航班时刻挤兑现象研究

2022-09-01王全跃高学亮

科技创新与应用 2022年24期

王全跃，高学亮

（中国南方航空股份有限公司，广州 510000）

随着民航业的蓬勃发展，航班量逐年增加，目前国内供民航使用的空域已经供不应求。在如此大的航班量下，常态化的通行量限制已经成为航班日常运行的主要影响因素，是影响航班正常性的基础限制条件，而航班正常性也越来越成为局方和航空公司考核的一个重点项目。深挖航班流控的根本原因，较多时候是由于容流不匹配导致的，而航班时刻挤兑现象正是容流不匹配的重要表象。本文通过对这一重要表象的研究，从航班时刻与终端区容量的角度出发，结合空管的日常限制，构建航班挤兑现象分析模型，分析影响航班正常性的因素，探讨解决该现象的方法。

1 航班时刻挤兑现象

1.1 航班时刻挤兑现象发生的原因

航班时刻挤兑现象主要发生在两个及多个航班为同一方向（目的地相同或是使用同一走廊口的出港航班）航班时刻重叠或者相近的情况下，受航路流控限制或是间隔要求，后一航班的离场时刻受制于前一航班的情况。

其主要表现为以下几点（排除航空公司自身保障原因或是航班计划过站时间不足等导致航班不能按时起飞的情况）：

（1）前一航班（或前几个航班）时刻正常，后一航班则流控，反映在数据上则是前一航班月度正常率比该航班正常率高（5%以上甚至更多）。

（2）如果前一航班延误，后一航班必然延误，且若是要协调该航班时刻提前，需协调前一航班时刻也提前；而该航班延误时间一般情况较前一航班更长。

（3）如果该航班时刻正常，前一航班时刻必将正常。除非该航班特殊原因协调不受限，其余时候该航班正常时，前一航班都能正常执行。

1.2 时刻挤兑现象与流控现象的区别

（1）时刻挤兑现象与流控现象一样，是航班不能按照计划起飞时刻起飞的一种情况。

（2）根本原因不同：流控产生的根本原因是临时发布的流量限制信息，而时刻挤兑现象发生的根本原因为航班时刻较为密集导致后一航班受制于前一航班的时刻，无法比前一航班时刻更早所导致延误。

（3）流控信息不同：流控导致航班延误时，流控信息一般为临时增加的限制信息；而时刻挤兑现象则较多发生在日常化的限制信息或是常态化的流量限制情况下。

（4）若是已经有时刻挤兑现象，当因天气或者其他用户活动导致除日常流量限制外增加了临时流控限制时，在时刻挤兑现象中的航班将面临更大的延误且对抗临时流控限制时的裕度将变得更低。

2 造成航班时刻挤兑现象发生的主要因素

影响航班运行或者说导致航班流控的因素有很多，本文仅讨论日常情况下影响航班运行的主要因素，主要分为终端区容量限制、尾流间隔和通行量间隔要求。

2.1 终端区容量限制

在终端区运行的航空器运行架次不超过当前机场的最大运行容量。而在终端区运行的航空器包括地面推出、滑行的航空器和空中起飞与即将落地的航空器，这些都是终端区流量的重要组成部分。就目前管制能力而言，在不遇到其他导致航空器积压的情况出现之前，受到终端区容量限制的情况主要发生在终端区每小时起降架次这一限制。对于单跑道运行的机场，多数情况下每小时20～25 个起降架次已经接近该机场运行的上限了。

