CN104750950A - 一种基于多层次状态分类的机场终端区利用率评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多层次状态分类的机场终端区利用率评价方法。包括如下步骤：(1)从空间、时间、容量三个不同维度构建机场终端区利用率评价指标体系；(2)对指标进行预处理，实现指标的无量纲化以及一致化；(3)选用层次分析法和状态分类评价法相结合的方法，评价机场终端区的利用情况，首先使用层次分析法确定各指标的影响权重，然后利用状态分类评价法判定机场终端区的使用程度。本发明构建了多层次机场终端区利用率评价指标体系，从空间、时间和容量的综合维度全面反映机场终端区的利用率，实现了定性和定量方法的有效结合，对促进空域充分合理使用，提高空域管理水平，具有重要指导意义。

Description

一种基于多层次状态分类的机场终端区利用率评价方法

技术领域

本发明涉及用于机场终端区利用率评价的一种方法，具体涉及一种基于多层次状态分类的机场终端区利用率评价方法。

背景技术

随着我国航空运输业的快速发展，飞行需求日益增加，终端区需求与供给矛盾越发突出，尤其机场终端区是空中交通网络的起点和终点，承担着繁忙的运输任务，终端区资源需求更加旺盛。如何评价机场终端区的利用程度，充分使用现有终端区，提高终端区有限资源的利用率，是当前研究的热点问题也是难点问题。现有机场终端区利用率评价方法基本是基于某一方面，如容量或时间，采用单一指标评价终端区的使用状况，缺乏全方位综合评价。

2009年2月，张洪海等人在《西南交通大学学报》上发表文章《机场终端区容量利用和流量分配协同优化策略》，文中主要考虑终端区容流比作为度量终端区利用率的指标；2011年，张波、陈金良、王三强三人在《空中交通管制》上发表文章《空域利用率概念模型及算法研究》，文中阐述了全空域利用率模型，并采用灰色关联度理论进行了实例验证；2012年5月，王萍、俞文军、张兆宁三人在《航空计算技术》上发表《基于主成分分析和灰色关联度的空域利用率》，文中提出以理想空域作为参照对象，通过计算各年空域利用综合得分与理想空域利用综合得分的关联度，来确定空域利用率的方法。

总体而言，现有的空域利用率评估研究存在以下缺点：

(1)没有建立完整的空域利用率评价指标体系，只是针对容量、时间等某一方面进行空域利用率评价；

(2)现有研究都是针对宏观的、全空域的利用率评估，对某一具体空域单元利用率评价还处于空白，对一线运行工作指导意义不大。

(3)现在采用的评价方法几乎是单定量或定性的评价，并未对现有信息充分使用，评价结果存在信息的缺失。

发明内容

本发明针对上述背景技术的不足，提供一种基于多层次状态分类的机场终端区利用率评价方法。本方法首先要建立机场终端区利用率评价指标体系，并对评价指标进行无量纲化和一致化预处理，然后利用层次分析法确定指标权重，利用专家群体决策确定指标阀值，最后使用状态分类评价法确定所评估机场终端区利用率等级。

实现此方法的技术方案如下：

1基于多层次状态分类的机场终端区利用率评价方法，首先要建立机场终端区利用率评价指标体系。定义需评估终端区某天的利用率为评价日利用率。

(1)首先建立机场终端区空间利用指标集U，机场终端区空间利用指标包含能反映空间使用的二维面积指标和三维体积指标，并利用着陆、起飞、航路飞行间隔，从空间排序的角度反映终端区的利用程度，具体步骤如下：

步骤A：构建指标U₁：终端区内进离场航路(航线)面积/终端区总面积PT_area；求得终端区内各进离场航路(航线)面积之和以及整个终端区面积，利用其比值反映终端区二维平面空间的利用率。在终端区内航空器一般都是沿航路(航线)飞行，航路(航线)的面积即为航空器实际和正常情况下使用的面积，该比值越大，说明空间利用率越高。

步骤B：构建指标U₂：终端区内进离场航路(航线)体积/终端区总体积PT_vol；求得终端区内各进离场航路(航线)体积之和以及整个终端区体积，利用其比值反映终端区三维体积空间的利用率，该比值越大，说明空间利用率越高。

步骤C：构建指标U₃：航班的平均着陆间隔/加权管制规定着陆间隔SEP_arr；选取终端区评价日繁忙时段(可取小时流量大于等于容量值×80％的时段)，记录每架进场航班的着陆时间以及航空器的类型(重、中、轻)，按照进场顺序统计航班的平均着陆间隔以及重重、重中、重轻、中重、中中、中轻、轻重、轻中、轻轻的比例，同时根据管制间隔规定以及上述九类型比例，加权求得管制间隔规定的着陆间隔，用其比值反映进场着陆航班空间的利用情况。容量值使用制定航班计划时参照的小时容量。管制规定间隔都是最小安全间隔，该比值越小，说明空间利用率越高。

步骤D：构建指标U₄：航班的平均起飞间隔/加权管制规定起飞间隔SEP_dep；选取终端区评价日繁忙时段(可取小时流量大于等于容量值×80％的时段)，记录每架进场航班的起飞时间以及航空器的类型(重、中、轻)，按照离场顺序统计航班的平均起飞间隔以及重重、重中、重轻、中重、中中、中轻、轻重、轻中、轻轻的比例，同时根据管制间隔规定以及上述九类型比例，加权求得管制间隔规定的起飞间隔，用其比值反映离场起飞航班空间的利用情况。容量值使用制定航班计划时参照的小时容量。管制规定间隔都是最小安全间隔，比值越小，说明空间利用率越高。

