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《科技和產(chǎn)業(yè)》2017年第10期

摘要：實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，始發(fā)航班正常率低會(huì)直接影響機(jī)場(chǎng)全天航班正常性。以始發(fā)航班“關(guān)艙門”為依據(jù)，將進(jìn)程分為“關(guān)艙門前”和“關(guān)艙門后”兩個(gè)部分，分析始發(fā)航班進(jìn)程控制。首先，介紹了始發(fā)航班關(guān)艙門前的三個(gè)流程以及關(guān)艙門后跑道選擇問題；其次，提出采用AOE網(wǎng)關(guān)鍵路徑法找出“關(guān)艙門前”流程的關(guān)鍵路徑并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和控制的策略；最后，討論了航空器“關(guān)艙門后”，盡快離開機(jī)場(chǎng)的跑道選擇問題。

關(guān)鍵詞：始發(fā)航班；進(jìn)程控制；AOE關(guān)鍵路徑；跑道指派

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和民航事業(yè)的快速發(fā)展，選擇飛機(jī)作為代步工具的旅客數(shù)量逐年增加，隨之而來的是航班延誤現(xiàn)象頻繁發(fā)生以及機(jī)場(chǎng)航班正常率逐漸下降。航班能否安全正常的離開機(jī)場(chǎng)逐漸成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，也是機(jī)場(chǎng)需要解決的問題之一。隨著航空客流量的不斷增加，機(jī)場(chǎng)資源有限性與旅客增長(zhǎng)無限性的矛盾日益突出，為提高機(jī)場(chǎng)全天航班的正常性，僅憑不斷改擴(kuò)建增加機(jī)場(chǎng)容量已經(jīng)很難滿足現(xiàn)狀，必須更加科學(xué)合理地利用現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)資源。始發(fā)航班是機(jī)場(chǎng)整日航班運(yùn)營(yíng)計(jì)劃中的重要組成部分，也是機(jī)場(chǎng)每天執(zhí)行放行任務(wù)的首批航班。在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，提高機(jī)場(chǎng)全天航班正常性的關(guān)鍵在于始發(fā)航班放行，其離港進(jìn)程的快慢直接影響了后續(xù)航班的放行，一旦離港進(jìn)程未按原定的航班計(jì)劃執(zhí)行，就會(huì)造成后續(xù)航班積壓、延誤甚至被迫取消航班。研究始發(fā)航班運(yùn)行進(jìn)程控制不僅能使匱乏的機(jī)場(chǎng)資源得以充分利用，而且對(duì)提高機(jī)場(chǎng)全天航班正常性有積極的影響。

1始發(fā)航班運(yùn)行各進(jìn)程分析

航班放行正常的重要條件之一是機(jī)場(chǎng)對(duì)航班保障流程的順利進(jìn)行，作為影響機(jī)場(chǎng)全天航班正常性的始發(fā)航班放行亦是如此，即始發(fā)航班放行各流程（包括旅客離港保障服務(wù)流程、行李處理流程、航空器地面保障流程）的進(jìn)度快慢直接影響始發(fā)航班的放行。但對(duì)于多跑道機(jī)場(chǎng)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(fā)航班放行的另一重要的因素就是航空器推出以后對(duì)于跑道的選擇問題，即滑行至跑道的過程是否需要排隊(duì)等待。根據(jù)航空器是否推出，將影響航班運(yùn)行的進(jìn)程分為關(guān)艙門前和關(guān)艙門后兩大部分：

