：最新出臺的《民航航班時(shí)刻管理辦法》將于2018年4月1日起正式實(shí)施，該辦法將進(jìn)一步提高航班時(shí)刻資源配置的公平和高效，促進(jìn)民航航班運(yùn)行的正常有序。航班時(shí)刻的管理和分配是在機(jī)場容量不足以滿足需求時(shí)的一種管理擁堵的解決方案，其目的是規(guī)避擁堵帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，并充分高效地利用機(jī)場基礎(chǔ)設(shè)施，為最多的機(jī)場使用者實(shí)現(xiàn)利益最大化。航班時(shí)刻安排的合理性對于航班正常性有著重要影響。

　　從航班時(shí)刻的目的看，時(shí)刻安排應(yīng)該與空域和機(jī)場的容量緊密相關(guān)，是保證航班流量在容量能力內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行的手段。但目前的時(shí)刻安排更多的是從航班時(shí)刻總量上的控制，在較小的運(yùn)行時(shí)間片內(nèi)，時(shí)刻具體安排的合理性有待進(jìn)一步的研究探索。在運(yùn)行時(shí)間片內(nèi)時(shí)刻安排過于集中將造成先天的航班延誤。于此同時(shí)，部分運(yùn)行時(shí)間片內(nèi)還有未被利用的時(shí)刻資源，造成時(shí)刻資源浪費(fèi)。較小時(shí)間片內(nèi)不合理的時(shí)刻具體安排會與空域和機(jī)場的容量能力相違背，不僅難以實(shí)現(xiàn)安排航班時(shí)刻的目的，還會帶來實(shí)際運(yùn)行中更多的問題。

　　本文以南京祿口機(jī)場為例，對出港航班時(shí)刻安排的合理性進(jìn)行分析，并基于放行能力限制給出時(shí)刻安排優(yōu)化建議，希望在預(yù)戰(zhàn)術(shù)或戰(zhàn)略階段為航班時(shí)刻優(yōu)化帶來實(shí)際有效的解決思路。

　　1 南京祿口機(jī)場概況

　　南京祿口機(jī)場是江蘇省和南京市的門戶，擁有兩條平行跑道和兩座航站樓，是中國大型國際門戶和樞紐機(jī)場。2017年南京祿口機(jī)場起降航班209394架次，位列全國機(jī)場第11位，同比增長達(dá)到11.4%。不斷增長的航班量需求對機(jī)場的運(yùn)行提出更高的要求，作為先期管理的航班時(shí)刻安排也顯得更為重要。

　　2 出港航班時(shí)刻執(zhí)行偏差分析

　　2.1 概述

　　以2017年4月航班時(shí)刻安排和運(yùn)行數(shù)據(jù)為樣本，探究南京祿口機(jī)場出港航班時(shí)刻安排情況。由于4月份中每日的航班時(shí)刻安排基本一致，選取4月1日和4月8日兩個(gè)周六的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。南京祿口機(jī)場的主要運(yùn)行時(shí)間段為6:00至23:59，出港航班走向根據(jù)航班目的地機(jī)場可以分為HFE、OF、CJ、ESBAG四個(gè)方向。

 

 

 

 

　　圖1：南京祿口機(jī)場進(jìn)離港方向示意圖

　　2.1.1 正常運(yùn)行環(huán)境下偏差分析

　　航班時(shí)刻安排均是以5分鐘為間隔排布，因而本文以5分鐘為最小時(shí)間片進(jìn)行各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)工作。統(tǒng)計(jì)4月1日5分鐘時(shí)段出港航班時(shí)刻安排架次以及實(shí)際出港架次，結(jié)果如圖2所示。4月1日6:00至23:59內(nèi)，計(jì)劃出港航班時(shí)刻共302架次，實(shí)際運(yùn)行出港航班285架次，取消出港航班17架次。

 

 

 

 

