区进场航班排序方法计算基本一致。现阶段部分机场通过构建多机场终端区进场航班排序辅助决策系统提升排序的准确性和效率，效果十分显著，应积极推广和借鉴。

4 结语

通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到多机场终端区机场间的相互影响，并有意识的通过探索有效的多机场终端区进场航班排序方法，使多机场终端区的航班运行得到保证，这是现代空中交通运输发展过程中急需解决的问题，应受到高度关注。

参考文献

[1] 马园园，胡明华，张洪海，等.多机场终端区进场航班协同排序方法[J].航空学报，2015（7）：2279-2290.

[2] 胡明华，马园园，田文，等.复杂终端区进场交通流优化排序方法研究[J].南京航空航天大学学报，2015（4）：459-466.

[3] 张妍，胡明华，张颖.多机场终端区进场航班排序模型研究[J].航空计算技术，2013（3）：20-24.

[4] 赵彩霞.基于多元受限的多机场联合放行问题研究[D].南京：南京航空航天大学，2012.

[5] 胡观凯.多机场终端区空域结构模型的研究[D].广汉：中国民用航空飞行学院，2015.