1．1關(guān)艙門前

1．1．1旅客離港保障服務(wù)流程

旅客選擇航空運(yùn)輸出行時(shí)，必須要實(shí)現(xiàn)與其他交通方式的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換即需要旅客辦理相關(guān)的手續(xù)，從機(jī)場(chǎng)航站樓的角度來講，此手續(xù)是對(duì)旅客提供的服務(wù)。這種服務(wù)是在航站樓內(nèi)進(jìn)行的具有順序的排隊(duì)服務(wù)，服務(wù)過程稱為服務(wù)流程，這些流程對(duì)始發(fā)航班放行必不可少［1］。由于始發(fā)航班發(fā)生在上午（通常為早上6：00－9：00），正是機(jī)場(chǎng)流量早高峰時(shí)期，旅客在航站樓內(nèi)值機(jī)、安檢、過海關(guān)等流程耗時(shí)比較長(zhǎng)，且可控性不高，是發(fā)生航班延誤的重要原因之一。研究始發(fā)航班旅客離港服務(wù)流程，主要目的是找出影響該流程的瓶頸，充分利用現(xiàn)有資源并通過算法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。始發(fā)航班離港旅客的服務(wù)流程與其他時(shí)間段離港旅客服務(wù)流程大致相同，其核心部分均為值機(jī)、安檢、候機(jī)和登機(jī)等過程，典型的始發(fā)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(dá)而出現(xiàn)，其處理方式和運(yùn)行情況對(duì)旅客離港流程也有一定的影響，從而直接影響機(jī)場(chǎng)的客運(yùn)能力。因此，研究始發(fā)航班的行李處理流程不僅能使始發(fā)航班盡快完成保障工作，也能為提高機(jī)場(chǎng)航班正常性作出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。行李處理流程是機(jī)場(chǎng)對(duì)始發(fā)航班流程保障中的一個(gè)重要分支，而行李處理流程均依賴于行李處理系統(tǒng)（BHS）來完成，此系統(tǒng)是機(jī)場(chǎng)航站樓處理行李的重要設(shè)施。行李處理系統(tǒng)（BHS）主要由離港行李系統(tǒng)、到港行李系統(tǒng)、中轉(zhuǎn)行李系統(tǒng)、早到存儲(chǔ)系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)有各自獨(dú)特的運(yùn)作模式［2］。而本文旨在研究始發(fā)航班離港問題，在行李處理流程中只涉及行李處理系統(tǒng)中的離港行李系統(tǒng)，且在離港行李系統(tǒng)中對(duì)始發(fā)航班的旅客行李處理起到?jīng)Q定性作用的系統(tǒng)主要有值機(jī)系統(tǒng)、行李安檢系統(tǒng)、行李分揀系統(tǒng)，即在始發(fā)航班行李處理問題中著重討論行李托運(yùn)、行李安檢、行李分揀問題。研究始發(fā)航班行李時(shí)，截載前最后一位到達(dá)機(jī)場(chǎng)旅客的行李處理是關(guān)鍵，這就是各個(gè)機(jī)場(chǎng)設(shè)定截載時(shí)間，即拒絕旅客辦理登機(jī)手續(xù)的最后時(shí)間的原因。因?yàn)橹挥写_定了登機(jī)的人數(shù)之后，飛機(jī)的配載等相關(guān)工作才能夠進(jìn)行，同時(shí)因?yàn)樾欣钐幚砹鞒虒⒒ㄙM(fèi)很長(zhǎng)一部分時(shí)間，如果設(shè)定的截載時(shí)間不合理，將嚴(yán)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(zhì)的不同，將航空器地面保障流程分為始發(fā)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(fā)航班地面保障流程。始發(fā)航班在離港前，機(jī)場(chǎng)需要對(duì)航班進(jìn)行一系列的生產(chǎn)保障和地面準(zhǔn)備工作，該過程任務(wù)繁多且用時(shí)較長(zhǎng)，同時(shí)涉及多個(gè)保障部門的協(xié)調(diào)配合，主要目的是能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成各項(xiàng)保障工作，并使航空器接受保障服務(wù)的時(shí)間盡可能短［3］。因此，始發(fā)航班地面保障進(jìn)程的進(jìn)展程度將直接影響航班正常性以及航空公司的經(jīng)濟(jì)效益。從安全性及規(guī)范性的角度出發(fā)，民航局下發(fā)的《機(jī)場(chǎng)航班運(yùn)行保障標(biāo)準(zhǔn)》（81號(hào)令）中對(duì)航班運(yùn)行保障流程涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的約束［4］。81號(hào)令中尤其對(duì)始發(fā)航班地面保障作業(yè)方面做出了要求，包括對(duì)一些特殊事件的處理進(jìn)行了規(guī)范（除冰雪、不正常航班的保障等）。

1．2關(guān)艙門后

始發(fā)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(xiàng)保障工作后關(guān)閉艙門。航空器關(guān)閉艙門后，機(jī)組請(qǐng)求推出許可，得到同意后，航空器從停機(jī)位推出開車，開始向塔臺(tái)地面管制申請(qǐng)滑行的放行許可，得到許可后開始滑行。滑行到跑道外時(shí)，應(yīng)該在跑道外標(biāo)記的等待位置等待，得到進(jìn)入跑道的放行許可后，才可進(jìn)入跑道起飛。對(duì)于始發(fā)航班而言，為減少航班延誤，提高航班正常性，不僅需要優(yōu)化分析航班關(guān)艙門前的各項(xiàng)地面保障流程，同時(shí)也需要對(duì)關(guān)艙門后航班的地面運(yùn)行流程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。航空器在關(guān)閉艙門后允許推出開車到最后允許上跑道起飛離場(chǎng)過程中，涉及停機(jī)位的分配以及跑道的指派兩大核心問題，停機(jī)位分配問題貫穿于航空器關(guān)艙門前后：關(guān)艙門前，會(huì)直接影響各項(xiàng)保障工作的進(jìn)行以及旅客的乘坐體驗(yàn)（步行距離、近遠(yuǎn)機(jī)位等）；關(guān)艙門后，會(huì)間接影響航空器對(duì)于跑道的選擇問題。而跑道選擇問題，即航空器是根據(jù)停機(jī)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(jī)場(chǎng)而遵從“時(shí)間最短”原則選擇跑道。

