空域灵活使用视角下的区域航路航线运行管理

邵海平

摘 要：在20世纪末，各国空域使用部门意识到了空域非灵活使用，所带来的航线运行的低效性，所以欧洲各国启动了空域联合一体化计划，试图通过各国联系的加强，打破空域障碍，让空域管辖工作能突破常规与局限。因此，真正能实现空域灵活化管理，对区域航路规划效率有着至关重要的作用。本文基于此，通过构建模型，探究了区域航路航线管理的改革方案。

关键词：空域灵活使用视角 临时航路航线 区域航路航线

中图分类号：V355 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-0140-02

由于国外的空域灵活概念针对的主题是不可知的空域，而对于现存现应用的空域概念效果甚微，所以其空域内航线的管理还主要针对于非使用空域，其也仅仅停留在概念上，我国在2008年启动了空域相关内容的探索，并提出了相关的概念模型，以及实践应用与设想。研究人员通关模型的搭建，也为航线管理提供了一个崭新的方向。

1 我国区域航路航线运行管理历程

在2008年，我国航空领域科学家，从空域使用的动态选择性上，着眼于空域管理一体化，提出了基础的空域管理运行方案，紧接着，在此基础上，我国又进行了区域航路的规划与完善，让飞机在空域中的行程更加规范，此时已经建设形成了较为明晰的分流航线，我国的航空事业也因此到达了一个小顶峰[1]。随着国际领域中空域灵活使用的思想逐渐普及与进步，我国也逐渐提出了针对于不同时期的空域建设的若干方案，形成了既满足区域容量需求，又满足管理实际的区域管理方案，构建了基于时间计量的基础数学模型。

在整个过程中，孙晓阳等人考虑到了局域管理，却并没有具体深究，仅能针对单入口的飞行情况。且一些容量上的约束力也明显较为单薄，空域流量与相关算法之间的关联性并不明显，于是，2013年，相关研究人士对传统的利用时间作为微分条件的研究方法，改为了根据一定空域内的航路负荷。这样做也是基于流量动态化，对时间静态分析的改革。

2 关于区域内航路航线管理理念

航空事业中，最为基础需要保证的是合理的事故风险值以及较低的运营成本，只有满足二者，国家的航空事业才能蓬勃发展，所以在建立区域内航路航线管理系统时，必须要在保证系统正常运转的前提下，将成本控制在有效的范围之内[2]。于是基于上述条件，本文在模拟空域灵活管理模型时，引入了飞行成本、维系成本等相关要素，并将飞机飞行中可能出现的意外与风险作为附注因素计入总成本，将每一个要素作为一个数学因子，计入适应度函数，利用大数据相关性进行分析，来判断出航线航路的最适方案，在此过程中，还需要进行相关函数的构建以及遗传分析，将航线航路的管理问题转化成一个数学模型，抽象出来，进行集中分析，最终确定最低成本的最适飞行路线，这样做不仅可以为航空公司节约运行成本，也可以让空域的运行更加符合客观规律，也更具有灵活性。在本文的研究过程中，研究人员还引入了MFC在信息传递上的应用方法，相比于传统的运算机制，此方法的精度有明显优势，且节约了大量的运算过程，使得人工使用也更加便捷。

3 管理数学模型

在空域灵活使用视角下，航路航线的划设也具有灵活性，让航路航线选择也更具有多样性，如果不加以有效管理，各航线之间就会出现冲突，从而影响到飞机飞行的安全、时间以及效率[3]。所以实现航路运行，最重要的就是要避峰飞行，针对于飞机飞行的不同路线做不同的规划。在意外发生时，应该对区域内飞机的飞行状况进行调控，这样才能在保证乘客安全的前提下，最大程度的提高航路航线运行效率。于是本文构建了如下模型，来分析区域内航路航线运行规则。