步骤E：构建指标U₅：终端区内航路间隔/规定航路间隔标准SEP_rou；终端区内航路间隔是实际管制过程中掌握的，是在飞行规则中规定的航路安全间隔的基础上增加了管制间隔裕度，规定航路间隔标准指雷达管制条件下终端区内进近扇区内航空器要保持不小于6公里的纵向间隔，用其比值反映航路飞行阶段空间的使用率。管制规定航路间隔是最小安全间隔，比值越小，说明空间利用率越高。

步骤F：构建指标U₆：航空器平均占用空间体积/航空器最小占用体积FL_vol；航空器平均占用空间体积指终端区体积与最大瞬时航班量的比值，即航班密度最大时，平均每架航班占用的体积，航空器最小占用体积是指根据管制间隔规定保持最小的纵向间隔和垂直间隔时，单架航空器占用的体积，利用其比值反映空间的利用率，该比值越小，说明空间利用率越高。

(2)构建机场终端区时间利用率评价指标集V，时间利用指标通过分析航班的时间分布以及飞行流量统计，从时间维度反映机场终端区利用率，具体步骤如下：

步骤A：构建指标V₁：终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra；选取终端区评价日较繁忙时段(可取小时流量大于等于容量值×40％的时段)，计算所选时段的总飞行量和飞行时长，计算小时平均流量，该值越大说明，终端区使用越充分，时间利用率越高。容量值使用制定航班计划时参照的小时容量。

步骤B：构建指标V₂：终端区流量维持在一定程度的时长/有效时间EFF_tra；一般对于民航而言，并非一天24小时都是有效时间，可选用终端区评价日有效时段(可取小时流量大于等于容量值×30％的时段)，该时段则为有效时间，终端区流量维持在一定程度的时长统计小时流量大于等于容量值40％的小时数，该比值反映时间利用率，值越大，说明终端区使用的时间长，终端区时间利用率越高。容量值使用制定航班计划时参照的小时容量。

(3)构建机场终端区容量利用率评价指标集W，具体步骤如下：

步骤A：构建指标W₁：终端区容量CAP；根据终端区给定的空域结构、运行条件、管制规定、管制员水平、航空器性能等参数，选取历史航班计划，评估一定延误水平下的终端区容量，该值反映了终端区可接受的航空器数量，反映终端区的服务能力，该值越大，说明可提供使用的程度越高，终端区利用率越高。制定航班计划时参考的小时容量一般是通过容量评估系统仿真评估或历史数据统计的方法获得的，本模型选用制定航班计划时参考的小时容量作为终端区容量。

步骤B：构建指标W₂：流容比CAP_tra；选取评价日历史航班计划，计算有效小时平均流量与终端区容量的比值，该比值反映终端区容量利用率，该值越大，说明终端区容量利用率越高。

2在机场终端区利用率评价指标体系建立的基础上，完成指标体系预处理，包括无量纲化处理和一致化处理，统一将指标转换成逆指标，包括以下几个步骤：

(1)无量纲化，上述10个指标中，需进行无量纲化处理的有V₁：终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra和W₁：终端区容量CAP。其中终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra可用其与当年小时最大流量的比值代替，反映其相对最大流量的程度；终端区容量受跑道、滑行道以及空域资源的限制，终端区容量小于其组成单元(跑道、滑行道、空域)的容量，其中跑道容量是终端区容量的瓶颈，用终端区容量与跑道理论容量的比值代替指标终端区容量CAP，反映容量使用的程度。

(2)一致化，权利要求1中建立的指标体系中，正指标包括U₁，U₂，V₁，V₂，W₁，W₂，将正指标取其倒数转换成逆指标。

3使用层次分析和状态分类评价相结合的方法，确定指标权重和综合评价阀值，包括以下几个步骤：

(1)使用层次分析法指标确定权重，具体步骤如下：

步骤A：建立层次结构模型，层次结构模型分为三层，最上面为目标层，中间是准则层第三层为指标层。目标层为终端区利用率评估，准则层为终端区利用率评估的三个维度，即空间、时间、容量维度，指标层为评价终端区利用率而选用的具体指标。

步骤B：使用层次分析法，确定指标层在准则层中的权重，设指标层有n个因素，X＝{x₁，x₂，…，x_n}，两两因素之间进行比较，比较时取1-9尺度，用a_i，j表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，则有成对比较矩阵A

$A={\left(a_{\mathrm{ij}}\right)}_{n\×n}=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2n}\\ ...& ...& ...& ...\\ a_{n1}& a_{n2}& ...& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

比较尺度含义如下表，由系统使用人员或决策者根据实际情况和主观经验确定。

利用特征根法确定权向量，对每个成对比较矩阵计算最大特征值及其对应的特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量(归一化后)即为权向量；若不通过，需要重新构造成对比较矩阵。依据上述方法，得到第三层评价指标对应空间、时间和容量利用率的权向量A₁＝(b₁，b₂，…，b₆)，A₂＝(c₁，c₂)，A₃＝(d₁，d₂)。