2基于AOE網(wǎng)關(guān)鍵路徑法的始發(fā)航班關(guān)艙門前流程優(yōu)化

2．1AOE網(wǎng)關(guān)鍵路徑法

AOE（ActivityOnEdge）網(wǎng)的關(guān)鍵路徑算法常用于生產(chǎn)工序中，合理估計(jì)工序的完成時(shí)間；由于AOE網(wǎng)中許多活動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行，所以完成工序的最短時(shí)間是從源點(diǎn)到匯點(diǎn)的最長(zhǎng)路徑的長(zhǎng)度，路徑長(zhǎng)度最長(zhǎng)的路徑叫做AOE網(wǎng)的關(guān)鍵路徑（CriticalPath）［5］。同樣，始發(fā)航班關(guān)艙門前的各項(xiàng)保障作業(yè)是一種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，很多作業(yè)同時(shí)進(jìn)行的，且提高保障效率的關(guān)鍵是找出影響整個(gè)進(jìn)程的關(guān)鍵路徑，而AOE網(wǎng)的關(guān)鍵路徑法正是解決此類問題的有效方法。關(guān)鍵路徑法（CriticalPathMethod，CPM），又稱關(guān)鍵線路法，是一種網(wǎng)絡(luò)圖方法，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)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(duì)化工工廠的維護(hù)項(xiàng)目進(jìn)行日程安排［6－7］。它通過分析項(xiàng)目過程中哪個(gè)活動(dòng)序列進(jìn)度安排的總時(shí)差最少來預(yù)測(cè)項(xiàng)目工期的網(wǎng)絡(luò)分析，用網(wǎng)絡(luò)圖表示各項(xiàng)工作之間的相互關(guān)系，找出控制工期的關(guān)鍵路線，在一定工期、成本、資源條件下獲得最佳的計(jì)劃安排，以達(dá)到縮短工期、提高工效、降低成本的目的。對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目而言，求其關(guān)鍵路徑，通常的做法是：1）將項(xiàng)目中的各項(xiàng)活動(dòng)看作是一個(gè)有時(shí)間屬性的結(jié)點(diǎn)，從項(xiàng)目起點(diǎn)到終點(diǎn)進(jìn)行排列；2）用頂點(diǎn)代表事件，有向線段代表活動(dòng)，權(quán)值代表活動(dòng)持續(xù)的時(shí)間；3）用有方向的線段標(biāo)出各結(jié)點(diǎn)的緊前活動(dòng)和緊后活動(dòng)的關(guān)系，使之成為一個(gè)有方向的網(wǎng)絡(luò)圖；4）用正推法和逆推法計(jì)算出各個(gè)活動(dòng)的最早開始時(shí)間，最晚開始時(shí)間，最早完成時(shí)間和最晚完成時(shí)間，并計(jì)算出各個(gè)活動(dòng)的時(shí)間余量；5）找出所有時(shí)間余量為0的活動(dòng)所組成的路線，即為關(guān)鍵路徑；6）識(shí)別正確的關(guān)鍵路徑，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供約束條件。

2．2繪制AOE網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

始發(fā)航班關(guān)艙門前的保障流程比較復(fù)雜，通過梳理和簡(jiǎn)化繪制了AOE網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，主要包括：A）問詢臺(tái)購(gòu)票；B）旅客辦理值機(jī)手續(xù)；C）行李稱重；D）旅客過安檢；E）航班最后一位旅客登機(jī)；F）航空器始發(fā)拖拽到位；G）廊橋或客梯車對(duì)接，開啟客艙門；H）清潔隊(duì)開始清潔客艙；I）機(jī)組及乘務(wù)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(yùn)行李；O）行李上飛機(jī)；P）關(guān)閉貨艙門；Q）最后一位到達(dá)旅客的行李特殊處理到達(dá)飛機(jī)；R）旅客開始登機(jī)；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(yè)；U）旅客在候機(jī)室候機(jī)；V）虛擬活動(dòng)；W）虛擬活動(dòng)；X）關(guān)閉客艙門，廊橋撤離，拖車拖出飛機(jī)。

