始發航班運行進程控制探析范文

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《科技和產業》2017年第10期

摘要：實際運行中發現，始發航班正常率低會直接影響機場全天航班正常性。以始發航班“關艙門”為依據，將進程分為“關艙門前”和“關艙門后”兩個部分，分析始發航班進程控制。首先，介紹了始發航班關艙門前的三個流程以及關艙門后跑道選擇問題；其次，提出采用AOE網關鍵路徑法找出“關艙門前”流程的關鍵路徑并對其進行優化和控制的策略；最后，討論了航空器“關艙門后”，盡快離開機場的跑道選擇問題。

關鍵詞：始發航班；進程控制；AOE關鍵路徑；跑道指派

近年來，隨著我國經濟和民航事業的快速發展，選擇飛機作為代步工具的旅客數量逐年增加，隨之而來的是航班延誤現象頻繁發生以及機場航班正常率逐漸下降。航班能否安全正常的離開機場逐漸成為社會關注的焦點，也是機場需要解決的問題之一。隨著航空客流量的不斷增加，機場資源有限性與旅客增長無限性的矛盾日益突出，為提高機場全天航班的正常性，僅憑不斷改擴建增加機場容量已經很難滿足現狀，必須更加科學合理地利用現有的機場資源。始發航班是機場整日航班運營計劃中的重要組成部分，也是機場每天執行放行任務的首批航班。在實際運行過程中發現，提高機場全天航班正常性的關鍵在于始發航班放行，其離港進程的快慢直接影響了后續航班的放行，一旦離港進程未按原定的航班計劃執行，就會造成后續航班積壓、延誤甚至被迫取消航班。研究始發航班運行進程控制不僅能使匱乏的機場資源得以充分利用，而且對提高機場全天航班正常性有積極的影響。

1始發航班運行各進程分析

航班放行正常的重要條件之一是機場對航班保障流程的順利進行，作為影響機場全天航班正常性的始發航班放行亦是如此，即始發航班放行各流程（包括旅客離港保障服務流程、行李處理流程、航空器地面保障流程）的進度快慢直接影響始發航班的放行。但對于多跑道機場而言，航班保障流程并不是影響航班放行的全部因素，而影響始發航班放行的另一重要的因素就是航空器推出以后對于跑道的選擇問題，即滑行至跑道的過程是否需要排隊等待。根據航空器是否推出，將影響航班運行的進程分為關艙門前和關艙門后兩大部分：

1．1關艙門前

1．1．1旅客離港保障服務流程

旅客選擇航空運輸出行時，必須要實現與其他交通方式的轉換，轉換即需要旅客辦理相關的手續，從機場航站樓的角度來講，此手續是對旅客提供的服務。這種服務是在航站樓內進行的具有順序的排隊服務，服務過程稱為服務流程，這些流程對始發航班放行必不可少［1］。由于始發航班發生在上午（通常為早上6：00－9：00），正是機場流量早高峰時期，旅客在航站樓內值機、安檢、過海關等流程耗時比較長，且可控性不高，是發生航班延誤的重要原因之一。研究始發航班旅客離港服務流程，主要目的是找出影響該流程的瓶頸，充分利用現有資源并通過算法對其進行優化改進。始發航班離港旅客的服務流程與其他時間段離港旅客服務流程大致相同，其核心部分均為值機、安檢、候機和登機等過程，典型的始發航班旅客離港流程如圖1所示。

1．1．2行李處理流程行李

伴隨旅客的到達而出現，其處理方式和運行情況對旅客離港流程也有一定的影響，從而直接影響機場的客運能力。因此，研究始發航班的行李處理流程不僅能使始發航班盡快完成保障工作，也能為提高機場航班正常性作出相應的貢獻。行李處理流程是機場對始發航班流程保障中的一個重要分支，而行李處理流程均依賴于行李處理系統（BHS）來完成，此系統是機場航站樓處理行李的重要設施。行李處理系統（BHS）主要由離港行李系統、到港行李系統、中轉行李系統、早到存儲系統等子系統組成，每個子系統有各自獨特的運作模式［2］。而本文旨在研究始發航班離港問題，在行李處理流程中只涉及行李處理系統中的離港行李系統，且在離港行李系統中對始發航班的旅客行李處理起到決定性作用的系統主要有值機系統、行李安檢系統、行李分揀系統，即在始發航班行李處理問題中著重討論行李托運、行李安檢、行李分揀問題。研究始發航班行李時，截載前最后一位到達機場旅客的行李處理是關鍵，這就是各個機場設定截載時間，即拒絕旅客辦理登機手續的最后時間的原因。因為只有確定了登機的人數之后，飛機的配載等相關工作才能夠進行，同時因為行李處理流程將花費很長一部分時間，如果設定的截載時間不合理，將嚴重威脅到航班的正常性。

