鞠璐

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

機場歷史運行數(shù)據(jù)挖掘分析

鞠璐

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

本文關注機場歷史運行數(shù)據(jù)所反映出的機場容量問題，進而得出簡單的機場容量結(jié)論。方法是通過對機場歷史運行數(shù)據(jù)的分析，對實例機場進行簡單的容量評估。

第一分析了機場運行歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)。第二分析歷史運行數(shù)據(jù)分析的方法在機場容量評估中的作用。

機場運行；歷史數(shù)據(jù)；機場容量；容量評估

1 緒論

改革開放以來，我國民用航空業(yè)進入高速發(fā)展的時期。特別是80年代以來，經(jīng)濟的高速增長，為航空運輸事業(yè)的發(fā)展提供了良好的外部環(huán)境，80～90年代，航空運輸量以年平均近20%的速度增長。航空運輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展，導致我國的空中交通系統(tǒng)面臨日益嚴峻的考驗。我國的飛行流量分布極不均勻，僅北京首都、上海虹橋和廣州白云三大機場就集中了我國民航約40%的旅客量和50%的貨物量。流量如此集中，再加導航技術(shù)落后，受限空域多，部分空域結(jié)構(gòu)設計欠合理，因此，盡管我國的空中交通流量與發(fā)達國家相差甚遠，但空中交通的擁擠狀況卻嚴重的多，并因此引起大量的航班延誤。

空中交通擁擠問題并不能簡單的通過增加管制員人數(shù)的方法來解決，因此，流量管理的概念應運而生。它的任務是在空中交通流接近或達到空中交通管制可用能力時，適時地進行調(diào)整，保證空中交通流量最佳的流入或通過相應區(qū)域，盡可能提高機場、空域可用容量的利用率。簡單地說就是通過對空中交通流進行安排和疏導來改善空中交通狀況。

要進行流量管理就必須對空中交通容量進行準確評估，這是流量管理的基礎和前提。而流量管理的主要目的就是在滿足一定性能指標的條件下，調(diào)整交通需求與那些容量限制單元的容量相匹配。由此可見，容量問題的研究是空中交通流量管理的關鍵技術(shù)，與此同時，容量評估也是空域規(guī)劃與評估的重要內(nèi)容。

2 機場容量研究

2.1 機場容量與跑道容量

2.1.1 機場容量定義

機場容量是衡量一個機場吞吐能力的重要指標，又分為：實際容量和最大容量。這兩種定義的最大不同在于服務請求是否持續(xù)不斷的。實際容量是隨著飛行實際服務需求變化的，具有一定的隨機性；而最大容量則與此無關，因此可以作為評判空域提供服務能力的標準。

2.1.2 跑道容量定義

跑道容量是指跑道單位時間內(nèi)能夠接受飛機的最大起降架次。目前有兩種概念來描述跑道系統(tǒng)容量：極限容量和實際容量。極限容量反映的是系統(tǒng)理論最大服務能力，而實際容量因各個機場飛行區(qū)條件不一、可接受延誤水平定義不同，沒有統(tǒng)一的標準或協(xié)議適用所有機場飛行區(qū)。