2．3計(jì)算關(guān)鍵路徑

當(dāng)繪制完始發(fā)航班關(guān)艙門前運(yùn)行保障的AOE網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖后，從結(jié)構(gòu)圖可以看出只有所有路徑上的作業(yè)都完成了，全部保障作業(yè)才算結(jié)束。因此，關(guān)艙門前整個(gè)保障作業(yè)過程所需要的時(shí)間取決于從起點(diǎn)到匯點(diǎn)的最長(zhǎng)路徑，在網(wǎng)絡(luò)圖中耗時(shí)最長(zhǎng)的路徑叫做關(guān)鍵路徑，關(guān)鍵路徑上的作業(yè)稱為關(guān)鍵作業(yè)。采用AOE網(wǎng)結(jié)圖計(jì)算關(guān)鍵路徑時(shí)，傳統(tǒng)算法是首先需要引入事件的最早開始時(shí)間VE（j）和最晚開始時(shí)間VL（i）兩個(gè)概念，然后計(jì)算活動(dòng)的最早發(fā)生時(shí)間E（i）和最晚發(fā)生時(shí)間L（i），把E（i）＝L（i）的活動(dòng)稱為關(guān)鍵活動(dòng)。對(duì)始發(fā)航班而言，E（i）＝L（i）表明結(jié)構(gòu)圖中此活動(dòng)處于關(guān)鍵路徑上，且活動(dòng)執(zhí)行的效率對(duì)航班保障具有直接的影響。

3跑道指派問題

始發(fā)航班在關(guān)閉艙門之前，包括航班保障的各個(gè)流程開始之前，必須遵循機(jī)場(chǎng)停機(jī)位的分配原則以及約束條件分配機(jī)位，本文以航空器完成保障的時(shí)間最短為約束條件對(duì)停機(jī)位進(jìn)行分配。關(guān)閉艙門后，考慮航空器推出開車，進(jìn)入滑行道滑行，直至允許進(jìn)入指定的跑道進(jìn)行起飛，對(duì)多跑道機(jī)場(chǎng)而言，這過程涉及航班排序和起飛跑道選擇問題兩個(gè)子問題。航班排序主要考慮不同機(jī)型航班尾流間隔不同對(duì)航班排序；跑道選擇問題，管制員在為航班分配跑道時(shí)都會(huì)考慮“航路”、“就近原則”等因素，但有時(shí)也會(huì)造成跑道資源的浪費(fèi)［9］。對(duì)多跑道機(jī)場(chǎng)來說，航班離港排序一般有三種方式：①先對(duì)航班排序，然后分配跑道；②先分配跑道，后排序；③同時(shí)進(jìn)行航班排序與跑道分配。考慮先分配跑道可能會(huì)造成機(jī)場(chǎng)跑道資源的浪費(fèi)，文中采用第一種方式建立離場(chǎng)排序模型，即先對(duì)始發(fā)離港航班排序，后根據(jù)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)情況分配合適的跑道。針對(duì)始發(fā)航班，首先選擇一個(gè)時(shí)間段內(nèi)離港的航班進(jìn)行排序，然后遵從“就近起飛”原則分配跑道。此時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)跑道資源使用不均衡的情況，使得一條跑道超負(fù)荷運(yùn)行，而另外一條跑道處于閑置狀態(tài)，為避免出現(xiàn)這種情況，擬采用算法設(shè)計(jì)跑道容量的閾值，此閾值是從時(shí)間角度出發(fā)考慮，當(dāng)超過閾值時(shí)航空器選擇滑行至遠(yuǎn)跑道起飛會(huì)比近跑道排隊(duì)等待起飛的時(shí)間較短，從而為后續(xù)航班放行爭(zhēng)取更充足的時(shí)間，減少航班延誤。假設(shè)國(guó)內(nèi)某樞紐機(jī)場(chǎng)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(duì)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(fā)航班放行時(shí)是機(jī)場(chǎng)的早高峰時(shí)段，很容易會(huì)長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)等待，如果航班xi放行時(shí)前面在A跑道排隊(duì)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(yīng)該選擇滑行至B跑道起飛，而不是在A跑道外排隊(duì)等待，既浪費(fèi)時(shí)間又消耗燃油，對(duì)于航班yj的放行也是如此。

4總結(jié)

目前，航班正常率低下的現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)樞紐機(jī)場(chǎng)普遍存在，但很少有機(jī)場(chǎng)從始發(fā)航班放行的角度去著手解決問題。相反，大多機(jī)場(chǎng)都是通過改擴(kuò)建的方式增加機(jī)場(chǎng)的容量，降低航班延誤，提高航班正常率。本文從始發(fā)航班放行的角度出發(fā)，首先通過AOE關(guān)鍵路徑法研究始發(fā)航班運(yùn)行的各進(jìn)程，提出以VC＋＋6．0為開發(fā)工具能夠?qū)崿F(xiàn)始發(fā)航班各進(jìn)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，及時(shí)解決問題；然后以航空器保障時(shí)間最短為約束條件對(duì)停機(jī)位進(jìn)行分配；最后從航空器滑行和排隊(duì)時(shí)間的角度設(shè)計(jì)了跑道容量的閾值，實(shí)現(xiàn)以“時(shí)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(dòng)態(tài)控制算法并進(jìn)行實(shí)例分析。

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作者：楊露露；張浩；狄亞平 單位：中國(guó)民用航空飛行學(xué)院