馮曉磊

（中國民用航空飛行學(xué)院機場工程與運輸管理學(xué)院，廣漢 618307）

考慮航班保障需求的機位分配合理性檢測方法研究

馮曉磊

（中國民用航空飛行學(xué)院機場工程與運輸管理學(xué)院，廣漢 618307）

為提升機位分配方案的可執(zhí)行性，提高機場的運行效益，對機位進行分配時，需考慮航班保障需求因素。通過分析機坪運行管理規(guī)則，構(gòu)建包圍航空器、特種設(shè)備、機位及其周邊運行環(huán)境的多邊形幾何模型，基于此模型的機位分配合理性檢測方法是判斷多邊形區(qū)域是否有交集，如果有交集，則機位分配方案不能滿足航班保障需求。仿真結(jié)果驗證該方法實用性。

航班保障需求；多邊形模型；機位分配合理性；檢測方法

0 引言

機位是機場運行中的重要資源，能否高效合理地利用將直接影響機場的運行效益。為給機位優(yōu)化使用提供指導(dǎo)，國內(nèi)外學(xué)者對機位資源的使用進行了大量的研究。部分研究[1-4]側(cè)重于降低天氣、流量控制、保障不及時等容易導(dǎo)致航班發(fā)生延誤的擾動因素對機位分配方案的影響。部分學(xué)者[5-14]則重點在保障服務(wù)時間、旅客行走距離、特種設(shè)備利用率、地面運行安全、機位空閑時間、機位使用時間等方面研究機位的優(yōu)化使用，并且地面運行安全方面的研究也僅限于相鄰機位的推出、劃入的沖突避免。上述研究均忽視了航班保障需求，不能緊密結(jié)合機坪運行規(guī)則，基于上述研究制定出的分配方案可執(zhí)行性低。

目前，機場機位管理部門，基于先進的生產(chǎn)營運系統(tǒng)，雖擺脫了傳統(tǒng)的機位資源管理方法，一定程度上提升了機位資源使用效率。但是，系統(tǒng)功能仍存在缺陷，例如，利用系統(tǒng)處理航班信息并分配機位時不能記錄航班保障的需求條件，且航班保障需求不能滿足時，系統(tǒng)不能給出提醒。尤其，機場新進員工為航班分配機位時，容易忽視航班保障需求，致使機位分配方案可執(zhí)行性低，被迫不斷改變分配計劃，造成機場生產(chǎn)組織混亂，嚴(yán)重時會造成航班長時間延誤。

為此，文章從航班保障需求的角度出發(fā)，構(gòu)建一種緊密結(jié)合機坪運行規(guī)則的多邊形幾何模型，基于此模型提出機位分配合理性檢測方法，用于提升機位分配方案的可執(zhí)行性。

1 航班保障需求分析

執(zhí)行航班任務(wù)的航空器在機位?？坎⒔邮鼙Ｕ戏?wù)。而隨著機坪上交通復(fù)雜程度的增高，航空器、特種設(shè)備、機位等的特征屬性的匹配關(guān)系越發(fā)復(fù)雜化，為保證機位分配方案的可執(zhí)行性，確保航空器能夠按計劃離港，機場運行指揮員借助生產(chǎn)營運系統(tǒng)為航空器指派停機位時，必須考慮航班保障需求。

一方面，執(zhí)行航班任務(wù)的航空器的機型數(shù)據(jù)必須考慮，尤其是航空器加裝翼尖小翼的情形，為該類航空器指派機位時，必須考慮滿足航班保障所需求安全凈距[15]。另一方面，考慮到航班對特種設(shè)備種類及型號的要求，分配機位時，必須考慮機位及其周邊空間環(huán)境能夠滿足相應(yīng)型號設(shè)備停靠并為該航班提供保障。

2 多邊形幾何模型

通過生產(chǎn)營運系統(tǒng)，為了給航班指派停機位時能夠考慮航班保障需求，結(jié)合機坪運行管理規(guī)則，針對航空器、特種設(shè)備、機位及其周邊運行環(huán)境建立多邊形幾何模型。

在機坪上航空器停放在機位上時，為確保航空器與航空器、航空器與地面運行設(shè)備或特種車輛之間擁有足夠的安全凈距，進而保證航空器安全，劃設(shè)機位安全線[15]。地面運行的任何設(shè)備或車輛不允許進入機位安全線以內(nèi)，地面設(shè)備或車輛對航空器提供保障服務(wù)的情況除外?；跈C位安全線構(gòu)建航空器?？繖C位時的多邊形幾何模型，如圖1所示，B、D分別為航空器停靠機位時的對不同方位的安全凈距要求，單位為米。

圖1 航空器?？繖C位模型

為降低航空器管制運行的尾流間隔，提升運行效率，部分航空器加裝翼尖小翼，同時，隨著不同航班對特種設(shè)備種類及型號的需求變得復(fù)雜化，機場中部分機位已劃設(shè)的安全線在一定程度上不能滿足航空器保障需求。如果相鄰機位同時指派上述保障需求航空器時，分配方案不能執(zhí)行。

為此，結(jié)合機位安全線，針對“停放有航空器且有服務(wù)車輛或設(shè)備對航空器提供保障服務(wù)”的機位，即機位作業(yè)保護區(qū)域，抽象為一個長為x，寬為y的矩形幾何區(qū)域構(gòu)建模型，該區(qū)域能包圍航空器及提供保障的特種設(shè)備，同時能滿足相鄰機位的安全要求，如圖2所示。

