机场历史运行数据挖掘分析

2016-08-06鞠璐

大科技 2016年35期

关键词：空中交通航班容量

鞠璐

（中国民用航空西北地区空中交通管理局陕西西安 710000）

机场历史运行数据挖掘分析

鞠璐

（中国民用航空西北地区空中交通管理局陕西西安 710000）

本文关注机场历史运行数据所反映出的机场容量问题，进而得出简单的机场容量结论。方法是通过对机场历史运行数据的分析，对实例机场进行简单的容量评估。

第一分析了机场运行历史统计数据。第二分析历史运行数据分析的方法在机场容量评估中的作用。

机场运行；历史数据；机场容量；容量评估

1 绪论

改革开放以来，我国民用航空业进入高速发展的时期。特别是80年代以来，经济的高速增长，为航空运输事业的发展提供了良好的外部环境，80～90年代，航空运输量以年平均近20%的速度增长。航空运输业的持续发展，导致我国的空中交通系统面临日益严峻的考验。我国的飞行流量分布极不均匀，仅北京首都、上海虹桥和广州白云三大机场就集中了我国民航约40%的旅客量和50%的货物量。流量如此集中，再加导航技术落后，受限空域多，部分空域结构设计欠合理，因此，尽管我国的空中交通流量与发达国家相差甚远，但空中交通的拥挤状况却严重的多，并因此引起大量的航班延误。

空中交通拥挤问题并不能简单的通过增加管制员人数的方法来解决，因此，流量管理的概念应运而生。它的任务是在空中交通流接近或达到空中交通管制可用能力时，适时地进行调整，保证空中交通流量最佳的流入或通过相应区域，尽可能提高机场、空域可用容量的利用率。简单地说就是通过对空中交通流进行安排和疏导来改善空中交通状况。

要进行流量管理就必须对空中交通容量进行准确评估，这是流量管理的基础和前提。而流量管理的主要目的就是在满足一定性能指标的条件下，调整交通需求与那些容量限制单元的容量相匹配。由此可见，容量问题的研究是空中交通流量管理的关键技术，与此同时，容量评估也是空域规划与评估的重要内容。

2 机场容量研究

2.1 机场容量与跑道容量

2.1.1 机场容量定义

机场容量是衡量一个机场吞吐能力的重要指标，又分为：实际容量和最大容量。这两种定义的最大不同在于服务请求是否持续不断的。实际容量是随着飞行实际服务需求变化的，具有一定的随机性；而最大容量则与此无关，因此可以作为评判空域提供服务能力的标准。

2.1.2 跑道容量定义

跑道容量是指跑道单位时间内能够接受飞机的最大起降架次。目前有两种概念来描述跑道系统容量：极限容量和实际容量。极限容量反映的是系统理论最大服务能力，而实际容量因各个机场飞行区条件不一、可接受延误水平定义不同，没有统一的标准或协议适用所有机场飞行区。

2.2 影响因素

影响机场容量的因素有很多，一般来说，容量取决于机场跑道容量和机场系统容量。本文重点研究机场跑道容量对机场容量的影响。而影响跑道容量的关键因素有：

（1）飞机的类型和性能；

（2）进离场航空器的跑道占用时间；

（3）尾流安全间隔标准；

（4）跑道运行模式；

（5）可用的快速脱离道及其与跑道间的静态结构。

由此可见，在进行跑道容量评估时，不同的影响因素，跑道容量也会有很大的变化。

3 基于历史运行数据的机场容量评估

3.1 基于历史运行数据的评估方法

基于历史统计数据的容量评估方法是一种客观的容量评估方法，是在通过统计历史运行数据进而分析运算容量。①采集大量的历史数据，通过运行数据分析，归纳历史数据的特点；②根据数据特点；选取样本统计时段（通常为1h、30min或15min）；③根据有效数据量，确定容量曲线拟合方法，方法主要为根据所包含数据占总采样数据的百分比拟合；④确定曲线拟合参数，主要方法是根据所包含数据占总采样数据的百分比（通常为95%）来确定；④根据拟合的容量曲线，确定其所包含的最大值样本点，得到历史运行容量。该方法主要适用于机场和繁忙扇区的评估，为计算机仿真评估结果提供参考。