步骤C：使用层次分析法，按照步骤B同样的过程，确定准则层对目标层的影响程度，最后得到终端区空间、时间、容量利用指标对应机场终端区利用率的权向量A＝(a₁，a₂，a₃)。

(2)专家群体决策，确定每个评价指标等级阀值，依据上述10个指标，我们将机场终端区利用率分成5个等级，分别为优、良、一般、较差、差，对具体指标进行阀值确定，具体步骤如下：

步骤A：使用专家群体决策的典型方法德尔菲法，确定评价指标5等级4阀值。组建专家小组，并选择塔台管制员、进近管制员、机场运控人员、管理局人员等专业人员，共聘请m人，进行指标阀值估计，以固定表格的形式进行填写，第一次完成后反馈给专家小组；

步骤B：专家小组根据第一次反馈的情况，进行汇总对比，再反馈给聘请的m个专业人员，让各专业人员比较自己同他人的不同意见，修改自己的意见和判断，再次反馈给专家小组；

步骤C：经过专家小组与专业人员3-5次反馈，将最后得到的阀值估计，求均值，作为最终的指标评价阀值，最后获得的指标阀值如下：PT_area阀值[PT_area′，PT_area″，PT_area″′，PT_area″″]，PT_vol阀值[PT_vol′，PT_vol″，PT_vol″′，PT_vol″″]，SEP_arr阀值[SEP_arr′，SEP_arr″，SEP_arr″′，SEP_arr″″]，SEP_dep阀值[SEP_dep′，SEP_dep″，SEP_dep″′，SEP_dep″″]，SEP_rou阀值[SEP_rou′，SEP_rou″，SEP_rou″′，SEP_rou″″]，FL_vol阀值[FL_vol′，FL_vol″，FL_vol″′，FL_vol″″]，AVE_tra阀值[AVE_tra′，AVE_tra″，AVE_tra″′，AVE_tra″″]，EFF_rra阀值[EFF_tra′，EFF_tra″，EFF_tra″′，EFF_tra″″]，CAP阀值[CAP′，CAP″，CAP″′，CAP″″]，CAP_tra阀值[CAP_tra′，CAP_tra″，CAP_tra″′，CAP_tra″″]。

(3)为保证指标值都在(0，1)区间内，采用极值处理法对指标阀值进行二次处理。确定各指标的极小值m_j和极大值M_j，如果指标是逆指标，则令M_j＝max{x_ij}，m_j＝min{x_ij}，x_ij为第j个指标对应的第i个值；如果指标是正指标，则令M_j＝max{1/x_ij}，m_j＝min{1/x_ij}，如果指标值不能取到极大或极小值，则可定义一个不能达到的值作为极大极小值，根据极值法，可得x′_j为j指标等级为优对应的阀值，同理可得 $x_j^{**}=(x_j^{\″}-m_j)/(M_j-m_j),x_j^{***}=(x_j^{\″\′}-m_j)/(M_j-m_j),x_j^{****}=(x_j^{\″\″}-m_j)/(M_j-m_j),$ 最后得到每个指标的各级阀值[0，x^*，x^**，x^***，x^****，1]。

(4)构造阀值矩阵和综合评价函数，计算综合评价的阀值，具体步骤如下：

步骤A：构造阀值矩阵，将等级为优的空间评价指标阀值矩阵定义为 $X^{*}={({\mathrm{PT}}_{\mathrm{area}}^{*},{\mathrm{PT}}_{\mathrm{vol}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{arr}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{dep}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{rou}}^{*}{\mathrm{FL}}_{\mathrm{vol}}^{*})}^T={(x_1^{*},x_2^{*},...,x_6^{*})}^T,$ 同理等级为优的时间指标阀值矩阵 $Y^{*}={({\mathrm{AVE}}_{\mathrm{tra}}^{*},{\mathrm{EFF}}_{\mathrm{tra}}^{*})}^T={(y_1^{*},y_2^{*})}^T,$ 等级为优的容量指标阀值矩阵 $Z^{*}={({\mathrm{CAP}}^{*},{\mathrm{CAP}}_{\mathrm{tra}}^{*})}^T={(z_1^{*},z_2^{*})}^T;$ 依次类推，得到等级良、一般、较差、差对应的阀值矩阵。等级为差的阀值矩阵则为 $X^{****}={(x_1^{****},x_2^{****},...,x_6^{****})}^T,Y^{****}={(y_1^{****},y_2^{****})}^T,Z^{****}={(z_1^{****},z_2^{****})}^T,$

步骤B：依据状态分类评价法的原理，结合权向量，构造综合评价函数， $f=A\·(A_1\·X,A_2\·Y,A_3\·Z)=a_1\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i\×x_i^2+a_2\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i\×y_i^2+a_3\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i\×z_i^2=r^2$

步骤C：计算综合评价阀值，f^*＝A·(A₁·X^*，A₂·Y^*，A₃·Z^*)＝(r^*)²，f^**＝A·(A₁·X^**，A₂·Y^**，A₃·Z^**)＝(r^**)²，…，f^****＝A·(A₁·X^****，A₂·Y^****，A₃·Z^****)＝(r^****)²。