　　圖2：2017年4月1日出港航班時(shí)刻安排與實(shí)際運(yùn)行情況

　　圖2中看出，以5分鐘為最小時(shí)間片的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中，實(shí)際出港架次與先期時(shí)刻安排存在一定的偏差。整體上看，在時(shí)刻安排中，5分鐘時(shí)間片內(nèi)航班時(shí)刻數(shù)量的峰谷明顯，高峰與低谷相差較大，明顯突出的峰值數(shù)量較多。實(shí)際執(zhí)行中雖然峰谷仍舊存在，但差距有所減小，并且明顯突出的峰值只有早晚各一處。6:00-23:59內(nèi)，216個(gè)5分鐘時(shí)間片的出港航班時(shí)刻數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)差為1.25，而在實(shí)際運(yùn)行中216個(gè)5分鐘時(shí)間片出港航班架次的標(biāo)準(zhǔn)差只有0.68。時(shí)刻安排中各個(gè)5分鐘內(nèi)的時(shí)刻數(shù)量差異較大，波動(dòng)較大。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行的調(diào)整，各個(gè)5分鐘內(nèi)出港航班數(shù)量波動(dòng)性明顯降低，相較于計(jì)劃時(shí)刻安排更加趨于平穩(wěn)。

　　可見，原本的時(shí)刻安排中，5分鐘內(nèi)的時(shí)刻密度分布并不均勻，但差異的需求仍需落實(shí)到空中交通系統(tǒng)的供給能力，這種時(shí)刻安排在實(shí)際運(yùn)行中并不能高效實(shí)現(xiàn)。時(shí)刻密度較大的時(shí)段必然會導(dǎo)致計(jì)劃類延誤，對后續(xù)時(shí)段和航班的波及影響不可避免，在需求無法改變的情況下，運(yùn)行保障單位只能提前建立預(yù)案，削峰填谷，增強(qiáng)對惡劣運(yùn)行條件的應(yīng)急響應(yīng)能力。

　　2.1.2 復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下偏差分析

　　2017年4月8日運(yùn)行期間，出現(xiàn)陣雨和大雨，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜。出港航班時(shí)刻安排受到了外界天氣因素的干擾。統(tǒng)計(jì)4月8日5分鐘時(shí)間片內(nèi)出港航班時(shí)刻安排架次以及實(shí)際出港架次，結(jié)果如圖3所示。6:00-23:59內(nèi)，計(jì)劃出港航班時(shí)刻共301個(gè)，實(shí)際出港航班257架次，取消21架次，還有23個(gè)出港航班延誤至4月9日凌晨0:00-05:00執(zhí)飛。

 

 

 

 

　　圖3：2017年4月8日出港航班時(shí)刻安排與實(shí)際運(yùn)行情況

　　同樣，以5分鐘為時(shí)間片的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中，實(shí)際出港架次與先期時(shí)刻安排依然存在偏差。與4月1日的情況對比，4月8日航班計(jì)劃執(zhí)行偏差更大，并且有23架航班延誤至第二天。在5分鐘時(shí)間片內(nèi)時(shí)刻數(shù)量的波動(dòng)性方面，6:00-23:59內(nèi)216個(gè)5分鐘時(shí)間片的出港航班時(shí)刻數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)差為1.26。而在實(shí)際運(yùn)行中，216個(gè)5分鐘時(shí)間片出港航班架次的標(biāo)準(zhǔn)差只有0.66。與4月1日的分析一致：先期航班時(shí)刻安排中，5分鐘時(shí)間片的時(shí)刻數(shù)量差異較大，波動(dòng)較大。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行的調(diào)整，各個(gè)5分鐘出港航班數(shù)量波動(dòng)性明顯降低，相較于時(shí)刻安排更加趨于平穩(wěn)。

　　可見，原本的時(shí)刻安排不僅在實(shí)際運(yùn)行中不能高效實(shí)現(xiàn)，偏離計(jì)劃，而且在受到外界擾動(dòng)時(shí)，抗干擾能力較低。

