空中交通流量管理系统效果评估指标分析

引言

随着经济的发展，航空运输进入了高速发展阶段。航空运输的高速发展使国内现行空中交通流量管理系统发展滞后的问题逐渐显现出来。在我国民航空管“十二五”规划中，已经正式将空中交通流量管理系统列入建设项目之中。因此，在充分调研国内外现有流量管理系统的功能及状况的基础上,对空中交通流量管理系统效果评估指标进行研究，对于建设我国自己的空中交通流量管理系统具有很大的参考价值。同时,国内对于空中交通流量管理系统的需求将会随着航空运输的发展显得越来越迫切。本文结合我国实际，并借鉴了国外相关的先进经验，对比我国空中交通流量管理系统，分析了其现状及存在的问题，归纳出我国空中交通流量管理效果的各个指标，以期完善我国空中交通流量管理系统，从而实现优化流量，提高空域利用率的目标。

1空中交通流量管理系统现状

空中交通流量管理系统的概念产生于20世纪70年代，是在航空运输事业迅猛发展致使空中交通管制系统不能适应航空运输需求的情况下，首先由美国等航空发达国家提出的。系统最初是为了缓解局部航运阻塞而设计和开发的专用系统，状况与我国现在相似。经过80年代、90年代和本世纪初几年来的发展，已经成为空中交通管理系统中必不可少的重要组成部分。我国空中交通流量与国际上航空大国相比相差甚远，同时，我国的空中交通管制技术手段也比较落后，为了全部实现雷达管制，在北京、上海、广州等国际机场，往往出现因飞机在某一时间和地段过于集中的情况，需要采取流量控制手段，以疏散空中交通量。目前，我国空中交通流量管理系统存在的主要问题:一是缺乏专门的空中交通流量管理机构；二是实施流量管理的自动化程序不高；三是管理规章需要进一步健全。

2建立空中交通流量管理系统效果评估指标的意义

建立空中交通流量管理系统效果评估指标能够对空中交通流量管理系统进行全面的认识和有效的评估，使运营主管部门了解自己的优势和劣势，从而有的放矢地加以改进。在我国，目前国内的空中交通快速发展，但空中交通流量管理的研究却十分不足和薄弱，空中交通流量管理系统面临着重大挑战。针对上述存在的各种问题和弊端，有必要设置有关空中交通流量管理系统效果的评估指标，对评估指标进行空中交通流量管理系统效果进行综合评价，这对于提高空中交通流量，减少航班延误，与国际顺利接轨等，都具有重要的意义。

3流量管理系统效果评估指标分析

评价一个空中交通流量管理系统是否“高效”，就是看该系统能否在最小的交通生产资源投入的情况下，最大程度地实现其管理效果。虽然空中交通流量管理的评价内容涉及很多方面，但从空中交通流量管理系统的发展看，该系统应当具有以下基本的评价标准：

第一是最小交通需求标准。通过科学的空中交通布局和规划，使得维持空中交通与空域管理所需的交通需求最小(或较小)。

第二是最佳服务标准。空中交通流量管理系统(包括管理制度)能够使各种交通需求得到最大限度的满足。

第三是最小环境影响标准。即空中交通环境对人的生存环境和活动的影响和干扰最小(或较小)。

3.1交通需求评估指标

使用交通需求这一指标对空中交通流量管理系统进行评估，能够对未来空中交通流量管理系统进行需求预测，而需求预测是系统在规划过程中确定所需设施及其规模和时间的必要环节，也是在评价资金收入和回收及进行成本-效益分析所必需的依据之一。同时，评估交通需求可以为空管单位的战略流量管理以及航空公司的运营管理提供数据参考，从而达到提高整体服务水平及经济效益的目的。所以，用交通需求来评估空中交通流量管理系统的效果是非常有战略意义的。

图1所示为欧洲实施流量管理机构中央流量管理单元(CentralFlowManagementUnit，CFMU)的日常交通量。

图1CFMU日常交通量

从图1可以看出，年平均交通量总体成上升趋势，而月平均在下半年成下降趋势。一月中交通最繁忙是每月中旬，一年中最繁忙是6月末，9月初，其峰值也会因地区不同而变化。年平均交通增长率为5%〜6%,平均季变化率约为17%。根据这些统计可以为交通需求预测提供依据，特别是在繁忙时间，可以科学地根据交通需求增加航班架次。根据上述统计,预测交通需求，为航空公司制定航班计划以及战略流量管理提供数据参考。

3.2航班延误评估指标

航班延误是指在班期时刻表公布的离站时间后15分钟(北京、上海、广州、深圳25分钟)之内仍未起飞的航班，或者是在班期时刻公布的到达时间未打开舱门的航班。影响航班延误的主要因素有以下几种：

航空承运人原因导致的航班延误；

飞机执行的上一航班晚到导致的航班延误；

安检原因导致的航班延误；

国家航空体系原因导致的航班延误；

恶劣天气原因导致的航班延误。

表1所列是美国FAA对2010年1—6月份全美范围内航班延误状况的简要统计。从中可以看出，除了由于航空公司自身原因(例如机票超售、飞机运力调配、飞机机械故障等)造成航班延误外，恶劣天气原因、国家航空体系(NAS)中存在的问题、安检因素、飞机所执行的上一航班延迟抵达等因素均是导致航班延误的重要原因。就严重程度而言，NAS中所存在的诸多问题更是导致航班延误的首要因素。这表明，航班延误的解决方案属于“一揽子方案”，需要综合地加以解决。