4按照指标体系，获取所需评估终端区利用率数据，计算终端区综合评价函数值，判断机场终端区利用率等级，包括以下几个步骤：

(1)根据建立的指标体系，获取所需评估机场终端区利用率数据，对指标进行无量纲化和一致化预处理，经过预处理后获得的指标数值如下：X＝(PT_area，PT_vol，SEP_arr，SEP_dep，SEP_rou，FL_vol)^T，Y＝(AVE_tra，EFF_tra)^T，Z＝(CAP，CAP_tra)^T；

(2)结合极值m_j和M_j，使用极值法进行(0，1)区间二次处理，得到X^#，Y^#，Z^#，根据综合评价函数，计算终端区利用率综合评价函数值f^#＝A·(A₁·X^#，A₂·Y^#，A₃·Z^#)，判定机场终端区利用率等级。

当f^#≤(r^*)²时，机场终端区利用率为优；

当(r^*)²≤f^#≤(r^**)²时，机场终端区利用率为良；

当(r^**)²≤f^#≤(r^***)²时，机场终端区利用率为一般；

当(r^***)²≤f^#≤(r^****)²时，机场终端区利用率为较差；

当f^#≥(r^****)²时，机场终端区利用率为差。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明构建了多层次终端区利用率评价指标体系，从空间、时间和容量三个维度综合反映机场终端区的使用状况。

(2)聚焦在机场终端区，机场终端区是整个空域网络中最繁忙的空域单元，评价其利用率对实际运行具有重大的指导意义。

(3)采用层次分析和状态分类评价相结合的综合评价方法，考虑了定性和定量因素，实现了定性和定量方法的有效结合，保证了信息的完全使用，充分反映机场终端区的利用状况。

附图说明

图1为基于多层次状态分类的机场终端区利用率评价方法流程图。

图2为机场终端区利用率评价指标体系。

图3为机场终端区利用状态分类评价状态空间划分示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

针对某一机场终端区进行利用率评价，该终端区只有一条跑道，两个进近扇区，按图1所示的流程图，采用基于多层次状态分类法，进行机场终端区利用率评价，包括如下步骤：

第一步，建立机场终端区利用率评价指标体系，层级结构如图2所示。从空间、时间和容量三个维度反映终端区的使用状况。

(1)构建指标U₁：终端区内进离场航路(航线)面积/终端区总面积PT_area；

(2)构建指标U₂：终端区内进离场航路(航线)体积/终端区总体积PT_vol；

(3)构建指标U₃：航班的平均着陆间隔/加权管制规定着陆间隔SEP_arr；

(4)构建指标U₄：航班的平均起飞间隔/加权管制规定起飞间隔SEP_dep；

(5)构建指标U₅：终端区内航路间隔/规定航路间隔标准SEP_rou；

(6)构建指标U₆：航空器平均占用空间体积/航空器最小占用体积FL_vol；

(7)构建指标V₁：终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra；

(8)构建指标V₂：终端区流量维持在一定程度的时长/有效时间EFF_tra；

(9)构建指标W₁：终端区容量CAP；

(10)构建指标W₂：流容比CAP_tra。

第二步，在机场终端区利用率评价指标体系建立的基础上，完成指标体系预处理，包括无量纲化处理和一致化处理，统一将指标转换成逆指标。

(1)无量纲化，上述10个指标中，需进行无量纲化处理的有V₁：终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra和W₁：终端区容量CAP。其中终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra可用其与当年小时最大流量的比值代替，反映其相对最大流量的程度；终端区容量受跑道、滑行道以及空域资源的限制，终端区容量小于其组成单元(跑道、滑行道、空域)的容量，其中跑道容量是终端区容量的瓶颈，用终端区容量与跑道理论容量的比值代替指标终端区容量CAP，反映容量使用的程度。

(2)一致化，权利要求1中建立的指标体系中，正指标包括U₁，U₂，V₁，V₂，W₁，W₂，将正指标取其倒数转换成逆指标。

第三步，使用层次分析法和状态分类评价法相结合的方法，确定指标权重和综合评价阀值。

(1)建立层次结构模型，如图2所示，使用层次分析法指标确定权重，包括准则层对目标层的权重，即终端区空间、时间、容量利用指标对应综合利用率的权向量A＝(a₁，a₂，a₃)＝(0.3，0.5，0.2)，以及指标层对准则层的权重，即评价指标对应时间、空间和容量利用率的权向量A₁＝(b₁，b₂，…，b₆)＝(0.1，0.2，0.2，0.1，0.3，0.1)，A₂＝(c₁，c₂)＝(0.7，0.3)，A₃＝(d₁，d₂)＝(0.4，0.6)。

(2)专家群体决策，确定每个评价指标阀值，依据上述10个指标，我们将机场终端区利用率分成5个等级，分别为优、良、一般、较差、差，对具体指标进行阀值确定，具体步骤如下：

步骤A：使用专家群体决策的典型方法德尔菲法，确定评价指标5等级4阀值。组建专家小组，并选择塔台管制员、进近管制员、机场运控人员、管理局人员等专业人员，共聘请10人，进行指标阀值估计，以固定表格的形式进行填写，第一次完成后反馈给专家小组；表格形式如下：

步骤B：专家小组根据第一次反馈的情况，进行汇总对比，再反馈给聘请的10个专业人员，让各专业人员比较自己同他人的不同意见，修改自己的意见和判断，再次反馈给专家小组；

