邵海平

摘 要：在20世紀(jì)末，各國(guó)空域使用部門意識(shí)到了空域非靈活使用，所帶來(lái)的航線運(yùn)行的低效性，所以歐洲各國(guó)啟動(dòng)了空域聯(lián)合一體化計(jì)劃，試圖通過(guò)各國(guó)聯(lián)系的加強(qiáng)，打破空域障礙，讓空域管轄工作能突破常規(guī)與局限。因此，真正能實(shí)現(xiàn)空域靈活化管理，對(duì)區(qū)域航路規(guī)劃效率有著至關(guān)重要的作用。本文基于此，通過(guò)構(gòu)建模型，探究了區(qū)域航路航線管理的改革方案。

關(guān)鍵詞：空域靈活使用視角 臨時(shí)航路航線 區(qū)域航路航線

中圖分類號(hào)：V355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）02（a）-0140-02

由于國(guó)外的空域靈活概念針對(duì)的主題是不可知的空域，而對(duì)于現(xiàn)存現(xiàn)應(yīng)用的空域概念效果甚微，所以其空域內(nèi)航線的管理還主要針對(duì)于非使用空域，其也僅僅停留在概念上，我國(guó)在2008年啟動(dòng)了空域相關(guān)內(nèi)容的探索，并提出了相關(guān)的概念模型，以及實(shí)踐應(yīng)用與設(shè)想。研究人員通關(guān)模型的搭建，也為航線管理提供了一個(gè)嶄新的方向。

1 我國(guó)區(qū)域航路航線運(yùn)行管理歷程

在2008年，我國(guó)航空領(lǐng)域科學(xué)家，從空域使用的動(dòng)態(tài)選擇性上，著眼于空域管理一體化，提出了基礎(chǔ)的空域管理運(yùn)行方案，緊接著，在此基礎(chǔ)上，我國(guó)又進(jìn)行了區(qū)域航路的規(guī)劃與完善，讓飛機(jī)在空域中的行程更加規(guī)范，此時(shí)已經(jīng)建設(shè)形成了較為明晰的分流航線，我國(guó)的航空事業(yè)也因此到達(dá)了一個(gè)小頂峰[1]。隨著國(guó)際領(lǐng)域中空域靈活使用的思想逐漸普及與進(jìn)步，我國(guó)也逐漸提出了針對(duì)于不同時(shí)期的空域建設(shè)的若干方案，形成了既滿足區(qū)域容量需求，又滿足管理實(shí)際的區(qū)域管理方案，構(gòu)建了基于時(shí)間計(jì)量的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型。

在整個(gè)過(guò)程中，孫曉陽(yáng)等人考慮到了局域管理，卻并沒(méi)有具體深究，僅能針對(duì)單入口的飛行情況。且一些容量上的約束力也明顯較為單薄，空域流量與相關(guān)算法之間的關(guān)聯(lián)性并不明顯，于是，2013年，相關(guān)研究人士對(duì)傳統(tǒng)的利用時(shí)間作為微分條件的研究方法，改為了根據(jù)一定空域內(nèi)的航路負(fù)荷。這樣做也是基于流量動(dòng)態(tài)化，對(duì)時(shí)間靜態(tài)分析的改革。

2 關(guān)于區(qū)域內(nèi)航路航線管理理念

航空事業(yè)中，最為基礎(chǔ)需要保證的是合理的事故風(fēng)險(xiǎn)值以及較低的運(yùn)營(yíng)成本，只有滿足二者，國(guó)家的航空事業(yè)才能蓬勃發(fā)展，所以在建立區(qū)域內(nèi)航路航線管理系統(tǒng)時(shí)，必須要在保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，將成本控制在有效的范圍之內(nèi)[2]。于是基于上述條件，本文在模擬空域靈活管理模型時(shí)，引入了飛行成本、維系成本等相關(guān)要素，并將飛機(jī)飛行中可能出現(xiàn)的意外與風(fēng)險(xiǎn)作為附注因素計(jì)入總成本，將每一個(gè)要素作為一個(gè)數(shù)學(xué)因子，計(jì)入適應(yīng)度函數(shù)，利用大數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行分析，來(lái)判斷出航線航路的最適方案，在此過(guò)程中，還需要進(jìn)行相關(guān)函數(shù)的構(gòu)建以及遺傳分析，將航線航路的管理問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)數(shù)學(xué)模型，抽象出來(lái)，進(jìn)行集中分析，最終確定最低成本的最適飛行路線，這樣做不僅可以為航空公司節(jié)約運(yùn)行成本，也可以讓空域的運(yùn)行更加符合客觀規(guī)律，也更具有靈活性。在本文的研究過(guò)程中，研究人員還引入了MFC在信息傳遞上的應(yīng)用方法，相比于傳統(tǒng)的運(yùn)算機(jī)制，此方法的精度有明顯優(yōu)勢(shì)，且節(jié)約了大量的運(yùn)算過(guò)程，使得人工使用也更加便捷。

3 管理數(shù)學(xué)模型

在空域靈活使用視角下，航路航線的劃設(shè)也具有靈活性，讓航路航線選擇也更具有多樣性，如果不加以有效管理，各航線之間就會(huì)出現(xiàn)沖突，從而影響到飛機(jī)飛行的安全、時(shí)間以及效率[3]。所以實(shí)現(xiàn)航路運(yùn)行，最重要的就是要避峰飛行，針對(duì)于飛機(jī)飛行的不同路線做不同的規(guī)劃。在意外發(fā)生時(shí)，應(yīng)該對(duì)區(qū)域內(nèi)飛機(jī)的飛行狀況進(jìn)行調(diào)控，這樣才能在保證乘客安全的前提下，最大程度的提高航路航線運(yùn)行效率。于是本文構(gòu)建了如下模型，來(lái)分析區(qū)域內(nèi)航路航線運(yùn)行規(guī)則。