2.2 影響因素

影響機場容量的因素有很多，一般來說，容量取決于機場跑道容量和機場系統(tǒng)容量。本文重點研究機場跑道容量對機場容量的影響。而影響跑道容量的關鍵因素有：

（1）飛機的類型和性能；

（2）進離場航空器的跑道占用時間；

（3）尾流安全間隔標準；

（4）跑道運行模式；

（5）可用的快速脫離道及其與跑道間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。

由此可見，在進行跑道容量評估時，不同的影響因素，跑道容量也會有很大的變化。

3 基于歷史運行數(shù)據(jù)的機場容量評估

3.1 基于歷史運行數(shù)據(jù)的評估方法

基于歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的容量評估方法是一種客觀的容量評估方法，是在通過統(tǒng)計歷史運行數(shù)據(jù)進而分析運算容量。①采集大量的歷史數(shù)據(jù)，通過運行數(shù)據(jù)分析，歸納歷史數(shù)據(jù)的特點；②根據(jù)數(shù)據(jù)特點；選取樣本統(tǒng)計時段（通常為1h、30min或15min）；③根據(jù)有效數(shù)據(jù)量，確定容量曲線擬合方法，方法主要為根據(jù)所包含數(shù)據(jù)占總采樣數(shù)據(jù)的百分比擬合；④確定曲線擬合參數(shù)，主要方法是根據(jù)所包含數(shù)據(jù)占總采樣數(shù)據(jù)的百分比（通常為95%）來確定；④根據(jù)擬合的容量曲線，確定其所包含的最大值樣本點，得到歷史運行容量。該方法主要適用于機場和繁忙扇區(qū)的評估，為計算機仿真評估結(jié)果提供參考。

由評估流程可以看出，該方法對歷史數(shù)據(jù)要求比較高，主要要求包括：

（1）全面性：所采集的數(shù)據(jù)應當數(shù)量充足，詳細程度應能夠滿足評估需求，能夠全面反映評估對象的基本特征和運行規(guī)律。

（2）真實性：所采集的數(shù)據(jù)應當渠道明確，質(zhì)量可靠，并由數(shù)據(jù)提供部門確認。

（3）有效性：所采集的數(shù)據(jù)應能夠反映評估對象的運行常態(tài)，對于其中客觀存在但屬于偶發(fā)情況的奇異數(shù)據(jù)應予刪除。

（4）時效性：所采集的數(shù)據(jù)應能夠反映評估對象在近期運行環(huán)境下的狀況，同時根據(jù)具體評估方法的要求，適當擴大數(shù)據(jù)采集周期。

3.2 國內(nèi)機場歷史運行數(shù)據(jù)分析

3.2.1 長沙黃花機場歷史運行數(shù)據(jù)分析

根據(jù)長沙黃花機場提供的2011年10月、12月各前20d的實際運行數(shù)據(jù)，本文對長沙黃花機場的歷史運行數(shù)據(jù)進行分析。

一組數(shù)據(jù)是長沙黃花機場2011年冬春航季期間12月前20d的實際運行數(shù)據(jù)（2011.12.1～2011.12.20）。

另一組數(shù)據(jù)是長沙黃花機場2011年夏秋航季期間10月前20d的實際運行數(shù)據(jù)（2011.10.1～2011.10.20）。

從而得到分析統(tǒng)計結(jié)果如表1。

表1

比對2011年10月和12月的歷史運行數(shù)據(jù)，可以看出，夏秋航季的整體航班量多于冬春航季，但是兩個航季的高峰小時流量相差無幾。

進而，再根據(jù)10月和12月的進離場散點圖對長沙黃花機場歷史運行進行分析。根據(jù)長沙黃花機場歷史飛行計劃（2011.10.1～2011.10.20、2011.12.1～2011.12.20）及觀測時段內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本文采用的容量包線包含的樣本數(shù)據(jù)是在200個左右采樣高峰時段至少出現(xiàn)3～4次的樣本數(shù)據(jù)（見圖 1～2）。

2011.10.1～2011.10.20：

1h高峰航班起降架次共取樣203個，最大觀測值為起飛16架次/h，降落16架次/h；容量包絡線包含的最大樣本點為（起飛13架次/h，降落15架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為4次。

2011.12.1～2011.12.20：

1h高峰航班起降架次共取樣202個，最大觀測值為起飛14架次/h，降落17架次/h；容量包絡線包含的最大樣本點為（起飛13架次/h，降落14架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

圖1 2011.10.1～2011.10.20進離場散點圖

圖2 2011.12.1～2011.12.20進離場散點圖

3.2.2 武漢天河機場歷史運行數(shù)據(jù)分析

采取和長沙類似的分析方法，，本文根據(jù)武漢天河機場提供的2011年2月和9月的實際運行數(shù)據(jù)，對武漢天河機場的歷史運行數(shù)據(jù)進行分析。