　　2.2 出港航班“時(shí)段”放行能力限制

　　為了便于定量分析離港航班時(shí)刻安排的可執(zhí)行能力，首先需要評估南京祿口機(jī)場5分鐘時(shí)間片的放行能力，從而對比判斷航班時(shí)刻在安排時(shí)是否已經(jīng)超出了各時(shí)間片的放行能力限制。基于2017年4月的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)實(shí)際運(yùn)行中每天出港航班架次。4月份共30天，以6:00-23:59為主要運(yùn)行時(shí)段，共計(jì)6480個(gè)5分鐘時(shí)間片，5分鐘內(nèi)出港航班統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。

 

 

 

 

　　圖4：2017年4月5分鐘出港航班架次統(tǒng)計(jì)

　　統(tǒng)計(jì)可知，約42%的5分鐘時(shí)間片出港航班架次為1，占比最高。5分鐘時(shí)間片內(nèi)出港航班架次最高可到4架次，共出現(xiàn)13次，只占總數(shù)的0.2%。整體看來，4月份內(nèi)99.8%的5分鐘時(shí)間片的出港航班均不超過3架次。因此，本文將南京祿口機(jī)場4月份內(nèi)出港航班5分鐘時(shí)間片的放行能力暫時(shí)設(shè)置為3架次。

　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)的放行能力，對比4月份每天出港航班5分鐘時(shí)間片的時(shí)刻安排密集程度。以4月1日為例，時(shí)刻安排與放行能力對比結(jié)果如圖5所示。

 

 

 

 

　　圖5：出港航班時(shí)刻與放行能力對比分析

　　在4月1日出港航班時(shí)刻安排中，共有7個(gè)5分鐘時(shí)間片的時(shí)刻數(shù)量超過放行能力，時(shí)刻安排數(shù)量均為4，屬于時(shí)刻安排密集時(shí)段，具體包括的時(shí)段如表1所示。

 

　　表1：2017年4月1日出港航班時(shí)刻安排密集的5分鐘時(shí)間片

　　因此，通過評估時(shí)間片的放行能力，可以初步判別各時(shí)間片時(shí)刻安排的合理性。

　　2.3 考慮出港方向的放行能力限制

　　在考慮空域?qū)�航班的放行能力限制時(shí)，除了整體考慮時(shí)間片的容納能力外，還需要結(jié)合機(jī)場終端區(qū)所在環(huán)境，根據(jù)出港航班的放行方向，考慮航班時(shí)刻安排在各出港方向上的放行能力限制。根據(jù)南京祿口機(jī)場出港航班四個(gè)方向HFE、OF、CJ、ESBAG進(jìn)行細(xì)化統(tǒng)計(jì)，仍舊以2017年4月1日的出港航班時(shí)刻安排為例。

 

 

 

 

　　圖6：出港航班時(shí)刻各方向分布

　　HFE方向，航班時(shí)刻占據(jù)了時(shí)刻總數(shù)的58%，是南京祿口機(jī)場最為主要的離港方向；OF方向次之，占比26%；CJ方向和ESBAG方向上的時(shí)刻安排較少，分別為14%和2%。

　　對四個(gè)出港方向上的時(shí)刻安排進(jìn)行具體分析，依舊以5分鐘為最小時(shí)間片，統(tǒng)計(jì)各方向上出港航班時(shí)刻數(shù)量，如圖7-圖9所示。ESGAB方向上航班安排較少，且分布分散，不存在密集時(shí)刻，故沒有具體統(tǒng)計(jì)。

 

 

 

 

　　圖7：HFE方向出港航班時(shí)刻安排

 

 

 

 

　　圖8：OF方向出港航班時(shí)刻安排

 

 

 

 

　　圖9：CJ方向出港航班時(shí)刻安排

　　根據(jù)管制經(jīng)驗(yàn)，同一出港方向上最小放行間隔為2分鐘。即同一出港方向上5分鐘內(nèi)放行架次應(yīng)不超過2架次。以此為標(biāo)準(zhǔn)，識別各方向上時(shí)刻安排是否超出放行限制。OF方向和CJ方向5分鐘內(nèi)時(shí)刻安排均不超過2架次，單從出港方向上看沒有需要調(diào)整的時(shí)間片。HFE方向上，5分鐘內(nèi)時(shí)刻安排最多的是4架次，多個(gè)時(shí)段達(dá)到3架次。而另一方面，6:00-23:59內(nèi)，HFE方向上還有45%的5分鐘時(shí)間片沒有時(shí)刻安排。