表12010年1—6月份美国主要航空公司航班延误情况

航空延误的重要原因之一就是现有的基础设施(如机场跑道、候机楼等设施）的增长速度大大落后于运输量的快速增长。世界主要机场航班延误日趋严重的背景之一即是航空公司对机场设施的需求接近或超过机场自身的容量。

在导致航班延误的几种主要原因中，恶劣天气原因所导致的延误难以避免，而由于飞机执行的上一个航班延迟抵达所导致的延误并不能单独构成一种原因。安检原因所占比重不大，而且在美国“911”事件后，航空安全考虑凸显的情况下,也难以通过降低安检流程或标准的方式来减少航班延误。

这样，减少航班延误的努力主要集中在减少航空公司自身原因和整个航空体系中存在问题所导致的延误。前者可以通过促使航空公司改善其经营管理来减除，而后者则需要航空公司间以及航空公司与机场、空管等机构间更为顺畅的协调机制加以解决。因此，解决航班延误，一方面要促使航空公司主动地采取措施来减少航班延误；另一方面，要有效提高各方的协调性，以系统地解决整个航空体系中存在的问题。其主要方法是：

（1）需要将经济、法律手段作为一种主要的方式来使用，但其使用过程中，不仅要考虑一些制度性因素的影响，还需要注重技术上的支持（如航班延误性质和程度的界定）;

（2）在市场化的大背景之下，结合民航业自身的经营特点和中国民航业特定发展阶段的特点，同时考虑到机场多是属于公共产品的定位，行政手段的应用仍具有一定的使用空间；

（3）此外，还应借助其他的一系列配套措施（如建立完善的信息系统、通过扩建或修建第二机场来提高繁忙的机场容量、改进现有工作流程等）改善航班运营的整体环境，从长远的角度减少航班延误现象的发生。

3.3机场容量评估指标

机场容量评估是空中交通流量管理的关键技术之一，跑道容量是决定机场容量最为重要的因素。在机场容量的评估过程中，跑道作为机场中最容易形成瓶颈的子系统，往往决定了整个机场的容量水平。

机场容量是指机场处理一定交通（需求）业务量的能力。也即机场系统各项设施在一定时间段（通常为1h，也可为1年或1天）通过不同运输对象（飞机、旅客、货物等）的最大能力，称为容量或最大容量。

3.3.1容量与延误关系

为实现最大容量，必须对该设施连续不断地供应均衡的运输对象。由于运输要求的变化和波动，实际上很难达到这一点，因此，在运输需求量接近极限容量时，运输对象必然会因等待通过而出现延误。需求量越接近最大容量，平均延误时间越大。延误造成经济损失，延误多少也反映了服务水平和服务质量。依据某个可接受的服务水平，也即某个相应的可容许的平均延误时间所确定的容量，称作实际容量。图2所示是容量与延误的关系曲线。

图 2 容量与延误的关系

由图2可知，延误不是仅仅发生在容量极限时的一种现象。一些延误在机场远没有达到容量极限之前就已经出现，并且随着需求的增长，延误呈指数增长。

容量是不能超越的一个极限，否则运行将受到限制。在流量管理时考虑机场容量限制，意味着在一个连续的时间段内进入系统接受服务的飞机数量，必须要小于系统在这个时间段可以提供的服务数量。这样考虑问题的方式比较符合空域使用的实际情况。空域资源和人力资源的使用应尽量匹配,否则会造成空域资源和人力资源的浪费。

不同机场的跑道数量、跑道构型以及跑道的功能都大不相同。有的小型机场只有一条单一的跑道,有的机场跑道相互平行,而且还有的机场存在着跑道相互交叉的情况。在功能上，有的跑道只用于起飞,有的只用于降落,而有的跑道可以混合使用。跑道的构型及其功能也直接影响了跑道的容量限制，从而也影响了机场的容量限制。

3.3.2计算方法

假如定义r为系统在从放行第一架飞机到放行第二架飞机之间所需要的时间，C为r的平均值。

式中，C为每种飞机与前面一种飞机进入终端区的时间间隔,Pj为这样的飞机对在整个飞机流中出现的概率。这样，其客观容量C可以用下式来求解：

3.3.3容量指标的作用

空中交通容量的估计对空中交通流量管理系统具有非常重要的作用。一方面，飞行流量的快速增加，现有空域容量的严重不足，再加上导航设施及技术水平的落后，空中交通的瓶颈现象已变得十分严重。空管部门实施的流量控制已难以解决航班的大量延误，因此，基于系统全局优化的空中交通流量管理(AirTrafficFlowManagement，ATFM)方法日益得到了重视。而空中交通容量的研究是流量管理的基础和前提，因此,对空中交通容量的研究就显得十分必要。另一方面，这也是空中交通管制主管部门制订有关空管规章，合理计划与布局空管保障系统设备，优化配置管制席位和空域规划的依据之一。因此，对管制区的容量问题的研究在理论和实际应用方面均具有重要的意义。

4结语

空中交通流量管理是空中交通管理的重要组成部分，它对保障空中交通的安全、减少飞机延误等待的时间、减少飞行冲突、增大空中交通容量以及实现空中交通资源的高效利用等都有着非常重要的作用。本文根据空中交通流量管理系统及与其相关系统(如航空运输生产系统等)的特点，选取了交通需求、航班延误、机场容量等三个评估指标，分别从含义、统计方法、计算方法、解决方案及意义等不同角度进行了重点分析和研究，并且进行了空中交通流量管理系统效果评估指标的研究。这对于我们科学客观地评价我国空中交通流量管理体系，对于空中交通流量管理系统的现代化建设，对于我国空中交通流量管理事业的发展，推动民航事业的发展等都具有十分重要的意义。

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