圖2中，航空器機身長度為lOX，加裝翼尖小翼后的翼展為lOY，前方拖曳設(shè)備長度為lt，OX方向左、右側(cè)設(shè)備集合分別用i、j（i、j分別取1，2，3，…）表示，左、右側(cè)任一設(shè)備與航空器連接點到OX方向航空器中軸線的距離分別用Si、Sj表示，用SLiOX、SRjOX表示左、右側(cè)設(shè)備在OX方向投影長度，SLiOX、SRjOX為左、右側(cè)設(shè)備在OY方向投影長度。考慮實際情況，左、右側(cè)設(shè)備在OX方向投影對x無影響，則滿足條件的x、y有：

加裝翼尖小翼使得航空器翼展增加的寬度為d，則航空器未加裝翼尖小翼的翼展lOY'應(yīng)滿足式（3），即：

圖2 航空器?？繖C位并接受保障服務(wù)模型

從計算機圖形學(xué)的角度，結(jié)合安全凈距、機位安全線，通過分析航空器、特種設(shè)備等的關(guān)鍵尺寸[16]來實現(xiàn)模型構(gòu)建。

3 機位分配合理性檢測方法

基于上述模型，通過判斷多邊形幾何區(qū)域是否相交的方法檢測機位分配方案是否合理?，F(xiàn)有一架航空器P，假定機場空閑機位集合用Gk表示（k取值為1，2，3，…），則具體步驟如下：

步驟1：對航空器P指派機位，查詢機場所有機位，得到空閑機位集合并排序。

步驟2：判斷該航空器P是否加裝翼尖小翼，構(gòu)建航空器?？繖C位并接受保障服務(wù)模型。

步驟3：對序列中的第一個機位G1，該機位兩側(cè)機位分別為G、G'，當(dāng)均未?？亢娇掌鲿r，則構(gòu)建航空器?？繖C位模型，結(jié)合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個多邊形區(qū)域是否有交集，若沒有交集，則航空器P能?？繖C位G1，反之，不能?？?；當(dāng)只有G（或G'）有航空器?？繒r，對G（或G'）構(gòu)建航空器?？繖C位并接受保障服務(wù)模型，對G'（或G）構(gòu)建航空器?？繖C位模型，結(jié)合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個多邊形區(qū)域是否有交集，若沒有交集，則航空器P能停靠機位G1，反之，不能?？?；當(dāng)G與G'均有航空器停靠時，構(gòu)建航空器停靠機位并接受保障服務(wù)模型結(jié)合步驟2中模型，分別判斷G1與G、G1與G'兩個多邊形區(qū)域是否有交集，若沒有交集，則航空器P能停靠機位G1，反之，不能?？?。

步驟4：遍歷所有空閑機位，直至航空器P的機位分配方案合理。

步驟5：結(jié)束。

注：在實際運行中，如果通過上述檢測方法，未能得到合適的機位供航空器?？?，則結(jié)合檢測結(jié)果，限制相鄰機位?？亢娇掌鳎詽M足航班保障需求。

4 仿真驗證

A320飛機機身長均為37.57米，翼展為34.1米，加裝翼尖小翼后，翼展為35.8米?，F(xiàn)有兩架航空器P1與P2，機型均為A320，且均加裝翼尖小翼?？紤]A320機型、機位實際特征，結(jié)合特種設(shè)備尺寸數(shù)據(jù)[17]，通過編程對檢測方法進行驗證，如圖3所示，相鄰C類機位在同時?？考友b翼尖小翼的A320飛機時，兩個多邊形幾何模型有交集，且相交部分及兩架航空器同時顯示黑色，結(jié)果表明，提出的方法能夠檢測出機位分配方案的合理與否。

圖3 檢測方法仿真驗證結(jié)果

5 結(jié)語

通過判斷多邊形幾何區(qū)域是否相交的方法來檢測機位分配方案的合理性，能夠較為直觀地展現(xiàn)出分配方案不合理的地方，輔助機場運行指揮員和特種設(shè)備操作員對航班保障的掌控與監(jiān)視，提升機位分配方案的可執(zhí)行性。同時，該方法可用于機場改擴建中機位設(shè)計方案的可行性驗證，指導(dǎo)機位設(shè)計工作，具有實際意義。

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Research on the Detection Method for the Rationality of Gate Assignment in Consideration of the Flight Service Requirement

FENG Xiao-lei

（School of Airport Eng.and Transportation Management，Civil Aviation Flight Univ.of China，Guanghan 618307）

In order to enhance the enforceability of the gate assignment,the factors of the flight service requirement are considered to improve operating efficiency of the airportwhenmaking gate assignment plan.Based on the analysis of themanagement rules in apron,builds polygonal geometry models around the aircraft,special equipment,gate and its surrounding environment.Detection method for the rationality of gate assignment is worked out based on thismodel.If there were intersection between the polygonal regions when judging,the gate assignment plan cannotmeet the flight service requirement.The practicability of themethod is verified through the simulation results.

馮曉磊（1988-），男，山東臨朐人，碩士研究生，助教，研究方向為機場運行管理

2017-03-06

2017-04-20

民航科技創(chuàng)新引導(dǎo)基金項目（No.14015J0260157）、民航安全能力建設(shè)資金項目（No.2146903）

1007-1423（2017）14-0026-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.14.005

Flight Service Requirement;Polygonal Models;Rationality of Gate Assignment;Detection Method