3.1 提出假設(shè)

在進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建設(shè)之前，必須要明確航路航線建設(shè)與哪些因素有關(guān)，再確定不同的因素在其中所起作用，并進(jìn)行相關(guān)性分析。本文研究的是一定區(qū)域內(nèi)的航路航線管理，所以在設(shè)計(jì)模型時(shí)，要保證研究主題固定，即將某一航段的飛機(jī)飛行總?cè)萘吭O(shè)為常數(shù)，并將無(wú)關(guān)變量，例如飛機(jī)的始發(fā)時(shí)間與抵達(dá)時(shí)間設(shè)為已知。航班的運(yùn)行速度、天氣等非直觀變量也應(yīng)該設(shè)為固定值[4]。不僅如此，在研究時(shí)，還應(yīng)該針對(duì)于固定航班進(jìn)行研究，如果一段空域內(nèi)出現(xiàn)了其他的運(yùn)行航班，不僅會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾，其所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)也會(huì)失去其原有價(jià)值。

3.2 模型規(guī)劃

我們?cè)趯?shí)踐中，假設(shè)研究空域內(nèi)出口一共A個(gè)，A作為自變量，滿足均勻分布，入口一共B個(gè)，作為第二元變量，同樣服從于均勻分布，之后，研究者還應(yīng)該規(guī)范航班的個(gè)數(shù)，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并估計(jì)每一個(gè)航班的起飛與抵達(dá)時(shí)間。并記錄每一個(gè)航班的具體航線，統(tǒng)計(jì)同一航班走不同航線，所需要用的時(shí)間的多少。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，我們應(yīng)該先進(jìn)行航班抵達(dá)預(yù)模擬，再進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)踐，對(duì)比實(shí)際與理論的差異值。

3.3 模型求解

遺傳算法是生物進(jìn)化中常用的一種算法，它的運(yùn)算方法十分適合于本實(shí)驗(yàn)，不僅具有較好的收斂性，同時(shí)既可以針對(duì)于個(gè)體航班進(jìn)行探究，也可以對(duì)群體進(jìn)行集中的取樣與分析，所以求解模型，遺傳算法是值得考慮的。

適度性。

1.適度性

遺傳應(yīng)用中，適度性應(yīng)用在生物與環(huán)境之間的適合度，以及生物與生物之間的適應(yīng)度，和生物與遺傳因子之間的關(guān)系上，適度函數(shù)的COV值越趨向于1，其相關(guān)性越大，說(shuō)明其適應(yīng)環(huán)境的能力越強(qiáng)。

在本函數(shù)中，適度函數(shù)針對(duì)的主題是航班航線與成本之間的適度性，以及航班航線與效率之間的關(guān)聯(lián)程度。采用如上圖所示的算法，可以計(jì)算出航班的最佳飛行方式，以及最正常的飛行速度，這也是該航班飛行的一個(gè)狀態(tài)參量。飛機(jī)都是從初始狀態(tài)，到激活狀態(tài)的。

基因編碼。在生物體研究過(guò)程中，每一個(gè)基因編碼不同的DNA，構(gòu)成不同的生物體，此方法是生物遺傳學(xué)研究中常用的方法。依照此方法，研究人員也對(duì)航班進(jìn)行了逐次編號(hào)，從A1～Ai，而將其中的臨時(shí)航線編號(hào)為B1-BI，進(jìn)行集中分析。對(duì)航班進(jìn)行分類后，在研究過(guò)程中，應(yīng)航班保持勻速飛行，從而研究航路航線本身對(duì)于航班飛行成本的影響。

4 算法分析

選擇大多數(shù)航班時(shí)刻數(shù)據(jù)，嵌入到上述的建模中，用數(shù)學(xué)建模的方法，輔助C++程序，進(jìn)行集中求解，基于生物學(xué)原理，來(lái)探索航線航路管理的最佳方案，在通過(guò)多次實(shí)踐后，就可以得到航班航線管理的最優(yōu)方案。針對(duì)于飛機(jī)的管理，管理者將該算法應(yīng)用在日常的管理中，然后對(duì)航班進(jìn)行規(guī)范性管理，不僅可以降低航空公司的運(yùn)行成本，還可以對(duì)我國(guó)空域進(jìn)行合理利用，讓航班的運(yùn)行時(shí)間與流量能達(dá)到和諧與統(tǒng)一。近些年來(lái)，根據(jù)實(shí)踐調(diào)查顯示，經(jīng)優(yōu)化后的航班線路運(yùn)行方法，相較于傳統(tǒng)的航線管理方法，整體的運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約了10%，航班的安全到達(dá)概率卻依然接近于100%。

5 結(jié)語(yǔ)

由以上研究顯示，經(jīng)過(guò)改革后的航路航線管理，不僅節(jié)約了大量的運(yùn)行資本，還提高了航班運(yùn)行的效率，同時(shí)空域的靈活度也有明顯的加強(qiáng)，這也是空域靈活性管理的集中體現(xiàn)。該模型的提出對(duì)于空域的管理來(lái)說(shuō)，是具有里程碑意義的。如果飛機(jī)的流量增加，將初始值進(jìn)行更正，就可以得到新的規(guī)劃方案，這樣也為空域管理者調(diào)整航班時(shí)刻提供了較好的參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)

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