　　HFE方向集中了眾多的需求量較大的目的地機(jī)場，航班時(shí)刻需求較大，但目前的時(shí)刻安排與單方向的放行能力存在一定的矛盾。如何兼顧經(jīng)濟(jì)效益和空域通行能力合理調(diào)配時(shí)刻，仍是一個(gè)需要重點(diǎn)解決的難題。

　　對上節(jié)出港航班時(shí)刻安排超出整體放行能力的7個(gè)5分鐘時(shí)間片進(jìn)行具體分析，列出其在四個(gè)方向上的出港航班數(shù)量占比，如表2所示。

 

　　表2：超出放行能力的5分鐘時(shí)間片的出港航班方向分布

　　在這7個(gè)超出放行能力的5分鐘時(shí)間片中，HFE方向航班占比為53.75%，是最為主要的方向。OF和CJ方向航班各占比21.43%，ESBAG方向占比較小，不足5%。根據(jù)上文的對單方向放行能力的分析，共有15:55-16:00和20:00-20:05兩個(gè)5分鐘時(shí)間片內(nèi)航班在HFE方向的時(shí)刻數(shù)量超過了單方向的放行限制。

　　2.4 基于放行能力的出港航班時(shí)刻優(yōu)化示例

　　對航班時(shí)刻超出放行能力的時(shí)間片進(jìn)行合理調(diào)整，不僅需要基于機(jī)場整體放行能力，同時(shí)也應(yīng)該充分考慮各出港方向的最大保障能力和安全限制。另一方面，出于經(jīng)濟(jì)效益和航班需求等多重要求，應(yīng)盡量保障時(shí)刻變動(dòng)幅度最小，從而降低影響。選取上節(jié)中4月1日內(nèi)具有代表性的問題時(shí)間片，進(jìn)行調(diào)整。

　　2.4.1 整體和單方向均超出放行能力限制的時(shí)刻優(yōu)化

　　15:55-16:00時(shí)間片內(nèi)共有4個(gè)出港航班，并且都是從HFE方向離開。這樣的安排不僅超出了5分鐘的整體放行能力，也超出了單方向的放行限制。以該時(shí)間片為基準(zhǔn)，向最臨近的前后5分鐘時(shí)間片尋找可利用的空閑時(shí)刻。

　　根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)，15:55-16:00內(nèi)需要調(diào)整兩個(gè)HFE走向的出港航班時(shí)刻。對臨近時(shí)間片現(xiàn)有航班時(shí)刻走向分布統(tǒng)計(jì)如表3所示。只有一班可以提前5分鐘，調(diào)整至15:50-15:55內(nèi)，若同時(shí)調(diào)整兩班至此，將超過HFE方向限制。如果調(diào)整至16:00-16:05時(shí)段，將超過HFE方向的放行限制。如果調(diào)整至15:45-15:50，將超出該時(shí)間片的整體放行能力。因而，另一班最近只能推后10分鐘，調(diào)整至16:05-16:10。調(diào)整前后的時(shí)刻安排對比如圖10所示。調(diào)整之后，航班時(shí)刻安排既沒有超出整體放行能力限制，也平衡了出港方向的時(shí)刻分布，時(shí)刻安排得到了優(yōu)化。

 

　　表3：臨近時(shí)間片航班時(shí)刻原始安排走向分布

 

 

 

 

　　圖10：15:45-16:05內(nèi)航班時(shí)刻調(diào)整前后對比

　　2.4.2 只超出整體放行能力的時(shí)刻優(yōu)化

　　以10:45-10:50和10:50-10:55為例，兩個(gè)時(shí)間片內(nèi)時(shí)刻數(shù)量均為4，超過了整體放行能力限制。但這兩個(gè)時(shí)間片的時(shí)刻安排并沒有超出各離港方向的放行限制。以該時(shí)間片為基準(zhǔn)，向最臨近的前后5分鐘時(shí)間片尋找可以優(yōu)化調(diào)整的空閑時(shí)刻資源。