1．1．3航空器地面保障流程

因航班性質的不同，將航空器地面保障流程分為始發航班地面保障流程和過站航班地面保障流程，文章著重研究始發航班地面保障流程。始發航班在離港前，機場需要對航班進行一系列的生產保障和地面準備工作，該過程任務繁多且用時較長，同時涉及多個保障部門的協調配合，主要目的是能夠在規定的時間內完成各項保障工作，并使航空器接受保障服務的時間盡可能短［3］。因此，始發航班地面保障進程的進展程度將直接影響航班正常性以及航空公司的經濟效益。從安全性及規范性的角度出發，民航局下發的《機場航班運行保障標準》（81號令）中對航班運行保障流程涉及的各個環節的時間節點進行嚴格的約束［4］。81號令中尤其對始發航班地面保障作業方面做出了要求，包括對一些特殊事件的處理進行了規范（除冰雪、不正常航班的保障等）。

1．2關艙門后

始發航班在出港前獲得空管部門的放行許可后，且完成起飛前的各項保障工作后關閉艙門。航空器關閉艙門后，機組請求推出許可，得到同意后，航空器從停機位推出開車，開始向塔臺地面管制申請滑行的放行許可，得到許可后開始滑行。滑行到跑道外時，應該在跑道外標記的等待位置等待，得到進入跑道的放行許可后，才可進入跑道起飛。對于始發航班而言，為減少航班延誤，提高航班正常性，不僅需要優化分析航班關艙門前的各項地面保障流程，同時也需要對關艙門后航班的地面運行流程進行優化改進。航空器在關閉艙門后允許推出開車到最后允許上跑道起飛離場過程中，涉及停機位的分配以及跑道的指派兩大核心問題，停機位分配問題貫穿于航空器關艙門前后：關艙門前，會直接影響各項保障工作的進行以及旅客的乘坐體驗（步行距離、近遠機位等）；關艙門后，會間接影響航空器對于跑道的選擇問題。而跑道選擇問題，即航空器是根據停機位分配遵從“就近起飛”原則選擇跑道，或是為了航班盡快離開機場而遵從“時間最短”原則選擇跑道。

2基于AOE網關鍵路徑法的始發航班關艙門前流程優化

2．1AOE網關鍵路徑法

AOE（ActivityOnEdge）網的關鍵路徑算法常用于生產工序中，合理估計工序的完成時間；由于AOE網中許多活動可以同時進行，所以完成工序的最短時間是從源點到匯點的最長路徑的長度，路徑長度最長的路徑叫做AOE網的關鍵路徑（CriticalPath）［5］。同樣，始發航班關艙門前的各項保障作業是一種拓撲網絡結構，很多作業同時進行的，且提高保障效率的關鍵是找出影響整個進程的關鍵路徑，而AOE網的關鍵路徑法正是解決此類問題的有效方法。關鍵路徑法（CriticalPathMethod，CPM），又稱關鍵線路法，是一種網絡圖方法，最早出現于20世紀50年代，由雷明頓－蘭德公司（Remington－Rand）的JE克里（JEKelly）和杜邦公司的MR沃爾克（MRWalker）在1957年提出的，用于對化工工廠的維護項目進行日程安排［6－7］。它通過分析項目過程中哪個活動序列進度安排的總時差最少來預測項目工期的網絡分析，用網絡圖表示各項工作之間的相互關系，找出控制工期的關鍵路線，在一定工期、成本、資源條件下獲得最佳的計劃安排，以達到縮短工期、提高工效、降低成本的目的。對于一個項目而言，求其關鍵路徑，通常的做法是：1）將項目中的各項活動看作是一個有時間屬性的結點，從項目起點到終點進行排列；2）用頂點代表事件，有向線段代表活動，權值代表活動持續的時間；3）用有方向的線段標出各結點的緊前活動和緊后活動的關系，使之成為一個有方向的網絡圖；4）用正推法和逆推法計算出各個活動的最早開始時間，最晚開始時間，最早完成時間和最晚完成時間，并計算出各個活動的時間余量；5）找出所有時間余量為0的活動所組成的路線，即為關鍵路徑；6）識別正確的關鍵路徑，為網絡優化提供約束條件。

2．2繪制AOE網結構圖

始發航班關艙門前的保障流程比較復雜，通過梳理和簡化繪制了AOE網結構圖，主要包括：A）問詢臺購票；B）旅客辦理值機手續；C）行李稱重；D）旅客過安檢；E）航班最后一位旅客登機；F）航空器始發拖拽到位；G）廊橋或客梯車對接，開啟客艙門；H）清潔隊開始清潔客艙；I）機組及乘務組保障；J）餐車開始配餐；K）航油公司油車在位加油；L）行李安檢；M）行李分揀；N）裝運行李；O）行李上飛機；P）關閉貨艙門；Q）最后一位到達旅客的行李特殊處理到達飛機；R）旅客開始登機；S）送配載平衡圖、艙單等文件；T）污水車、垃圾車、清水車在位作業；U）旅客在候機室候機；V）虛擬活動；W）虛擬活動；X）關閉客艙門，廊橋撤離，拖車拖出飛機。