由评估流程可以看出，该方法对历史数据要求比较高，主要要求包括：

（1）全面性：所采集的数据应当数量充足，详细程度应能够满足评估需求，能够全面反映评估对象的基本特征和运行规律。

（2）真实性：所采集的数据应当渠道明确，质量可靠，并由数据提供部门确认。

（3）有效性：所采集的数据应能够反映评估对象的运行常态，对于其中客观存在但属于偶发情况的奇异数据应予删除。

（4）时效性：所采集的数据应能够反映评估对象在近期运行环境下的状况，同时根据具体评估方法的要求，适当扩大数据采集周期。

3.2 国内机场历史运行数据分析

3.2.1 长沙黄花机场历史运行数据分析

根据长沙黄花机场提供的2011年10月、12月各前20d的实际运行数据，本文对长沙黄花机场的历史运行数据进行分析。

一组数据是长沙黄花机场2011年冬春航季期间12月前20d的实际运行数据（2011.12.1～2011.12.20）。

另一组数据是长沙黄花机场2011年夏秋航季期间10月前20d的实际运行数据（2011.10.1～2011.10.20）。

从而得到分析统计结果如表1。

表1

比对2011年10月和12月的历史运行数据，可以看出，夏秋航季的整体航班量多于冬春航季，但是两个航季的高峰小时流量相差无几。

进而，再根据10月和12月的进离场散点图对长沙黄花机场历史运行进行分析。根据长沙黄花机场历史飞行计划（2011.10.1～2011.10.20、2011.12.1～2011.12.20）及观测时段内的统计数据，本文采用的容量包线包含的样本数据是在200个左右采样高峰时段至少出现3～4次的样本数据（见图 1～2）。

2011.10.1～2011.10.20：

1h高峰航班起降架次共取样203个，最大观测值为起飞16架次/h，降落16架次/h；容量包络线包含的最大样本点为（起飞13架次/h，降落15架次/h）出现次数为4次。

2011.12.1～2011.12.20：

1h高峰航班起降架次共取样202个，最大观测值为起飞14架次/h，降落17架次/h；容量包络线包含的最大样本点为（起飞13架次/h，降落14架次/h）出现次数为3次。

图1 2011.10.1～2011.10.20进离场散点图

图2 2011.12.1～2011.12.20进离场散点图

3.2.2 武汉天河机场历史运行数据分析

采取和长沙类似的分析方法，，本文根据武汉天河机场提供的2011年2月和9月的实际运行数据，对武汉天河机场的历史运行数据进行分析。

一组数据是武汉天河机场2011年冬春航季期间一个月的实际航班数据（2011.2.1～2011.2.28）。

另一组数据是武汉天河机场2011年夏秋航季期间一个月的实际航班数据（2011.9.1～2011.9.30）。

从而得到了如表2的统计分析结果。

表2

对比一下两个月的数据，不难发现，在冬春和夏秋两个航季期间，武汉天河机场的航班活动基本持平，并无明显差距。下面本文通过比较进离场散点图来找出冬春、夏秋航季间的不同。

根据武汉天河机场历史飞行计划（2011.2.1～2011.2.28、2011.9.1～2011.9.30）及观测时段内的统计数据，本文采用的容量包线包含的样本数据是在200个左右采样高峰时段至少出现3～4次的样本数据（见图3～4）。

图3 2011.2.1～2011.2.28

2011.2.1～2011.2.28：

1h高峰航班起降架次共取样210个，最大观测值为起飞15架次/h，降落17架次/h；容量包络线包含的最大样本点为（起飞10架次/h，降落18架次/h）出现次数为3次。

图4 2011.9.1～2011.9.30

2011.9.1～2011.9.30：

1h高峰航班起降架次共取样205个，最大观测值为起飞15架次/h，降落13架次/h；容量包络线包含的最大样本点为（起飞9架次/h，降落17架次/h）出现次数为3次。

3.3 历史运行数据分析在机场容量评估中的作用

历史运行数据分析在机场容量评估中占有重要的位置。该方法所涉及的方面较为全面，主要有高峰小时流量、航班正常率、放行正常率、跑道占用时间、跑道系统滑行道系统延误等。通过该方法，可以得到机场的当前最大容量、可接受的最大容量、高峰小时服务能力等等方面。在分析过程中，通盘考虑影响因素，结合实例机场的实际情况，发现机场当前运行的瓶颈，并提出行之有效的改善方案。在不降低机场保障能力的前提下，最大限度的提高机场运行效率，增加机场容量。

运用历史统计数据的分析方法不但能够客观地反映出机场运行现存的问题，还能够将理论与实际情况相结合，针对不同机场各自的运行特点提出不同的改善方案。

综上所述，历史运行数据分析的方法适用性较高。采集机场历史运行数据，利用仿真模型、计算机程序即可得出需要分析比对的图表。