步骤C：经过专家小组与专业人员3-5次反馈，将最后得到的阀值估计，求均值，作为最终的指标评价阀值，最后获得的指标阀值如下：PT_area阀值[PT_area′，PT_area″，PT_area″′，PT_area″″]＝[2.8，3.6，5，6.7]；

PT_vol阀值[PT_vol′，PT_vol″，PT_vol″′，PT_vol″″]＝[3.6，4.8，7.1，14.3]；

SEP_arr阀值[SEP_arr′，SEP_arr″，SEP_arr″′，SEP_arr″″]＝[1.2，1.4，1.8，2.5]；

SEP_dep阀值[SEP_dep′，SEP_dep″，SEP_dep″′，SEP_dep″″]＝[1.2，1.4，1.8，2.5]；

SEP_rou阀值[SEP_rou′，SEP_rou″，SEP_rou″′，SEP_rou″″]＝[1.5，1.7，2.5，5]；

FL_vol阀值[FL_vol′，FL_vol″，FL_vol″′，FL_vol″″]＝[60，80，100，150]；

AVE_tra阀值[AVE_tra′，AVE_tra″，AVE_tra″′，AVE_tra″″]＝[1.3，1.7，2.5，5]；

EFF_tra阀值[EFF_tra′，EFF_tra″，EFF_tra″′，EFF_tra″″]＝[1.3，1.7，2.5，5]；

CAP阀值[CAP′，CAP"，CAP″，CAP""]＝[1.3，1.7，2.5，5]；

CAP_tra阀值[CAP_tra′，CAP_tra″，CAP_tra″′，CAP_tra″″]＝[1.3，1.7，2.5，5]。即：

(3)为保证指标值都在(0，1)区间内，采用极值处理法对指标阀值进行二次处理。确定各指标的极小值m_j和极大值M_j，如果指标是逆指标，则令M_j＝max{x_ij}，m_j＝min{x_ij}，x_ij为第j个指标对应的第i个值；如果指标是正指标，则令M_j＝max{1/x_ij}，m_j＝min{1/x_ij}，如果指标值不能取到极大或极小值，则可定义一个不能达到的值作为极大极小值。首先确定评价指标极值，如下表：

使用极值法对指标进行二次处理，x′_j为j指标等级为优对应的阀值，同理可得 $x_j^{**}=(x_j^{\″}-m_j)/(M_j-m_j),x_j^{***}=(x_j^{\′\′\′}-m_j)/(M_j-m_j),x_j^{***}=(x_j^{\″\″}-m_j)/(M_j-m_j),$ 最后得到每个指标的各级阀值[0，x^*，x^**，x^***，x^****，1]具体如下表：

(4)根据状态分类评价法的原理，如图3所示，构造综合评价函数，计算综合评价的阀值。首先构造阀值矩阵，令等级为优的空间评价指标阀值矩阵定义为 $X^{*}={({\mathrm{PT}}_{\mathrm{area}}^{*},{\mathrm{PT}}_{\mathrm{vol}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{arr}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{dep}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{rou}}^{*},{\mathrm{FL}}_{\mathrm{vol}}^{*})}^T={(x_1^{*},x_2^{*},...,x_6^{*})}^T={\left(\mathrm{0.003,0.007,0.022,0.022,0.056,0.012}\right)}^T,$ 同理等级为优的时间指标阀值矩阵等级为优的容量指标阀值矩阵依次类推，得到等级良、一般、较差、差对应的阀值矩阵。等级为差的阀值矩阵则为

$X^{****}={(x_1^{****},x_2^{****},...,x_6^{****})}^T={(\mathrm{0.043,0.117},0.\mathrm{167,0.167,0.167,0.106})}^T,$

$Y^{****}={(y_1^{****},y_2^{****})}^T={\left(\mathrm{0.040,0.040}\right)}^T,Z^{****}={(z_1^{****},z_2^{****})}^T={\left(\mathrm{0.040,0.040}\right)}^T.$

步骤B：依据状态分类评价法的原理，结合权向量，构造综合评价函数， $f=A\·(A_1\·X,A_2\·Y,A_3\·Z)=a_1\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i\×x_i^2+a_2\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i\×y_i^2+a_3\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i\×z_i^2=r^2.$

步骤C：计算综合评价阀值，f^*＝A·(A₁·X^*，A₂·Y^*，A₃·Z^*)＝(r^*)²，f^**＝A·(A₁·X^**，A₂·Y^**，A₃·Z^**)＝(r^**)²，…，f^****＝A·(A₁·X^****，A₂·Y^****，A₃·Z^****)＝(r^****)²。

第四步，按照指标体系，获取所需评估终端区利用率数据，计算终端区综合评价函数值，判断机场终端区利用率等级。

(1)根据建立的指标体系，获取所需评估机场终端区利用率数据，对指标进行无量纲化和一致化预处理，经过预处理后获得的指标数值如下：X＝(PT_area，PT_vol，SEP_arr，SEP_dep，SEP_rou，FL_vol)^T＝(3.0，5，2，1.3，1.2，65)^T，Y＝(AVE_tra，EFF_tra)^T＝(1.2，1.8)^T，Z＝(CAP，CAP_tra)^T＝(1.4，2)^T；