2．3計算關鍵路徑

當繪制完始發航班關艙門前運行保障的AOE網結構圖后，從結構圖可以看出只有所有路徑上的作業都完成了，全部保障作業才算結束。因此，關艙門前整個保障作業過程所需要的時間取決于從起點到匯點的最長路徑，在網絡圖中耗時最長的路徑叫做關鍵路徑，關鍵路徑上的作業稱為關鍵作業。采用AOE網結圖計算關鍵路徑時，傳統算法是首先需要引入事件的最早開始時間VE（j）和最晚開始時間VL（i）兩個概念，然后計算活動的最早發生時間E（i）和最晚發生時間L（i），把E（i）＝L（i）的活動稱為關鍵活動。對始發航班而言，E（i）＝L（i）表明結構圖中此活動處于關鍵路徑上，且活動執行的效率對航班保障具有直接的影響。

3跑道指派問題

始發航班在關閉艙門之前，包括航班保障的各個流程開始之前，必須遵循機場停機位的分配原則以及約束條件分配機位，本文以航空器完成保障的時間最短為約束條件對停機位進行分配。關閉艙門后，考慮航空器推出開車，進入滑行道滑行，直至允許進入指定的跑道進行起飛，對多跑道機場而言，這過程涉及航班排序和起飛跑道選擇問題兩個子問題。航班排序主要考慮不同機型航班尾流間隔不同對航班排序；跑道選擇問題，管制員在為航班分配跑道時都會考慮“航路”、“就近原則”等因素，但有時也會造成跑道資源的浪費［9］。對多跑道機場來說，航班離港排序一般有三種方式：①先對航班排序，然后分配跑道；②先分配跑道，后排序；③同時進行航班排序與跑道分配。考慮先分配跑道可能會造成機場跑道資源的浪費，文中采用第一種方式建立離場排序模型，即先對始發離港航班排序，后根據機場運行的實時情況分配合適的跑道。針對始發航班，首先選擇一個時間段內離港的航班進行排序，然后遵從“就近起飛”原則分配跑道。此時，可能會出現跑道資源使用不均衡的情況，使得一條跑道超負荷運行，而另外一條跑道處于閑置狀態，為避免出現這種情況，擬采用算法設計跑道容量的閾值，此閾值是從時間角度出發考慮，當超過閾值時航空器選擇滑行至遠跑道起飛會比近跑道排隊等待起飛的時間較短，從而為后續航班放行爭取更充足的時間，減少航班延誤。假設國內某樞紐機場有A和B兩條跑道，且其跑道容量閾值分為a和b，按照“就近起飛”原則分到兩條跑道的航班隊分別為X＝｛x1，x2…xm｝和Y＝｛y1，y2…yn｝，正常情況下航班xi（i∈m）和yj（j∈n）分別選擇距離較近的跑道A和B起飛，始發航班放行時是機場的早高峰時段，很容易會長時間排隊等待，如果航班xi放行時前面在A跑道排隊的航班較多，大于等于A跑道的閾值a，那么航班xi在管制員允許的情況下，應該選擇滑行至B跑道起飛，而不是在A跑道外排隊等待，既浪費時間又消耗燃油，對于航班yj的放行也是如此。

4總結

目前，航班正常率低下的現象在國內樞紐機場普遍存在，但很少有機場從始發航班放行的角度去著手解決問題。相反，大多機場都是通過改擴建的方式增加機場的容量，降低航班延誤，提高航班正常率。本文從始發航班放行的角度出發，首先通過AOE關鍵路徑法研究始發航班運行的各進程，提出以VC＋＋6．0為開發工具能夠實現始發航班各進程的動態監控，及時解決問題；然后以航空器保障時間最短為約束條件對停機位進行分配；最后從航空器滑行和排隊時間的角度設計了跑道容量的閾值，實現以“時間最短”為原則的跑道選擇。本文的研究尚且處于前期理論分析探討階段，后期研究將提出完整的動態控制算法并進行實例分析。

參考文獻

［1］吳忠君．航站樓旅客離港服務流程建模與仿真［D］．哈爾濱：哈爾濱工業大學，2013

［2］王朝．機場行李處理系統與航站樓旅客流程關系的研究［J］．科技視界，2013（6）：5，37．

［3］孟玉新．重慶機場服務流程再造［D］．重慶：重慶大學，2005．

［4］機場航班運行保障標準［S］．中國民航局，2013．

［5］劉小晶．AOE網的關鍵路徑求解算法改進及其應用［J］．計算機系統應用，2006（9）：47－49，53．

［7］陶澤，謝里陽，袁鋒．受時間約束的工作流關鍵路徑的確定［J］．計算機工程與應用，2004（29）：21－23．

［8］嚴蔚敏，吳偉民．數據結構［M］．北京：清華大學出版社，2000．

［9］魏云．多跑道機場的場面調度優化問題研究［D］．天津：中國民航大學，2016．

作者：楊露露；張浩；狄亞平 單位：中國民用航空飛行學院