2.2 尾流间隔

终端区尾流间隔应根据航空器尾流等级确定，分为起飞尾流间隔和落地尾流间隔。

2.2.1 起飞尾流间隔

当前后起飞离场的航空器为重型机和中型机、重型机和轻型机、中型机和轻型机，且使用下述跑道时，前后航空器间非雷达间隔的尾流间隔时间不得少于2 min。

（1）同一跑道。

（2）跑道中心线间隔小于760 m 的平行跑道。

（3）交叉跑道，且后机将在同一高度或在前机之下不大于300 m 的高度穿越前机的飞行轨迹。

（4）跑道中心线间隔大于760 m 的平行跑道，且后机与前机同高度或在前机之下不大于300 m 的高度穿越前机的飞行轨迹。

2.2.2 落地尾流间隔落地尾流间隔见表1。

表1 落地尾流间隔表 min

2.3 同方向间隔

为保障航空器安全运行，使用同一航路的航空器需要留足航空器运行所需间隔，而通常空管直接发布通行量监控或是常态化走廊口流量限制，以便满足航路内航班间隔要求。

3 终端区内航班正常运行限制模型

3.1 日常限制模型

3.1.1 尾流间隔

式中：X表示航空器计划起飞时刻；B表示航空器的尾流间隔要求。在同一条跑道起飞的相邻两架航空器的起飞时刻应该大于等于尾流间隔，航班才能正常执行。

3.1.2 同方向间隔

式中：X表示航空器计划起飞时刻；C表示航空器的同方向间隔要求。前往同一个航路点出港的相邻两架航空器的起飞时刻应该大于等于同方向间隔，航班才能正常执行。

3.2 终端区内流量限制

在批复航班计划起飞时刻时，理论上终端区内单位时间内的流量不应该超过终端区容量上限，即L≤Lmax。式中L为终端区流量，Lmax为终端区容量上限。

其中终端区流量又包含地面推出和滑行中的航空器和空中起飞以及正在落地的航空器，因此，

式中：T表示单位时间内终端区地面滑行的航空器数量；A表示单位时间内终端区空中航空器数量。

单位时间t（i，j）内，终端区地面滑行的航空器数量T可表示为，其中地面滑行航空器数量应不大于终端区最多滑行数量，因此可写为

单位时间t（i，j）内，终端区空中航空器数量A可表示为其中空中航空器数量应不大于终端区能承受的最多空中航空器数量，因此可写为

因此，终端区流量限制可写为

3.3 基于航班时刻的航班正常性模型

在终端区运行的航班同时受到上述几条限制影响，因此基于航班时刻的航班正常性模型可写为当航空器的时刻同时满足上述几个条件，才能保证航班按计划时刻执行时能正常起飞。

4 实例分析

4.1 寻找时刻挤兑航班

首先通过航班正常率以及航班执行情况筛选出某一机场正常率低的航班。通过研究该航班时刻，不难发现在该航班临近时刻有其他航司的航班正常率高于该航班较多，通过研究当地机场发布的限制以及当月航路流量限制情况可以得出，因为两个航班时刻相近，前一航班时刻挤兑了后一航班，造成后一航班正常率偏低。

这样的航班有很多，这里以宁波机场航班时刻为例，见表2。

表2 宁波机场出港航班时刻与正常率分析表

以宁波机场11∶10—11∶25 这段时刻出港航班为例。该时段内共有4 个同方向出港航班，其中两个航班是同时刻航班（AQ1066 和CZ2736），其中两个是同目的地航班（AQ1066 和CZ8518）。宁波机场UGAGO 走廊口日常流量监控限制为8～12 min 一架次，宁波机场每小时航班起降航班量为20 架次。因尾流间隔B小于同方向间隔C，且落地航班架次为4 架，满足宁波机场小时起降容量。故将航班间隔C控制在8 min，用MATLAB 求航班正常数量最大&延误时间总和最小的最优解可以得出以下结论。

若确保AQ1066 或者CZ2736 其中一个航班正常（因为上述两班为同时刻航班），出让CZ2736 时刻给MU9895，这样在总延误时间为23 min 的情况下，仅比剩下3 个航班依次延误的总延误时间增加1 min，换来多一个航班的起飞正常。宁波机场航班预计延误方案与COBT 时间分配见表3。

表3 宁波机场航班时刻与COBT 时间分析表

由此可见，CZ2736 正常率较AQ1066 相差较多的原因为2 个航班同时刻，但根据UGAGO 走廊口的限制，其中一个航班正常执行时，另一个航班基本无法正常执行。而对于MU9895 来说，因为和前面2 个航班有10 min 的时刻间隔，刚好可以满足走廊口8～12 min 的间隔要求，可出让CZ2736 时刻以保障该航班正常，以提升机场出港航班正常率。再看CZ8518，因为前面有AQ1066 为同目的地航班，所以该航班的时刻受制于AQ1066 和CZ2736，因此正常率最低，这是从航班正常性角度出发的最优解法。从正常性数据中可以看出，目前空管CDM 系统也是遵照这样的解法来进行设计的，实际结果和模拟解法一致。

这个例子很明显地说明了宁波机场11∶10—11∶25时段内发生了航班时刻挤兑现象。那么，对于遭受航班时刻挤兑的CZ2736 和CZ8518 航班来说，有什么办法解决这个情况呢？

4.2 通过临时计划动态调整避开时刻挤兑

对于处置终端区航空器容流不匹配的情况，航班临时计划变更是局方认可的，也是针对起飞、落地机场超容最有效的手段。它能有效调整终端区航空器进出港每小时架次，从而匹配终端区每小时容量，最大程度优化航班时刻，减少航班延误。

以临时计划动态调整提升航班正常性的实质是：将因流量限制导致部分时段超出时刻容量的航班，调整至时刻容量较为宽裕的时段，从而确保每个时段内的进出港航班量在流量限制的要求内或是终端区可以保障的航班数量内。

对于宁波机场11∶10—11∶25 这个时段来说，根据日常限制8～12 min 一架次的限制条件，15 min 内有4个同方向航班是不可能保障全部航班都正常的，因为4 个航班所需间隔一般为24 min，对于该时段的宁波机场来说是超容的。因此，将时刻为11∶10 的AQ1066或是CZ2736 调整至其他时段就可以解决这个问题，详情见表4。