(2)结合极值m_j和M_j，使用极值法进行(0，1)区间二次处理，得 $X^{\#}={({\mathrm{PT}}_{\mathrm{area}}^{\#},{\mathrm{PT}}_{\mathrm{vol}}^{\#},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{arr}}^{\#},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{dep}}^{\#},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{rou}}^{\#},{\mathrm{FL}}_{\mathrm{vol}}^{\#})}^T={\left(\mathrm{0.00513,0.02163,0.11111,0.03333,0.02222,0.16824}\right)}^T,$ $Y^{\#}={({\mathrm{AVE}}_{\mathrm{tra}}^{\#},{\mathrm{EFF}}_{\mathrm{tra}}^{\#})}^T={\left(\mathrm{0.00202020,0.008080808}\right)}^T,Z^{\#}={({\mathrm{CAP}}^{\#},{\mathrm{CAP}}_{\mathrm{tra}}^{\#})}^T={\left(\mathrm{0.004040404,0.01010101}\right)}^T.$ 根据综合评价函数f^#＝A·(A₁·X^#，A₂·Y^#，A₃·Z^#)，计算机场终端区利用率综合评价函数值f^#＝0.000881。

当f^#≤(r^*)²时，机场终端区利用率为优；

当(r^*)²≤f^#≤(r^**)²时，机场终端区利用率为良；

当(r^**)²≤f^#≤(r^***)²时，机场终端区利用率为一般；

当(r^***)²≤f^#≤(r^****)²时，机场终端区利用率为较差；

当f^#≥(r^****)²时，机场终端区利用率为差。

可以看出，(r^**)²≤f^#≤(r^***)²，判定该机场终端区利用率等级为一般。

Claims (4)

1.一种基于多层次状态分类的机场终端区利用率评价方法，以天为时间跨度，评价终端区某一天的利用率，称为评价日利用率，首先要构建机场终端区利用率评价指标体系，其特征在于，从空间、时间、容量三个维度综合建立评价指标体系，包括以下几个步骤：

(1)首先建立机场终端区空间利用指标集U，机场终端区空间利用指标包含能反映空间使用的二维面积指标和三维体积指标，并利用着陆、起飞、航路飞行间隔，从空间排序的角度反映终端区利用程度，具体步骤如下：

步骤A：构建指标U₁：终端区内进离场航路(航线)面积/终端区总面积PT_area；求得终端区内各进离场航路(航线)面积之和以及整个终端区面积，利用其比值反映终端区二维平面空间的利用率。在终端区内航空器一般都是沿航路(航线)飞行，航路(航线)的面积即为航空器实际和正常情况下使用的面积，该比值越大，说明空间利用率越高。

步骤B：构建指标U₂：终端区内进离场航路(航线)体积/终端区总体积PT_vol；求得终端区内各进离场航路(航线)体积之和以及整个终端区体积，利用其比值反映终端区三维体积空间的利用率，该比值越大，说明空间利用率越高。

步骤C：构建指标U₃：航班的平均着陆间隔/加权管制规定着陆间隔SEP_arr；选取终端区评价日繁忙时段(可取小时流量大于等于容量值×80％的时段)，记录每架进场航班的着陆时间以及航空器的类型(重、中、轻)，按照进场顺序统计航班的平均着陆间隔以及重重、重中、重轻、中重、中中、中轻、轻重、轻中、轻轻的比例，同时根据管制间隔规定以及上述九类型比例，加权求得管制间隔规定的着陆间隔，用其比值反映进场着陆航班空间的利用情况。容量值使用制定航班计划时参照的小时容量。管制规定间隔都是最小安全间隔，该比值越小，说明空间利用率越高。

步骤D：构建指标U₄：航班的平均起飞间隔/加权管制规定起飞间隔SEP_dep；选取终端区评价日繁忙时段(可取小时流量大于等于容量值×80％的时段)，记录每架进场航班的起飞时间以及航空器的类型(重、中、轻)，按照离场顺序统计航班的平均起飞间隔以及重重、重中、重轻、中重、中中、中轻、轻重、轻中、轻轻的比例，同时根据管制间隔规定以及上述九类型比例，加权求得管制间隔规定的起飞间隔，用其比值反映离场起飞航班空间的利用情况。容量值使用制定航班计划时参照的小时容量。管制规定间隔都是最小安全间隔，比值越小，说明空间利用率越高。

步骤E：构建指标U₅：终端区内航路间隔/规定航路间隔标准SEP_rou；终端区内航路间隔是实际管制过程中掌握的，是在飞行规则中规定的航路安全间隔的基础上增加了管制间隔裕度，规定航路间隔标准指雷达管制条件下终端区内进近扇区内航空器要保持不小于6公里的纵向间隔，用其比值反映航路飞行阶段空间的使用率。管制规定航路间隔是最小安全间隔，比值越小，说明空间利用率越高。

步骤F：构建指标U₆：航空器平均占用空间体积/航空器最小占用体积FL_vol；航空器平均占用空间体积指终端区体积与最大瞬时航班量的比值，即航班密度最大时，平均每架航班占用的体积，航空器最小占用体积是指根据管制间隔规定保持最小的纵向间隔和垂直间隔时，单架航空器占用的体积，利用其比值反映空间的利用率，该比值越小，说明空间利用率越高。