一組數(shù)據(jù)是武漢天河機場2011年冬春航季期間一個月的實際航班數(shù)據(jù)（2011.2.1～2011.2.28）。

另一組數(shù)據(jù)是武漢天河機場2011年夏秋航季期間一個月的實際航班數(shù)據(jù)（2011.9.1～2011.9.30）。

從而得到了如表2的統(tǒng)計分析結(jié)果。

表2

對比一下兩個月的數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)，在冬春和夏秋兩個航季期間，武漢天河機場的航班活動基本持平，并無明顯差距。下面本文通過比較進離場散點圖來找出冬春、夏秋航季間的不同。

根據(jù)武漢天河機場歷史飛行計劃（2011.2.1～2011.2.28、2011.9.1～2011.9.30）及觀測時段內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本文采用的容量包線包含的樣本數(shù)據(jù)是在200個左右采樣高峰時段至少出現(xiàn)3～4次的樣本數(shù)據(jù)（見圖3～4）。

圖3 2011.2.1～2011.2.28

2011.2.1～2011.2.28：

1h高峰航班起降架次共取樣210個，最大觀測值為起飛15架次/h，降落17架次/h；容量包絡線包含的最大樣本點為（起飛10架次/h，降落18架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

圖4 2011.9.1～2011.9.30

2011.9.1～2011.9.30：

1h高峰航班起降架次共取樣205個，最大觀測值為起飛15架次/h，降落13架次/h；容量包絡線包含的最大樣本點為（起飛9架次/h，降落17架次/h）出現(xiàn)次數(shù)為3次。

3.3 歷史運行數(shù)據(jù)分析在機場容量評估中的作用

歷史運行數(shù)據(jù)分析在機場容量評估中占有重要的位置。該方法所涉及的方面較為全面，主要有高峰小時流量、航班正常率、放行正常率、跑道占用時間、跑道系統(tǒng)滑行道系統(tǒng)延誤等。通過該方法，可以得到機場的當前最大容量、可接受的最大容量、高峰小時服務能力等等方面。在分析過程中，通盤考慮影響因素，結(jié)合實例機場的實際情況，發(fā)現(xiàn)機場當前運行的瓶頸，并提出行之有效的改善方案。在不降低機場保障能力的前提下，最大限度的提高機場運行效率，增加機場容量。

運用歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析方法不但能夠客觀地反映出機場運行現(xiàn)存的問題，還能夠?qū)⒗碚撆c實際情況相結(jié)合，針對不同機場各自的運行特點提出不同的改善方案。

綜上所述，歷史運行數(shù)據(jù)分析的方法適用性較高。采集機場歷史運行數(shù)據(jù)，利用仿真模型、計算機程序即可得出需要分析比對的圖表。

4 總結(jié)與展望

本文對機場容量的評估方法做了簡單研究。在許多專家學者對該課題的研究基礎上，首先介紹了機場容量、機場跑道容量的研究，然后利用長沙黃花機場和武漢天河機場提供的歷史運行數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)進行簡要分析，最后在分析基礎上闡述了歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析在機場容量評估工作中的作用。

但還是有一些問題有待進一步解決，其中包括：

（1）在進行歷史數(shù)據(jù)分析的過程中，沒有將軍航活動、天氣變化對機場航班活動的影響因素計算在內(nèi)，但在實際運行中，這兩者對機場運行的限制影響不容忽視。

（2）機場容量評估需要一套完整的系統(tǒng)理論與計算機程序的支持，需要分析的項目也很多，更扎實的理論基礎和更完善的程序在未來的評估工作中將起到關鍵性的作用。

[1]洪飛.跑道容量評估的理論模型與應用研究[D].天津：中國民航大學，2007.

[2]林 鍵，等.跑道容量模型與計算方法研究[J].交通與計算機，2008，26（6）.

[3]中國民航總局空域管理處基于歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析的機場最大容量評估方法.

[4]何昕，等.機場跑道容量評估模型研究[J].航空計算技術(shù)，2010，40.

TP311.1

A

1004-7344（2016）35-0256-02

2016-11-9

鞠璐（1989-），女，助理工程師，本科，主要從事空中交通管制工作。