3.1 提出假设

在进行数学模型建设之前，必须要明确航路航线建设与哪些因素有关，再确定不同的因素在其中所起作用，并进行相关性分析。本文研究的是一定区域内的航路航线管理，所以在设计模型时，要保证研究主题固定，即将某一航段的飞机飞行总容量设为常数，并将无关变量，例如飞机的始发时间与抵达时间设为已知。航班的运行速度、天气等非直观变量也应该设为固定值[4]。不仅如此，在研究时，还应该针对于固定航班进行研究，如果一段空域内出现了其他的运行航班，不仅会对实验结果造成干扰，其所呈现的数据也会失去其原有价值。

3.2 模型规划

我们在实践中，假设研究空域内出口一共A个，A作为自变量，满足均匀分布，入口一共B个，作为第二元变量，同样服从于均匀分布，之后，研究者还应该规范航班的个数，对其进行统计，并估计每一个航班的起飞与抵达时间。并记录每一个航班的具体航线，统计同一航班走不同航线，所需要用的时间的多少。在实验开始前，我们应该先进行航班抵达预模拟，再进行进一步的实践，对比实际与理论的差异值。

3.3 模型求解

遗传算法是生物进化中常用的一种算法，它的运算方法十分适合于本实验，不仅具有较好的收敛性，同时既可以针对于个体航班进行探究，也可以对群体进行集中的取样与分析，所以求解模型，遗传算法是值得考虑的。

适度性。

1.适度性

遗传应用中，适度性应用在生物与环境之间的适合度，以及生物与生物之间的适应度，和生物与遗传因子之间的关系上，适度函数的COV值越趋向于1，其相关性越大，说明其适应环境的能力越强。

在本函数中，适度函数针对的主题是航班航线与成本之间的适度性，以及航班航线与效率之间的关联程度。采用如上图所示的算法，可以计算出航班的最佳飞行方式，以及最正常的飞行速度，这也是该航班飞行的一个状态参量。飞机都是从初始状态，到激活状态的。

基因编码。在生物体研究过程中，每一个基因编码不同的DNA，构成不同的生物体，此方法是生物遺传学研究中常用的方法。依照此方法，研究人员也对航班进行了逐次编号，从A1～Ai，而将其中的临时航线编号为B1-BI，进行集中分析。对航班进行分类后，在研究过程中，应航班保持匀速飞行，从而研究航路航线本身对于航班飞行成本的影响。

4 算法分析

选择大多数航班时刻数据，嵌入到上述的建模中，用数学建模的方法，辅助C++程序，进行集中求解，基于生物学原理，来探索航线航路管理的最佳方案，在通过多次实践后，就可以得到航班航线管理的最优方案。针对于飞机的管理，管理者将该算法应用在日常的管理中，然后对航班进行规范性管理，不仅可以降低航空公司的运行成本，还可以对我国空域进行合理利用，让航班的运行时间与流量能达到和谐与统一。近些年来，根据实践调查显示，经优化后的航班线路运行方法，相较于传统的航线管理方法，整体的运营成本节约了10%，航班的安全到达概率却依然接近于100%。

5 结语

由以上研究显示，经过改革后的航路航线管理，不仅节约了大量的运行资本，还提高了航班运行的效率，同时空域的灵活度也有明显的加强，这也是空域灵活性管理的集中体现。该模型的提出对于空域的管理来说，是具有里程碑意义的。如果飞机的流量增加，将初始值进行更正，就可以得到新的规划方案，这样也为空域管理者调整航班时刻提供了较好的参考与借鉴。

参考文献

[1] 张东满，聂润兔，张兆宁，等.基于空域灵活使用的区域航路航线运行管理[J].航空计算技术，2014，44（1）：86-89.

[2] 王学安.基于Dijkstra算法的空域灵活使用时的飞行流量分配方法[J].中外企业家，2014（17）：221-223.

[3] 张明，韩松臣.基于空域灵活使用的终端空域规划设计方法[J].交通信息与安全，2013，31（5）：5-9.

[4] 卞晓峰.优化海拉尔空域航路结构提升沈阳程序管制区航班保障能力[J].空中交通，2013（4）：20-23.