(2)构建机场终端区时间利用率评价指标集V，时间利用指标通过分析航班时间分布以及飞行流量统计，从时间维度反映机场终端区利用率，具体步骤如下：

步骤A：构建指标V₁：终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra；选取终端区评价日较繁忙时段(可取小时流量大于等于容量值×40％的时段)，计算所选时段的总飞行量和飞行时长，计算小时平均流量，该值越大说明，终端区使用越充分，时间利用率越高。容量值使用制定航班计划时参照的小时容量。

步骤B：构建指标V₂：终端区流量维持在一定程度的时长/有效时间EFF_tra；一般对于民航而言，并非一天24小时都是有效时间，可选用终端区评价日有效时段(可取小时流量大于等于容量值×30％的时段)，该时段则为有效时间，终端区流量维持在一定程度的时长统计小时流量大于等于容量值40％的小时数，该比值反映时间利用率，值越大，说明终端区使用的时间长，终端区时间利用率越高。容量值使用制定航班计划时参照的小时容量。

(3)构建机场终端区容量利用率评价指标集W，具体步骤如下：

步骤A：构建指标W₁：终端区容量CAP；根据终端区给定的终端区结构、运行条件、管制规定、管制员水平、航空器性能等参数，选取历史航班计划，评估一定延误水平下的终端区容量，该值反映了终端区可接受的航空器数量，反映终端区的服务能力，该值越大，说明可提供使用的程度越高，终端区利用率越高。制定航班计划时参考的小时容量一般是通过容量评估系统仿真评估或历史数据统计的方法获得的，本模型选用制定航班计划时参考的小时容量作为终端区容量。

步骤B：构建指标W₂：流容比CAP_tra；选取评价日历史航班计划，计算有效小时平均流量与终端区容量的比值，该比值反映终端区容量利用率，该值越大，说明终端区容量利用率越高。

2.根据权利要求1建立的机场终端区利用率评价指标体系，完成指标体系的无量纲化处理和一致化处理，统一将正指标转换成逆指标，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)无量纲化，上述10个指标中，需进行无量纲化处理的有V₁：终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra和W₁：终端区容量CAP。其中终端区单位时间(小时)平均流量AVE_tra可用其与当年小时最大流量的比值代替，反映其相对最大流量的程度；终端区容量受跑道、滑行道以及空域资源的限制，终端区容量小于其组成单元(跑道、滑行道、空域)的容量，其中跑道容量是终端区容量的瓶颈，用终端区容量与跑道理论容量的比值代替指标终端区容量CAP，反映容量使用的程度。

(2)一致化，权利要求1中建立的指标体系中，正指标包括U₁，U₂，V₁，V₂，W₁，W₂，将正指标取其倒数转换成逆指标。

3.在权利要求1和权利要求2的基础上，使用层次分析和状态分类评价相结合的方法，确定评价指标权重和综合评价阀值，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)使用层次分析法确定指标权重，具体步骤如下：

步骤A：建立层次结构模型，层次结构模型分为三层，最上面为目标层，中间是准则层，第三层为指标层。目标层为终端区利用率评估，准则层为终端区利用率评估的三个维度，即空间、时间、容量维度，指标层为评价终端区利用率而选用的具体指标。

步骤B：使用层次分析法，确定指标层在准则层中的权重，设指标层有n个因素，X＝{x₁，x₂，…，x_n}，两两因素之间进行比较，比较时取1-9尺度，用a_i，j表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，则有成对比较矩阵A

$A={\left(a_{\mathrm{ij}}\right)}_{n\×n}=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2n}\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·\\ a_{n1}& a_{n2}& \·\·\·& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

比较尺度含义如下表，由系统使用人员或决策者根据实际情况和主观经验确定。

利用特征根法确定权向量，对每个成对比较矩阵计算最大特征值及其对应的特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量(归一化后)即为权向量；若不通过，需要重新构造成对比较矩阵。依据上述方法，得到第三层评价指标对应空间、时间和容量利用率的权向量A₁＝(b₁，b₂，…，b₆)，A₂＝(c₁，c₂)，A₁＝(d₁，d₂)。

步骤C：使用层次分析法，按照步骤B同样的过程，确定准则层对目标层的影响程度，最后得到终端区空间、时间、容量利用指标对应机场终端区利用率的权向量A＝(a₁，a₂，a₃)。

(2)专家群体决策，确定每个评价指标等级阀值，依据上述10个指标，我们将机场终端区利用率分成5个等级，分别为优、良、一般、较差、差，对具体指标进行阀值确定，具体步骤如下：

步骤A：使用专家群体决策的典型方法德尔菲法，确定评价指标5等级4阀值。组建专家小组，并选择塔台管制员、进近管制员、机场运控人员、管理局人员等专业人员，共聘请m人，进行指标阀值估计，以固定表格的形式进行填写，第一次完成后反馈给专家小组；