　　觀察表4中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對于10:45-10:50，前后5分鐘時(shí)間片內(nèi)時(shí)刻安排數(shù)量分別是3和4，均已無法容納更多時(shí)刻。因此，可以將HFE、OF、CJ任一方向上的一班航班提前10分鐘至10:35-10:40時(shí)段；對于10:50-10:55，可以將HFE、OF、CJ任意一個(gè)方向上的一班航班推后5分鐘調(diào)整至10:55-11:00。調(diào)整前后的時(shí)刻安排對比如圖11所示，在可用時(shí)刻資源內(nèi)，盡量在調(diào)整幅度最小的前提下實(shí)現(xiàn)了時(shí)刻優(yōu)化。

 

　　表4：臨近時(shí)間片航班時(shí)刻原始安排走向分布

 

 

 

 

　　圖11：10:35-10:55內(nèi)航班時(shí)刻調(diào)整前后對比

　　3 總結(jié)

　　本文通過對南京祿口機(jī)場2017年4月出港航班時(shí)刻安排的統(tǒng)計(jì)分析，初步得到以下分析結(jié)果：

　　1、在目前的出港航班時(shí)刻安排中，5分鐘時(shí)間片內(nèi)的出港航班數(shù)量波動(dòng)較大，在實(shí)際運(yùn)行中并不能夠高效實(shí)現(xiàn)，并且其抗干擾能力較低。在經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行后，5分鐘時(shí)間片出港航班數(shù)量波動(dòng)性較計(jì)劃明顯降低，安排更加趨于平穩(wěn)。

　　2、基于4月份的運(yùn)行數(shù)據(jù)，評估出單個(gè)時(shí)間片的放行能力，基于此可知4月出港航班時(shí)刻安排中部分時(shí)段的時(shí)刻數(shù)量已經(jīng)超出了整體放行能力限制；同時(shí)，在南京祿口機(jī)場四個(gè)出港方向中，HFE方向時(shí)刻安排在部分時(shí)段已經(jīng)超出了單個(gè)方向管制放行限制，應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)整。

　　3、對航班時(shí)刻安排的調(diào)整應(yīng)在同時(shí)考慮整體放行能力和各個(gè)出港方向限制的基礎(chǔ)上進(jìn)行削峰填谷，實(shí)現(xiàn)航班時(shí)刻安排的平穩(wěn)實(shí)施。本文也以4月1日部分具有代表性的時(shí)間片為例，通過最小程度的時(shí)刻優(yōu)化安排，調(diào)整了時(shí)刻分布，滿足了空域容量限制。

　　隨著民航局對航班正常性的管理日漸成熟，只重時(shí)刻不重品質(zhì)的運(yùn)行必然無法可持續(xù)發(fā)展。所以，如何將市場和運(yùn)行環(huán)境兼顧，將部分價(jià)格敏感型顧客轉(zhuǎn)移至較為空閑的時(shí)刻，從保障能力和出行需求兩方面聯(lián)合提升時(shí)刻安排的科學(xué)性和時(shí)刻利用的充分性，也是一個(gè)亟需解決的重要問題。

　　綜上，提高出港航班時(shí)刻安排的合理性將有助于較少計(jì)劃性的航班延誤，避免時(shí)刻安排不合理時(shí)段的波及影響，同時(shí)也能減少管制員持續(xù)高負(fù)荷工作時(shí)間，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。從機(jī)場角度來說，改善航班時(shí)刻安排的合理性也有助于機(jī)場綜合安排保障資源，提高機(jī)場放行正常率，提升容量，給乘客帶來更高質(zhì)量的出行體驗(yàn)。目前，本文對于時(shí)間片的放行能力評估還較為簡單，所用歷史數(shù)據(jù)數(shù)量也不夠完備，也沒有考慮到目的地機(jī)場的時(shí)刻安排影響。但在考慮空域、機(jī)場等多方放行能力限制的前提下，優(yōu)化航班時(shí)刻必然是未來的工作重點(diǎn)，相關(guān)方法也會得到進(jìn)一步優(yōu)化。