步骤B：专家小组根据第一次反馈的情况，进行汇总对比，再反馈给聘请的m个专业人员，让各专业人员比较自己同他人的不同意见，修改自己的意见和判断，再次反馈给专家小组；

步骤C：经过专家小组与专业人员3-5次反馈，将最后得到的阀值估计，求均值，作为最终的指标评价阀值，最后获得的指标阀值如下：PT_area阀值PT_atea′，PT_area″，PT_area″′，PT_area″″，PT_vol阀值[PT_vol′，PT_vol″，PT_vol″′，PT_vol″″]，SEP_arr阀值[SEP_arr′，SEP_arr″，SEP_arr″′，SEP_arr″″]，SEP_dep阀值[SEP_dep′，SEP_dep″，SEP_dep″′，SEP_dep″″]，SEP_rou阀值[SEP_rou，SEP_rou″，SEP_rou″′，SEP_rou″″]，FL_vol阀值[FL_vol′，FL_vol″，FL_vol″′，FL_vol″″]，AVE_tra阀值[AVE_tra′，AVE_tra″，AVE_tra″′，AVE_tra″″]，EFF_tra阀值[EFF_tra′，EFF_tra″，EFF_tra″′，EFF_tra″″]，CAP阀值[CAP′，CAP″，CAP″′，CAP″″]，CAP_tra阀值[CAP_tra′，CAP_tra″，CAP_tra″′，CAP_tra″″]。

(3)为保证指标值都在(0，1)区间内，采用极值处理法对指标阀值进行二次处理。确定各指标的极小值m_j和极大值M_j，如果指标是逆指标，则令M_j＝max{x_ij}，m_j＝min{x_ij}，x_ij为第j个指标对应的第i个值；如果指标是正指标，则令M_j＝max{1/x_ij}，m_j＝min{1/x_ij}，如果指标值不能取到极大或极小值，则可定义一个不能达到的值作为极大极小值，根据极值法，可得x′_j为j指标等级为优对应的阀值，同理可得 $x_j^{**}=(x_j^{\′\′}-m_j)/(M_j-m_j),x_j^{***}=(x_j^{\′\′\′}-m_j)/(M_j-m_j),x_j^{****}=(x_j^{\′\′\′\′}-m_j)/(M_j-m_j),$ 最后得到每个指标的各级阀值[0，x^*，x^**，x^***，x^****，1]。

(4)构造阀值矩阵和综合评价函数，计算综合评价的阀值，具体步骤如下：

步骤A：构造阀值矩阵，将等级为优的空间评价指标阀值矩阵定义为 $X^{*}={({\mathrm{PT}}_{\mathrm{area}}^{*},{\mathrm{PT}}_{\mathrm{vol}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{arr}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{dep}}^{*},{\mathrm{SEP}}_{\mathrm{rou}}^{*},F_{\mathrm{vol}}^{*})}^T={(x_1^{*},x_2^{*},\·\·\·,x_6^{*})}^T,$ 同理等级为优的时间指标阀值矩阵 $Y^{*}={({\mathrm{AVE}}_{\mathrm{tra}}^{*},{\mathrm{EFF}}_{\mathrm{tra}}^{*})}^T={(y_1^{*},y_2^{*})}^T,$ 等级为优的容量指标阀值矩阵 $Z^{*}={({\mathrm{CAP}}^{*},{\mathrm{CAP}}_{\mathrm{tra}}^{*})}^T={(z_1^{*},z_2^{*})}^T;$ 依次类推，得到等级良、一般、较差、差对应的阀值矩阵。等级为差的阀值矩阵则为 $X^{****}={(x_1^{****},x_2^{****},\·\·\·,x_6^{****})}^T,Y^{****}={(y_1^{****},y_2^{****})}^T,Z^{****}={(z_1^{****},z_2^{****})}^T$

步骤B：依据状态分类评价法的原理，结合权向量，构造综合评价函数， $f=A\·(A_1\·X,A_2\·Y{,A}_3\·Z)=a_1\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i\×x_i^2+a_2\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i\×y_i^2+a_3\×\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i\×z_i^2=r^2$

步骤c：计算综合评价阀值，f^*＝A·(A₁·X^*，A₂·Y^*A₃·Z^*)＝(r^*)²，f^**＝A·(A₁·X^**，A₂·Y^**，A₂·Z^**)＝(r^**)²，…，f^****＝A·(A₁·X^****，A₂·Y^****，A₃·Z^****)＝(r^****)²。

4.获取所需评估终端区利用率数据，计算终端区综合评价函数值，判断机场终端区利用率等级，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)根据建立的指标体系，获取所需评估机场终端区利用率数据，对指标进行无量纲化和一致化预处理，经过预处理后获得的指标数值如下：X＝(PT_area，PT_vol，SEP_arr，SEP_dep，SEP_rou，FL_vol)^T，Y＝(AVE_tra，EFF_tra)^T，Z＝(CAP，CAP_tra)^T；

(2)结合极值m_j和M_j，使用极值法进行(0，1)区间二次处理，得到X^#，Y^#，Z^#，根据综合评价函数，计算终端区利用率综合评价函数值f^#＝A·(A₁·X^#，A₂·Y^#，A₃·Z^#)，判定机场终端区利用率等级。

当f^#≤(r^*)²时，机场终端区利用率为优；

当(r^*)²≤f#≤(r^**)²时，机场终端区利用率为良；

当(r^**)²≤f^#≤(r^***)²时，机场终端区利用率为一般；

当(r^***)²≤f^#≤(r^****)²时，机场终端区利用率为较差；

当f^#≥(r^****)²时，机场终端区利用率为差。