CN114881405A - 一种基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法 - Google Patents

一种基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法，由历史航班运行数据得出各机场到航路点的飞行时间，结合机场群战略航班时刻表，计算航路点预期航班流量；对历史航班运行数据进行统计处理，设置航路点的公布容量；把战略航班时刻表和相关参数代入基本时刻分配模型，比较航路点预期流量与公布容量的大小关系，确定航路点的高峰时段分布，统计机场群内各机场航班在该航路点属于高峰时段的架次；统计各机场航班在该航路点的时刻偏移量，根据比例原则，计算航路点上各机场的机场公平性指标。本发明充分考虑各机场在航路点上的高峰时刻需求，得出各机场的公平性指标值，科学地评估了时刻偏移结果对各机场的公平性影响。

Description

一种基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法
技术领域
本发明涉及机场公平性评估技术，特别涉及一种基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法。
背景技术
随着航空运输业的持续发展，不断增长的航班时刻需求与有限可用机场资源之间的矛盾日益凸显，在一些大型枢纽机场频繁出现交通拥挤和航班延误。随着城市群的建设，相邻城市主要机场间的相互依赖性和制约性越来越强，机场群的协同运行发展已成为民航发展的一个重要问题。科学合理利用机场群系统资源是充分发挥机场群系统的一个关键。机场群内多个机场高度共享的空域、航段及航路点等关键空域资源成为机场群系统的一个瓶颈。如何公平、合理和有效地分配这些高度共享的空域资源已经成为一个迫切的问题。
航班时刻作为一个有限资源，在协调分配给具有竞争利益的用户(航空公司/ 机场)时会不可避免的涉及到公平性问题。在机场群中，机场与机场之间具有竞争性，而且机场之间在功能定位、基础设施、规模大小等方面存在差异，这对机场群空域时刻资源的公平分配提出了新的挑战。因此，正确、深入地评估机场群中各机场在航路点时刻资源分配中的公平性情况具有重要的意义。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法。
技术方案：本发明所述的基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法，包括如下步骤：
步骤1，收集航路点到机场的历史航班运行数据，由历史航班运行数据得出各机场到航路点的飞行时间，结合战略航班时刻表，统计航路点预期航班流量，并设置航路点的公布容量，容流量的时段均为15分钟；
步骤2，把战略航班时刻表代入基本时刻分配模型，对步骤1中得到的航路点预期流量和公布容量的大小关系进行比较，确定航路点的高峰时段分布，统计各机场航班在该航路点属于高峰时段的架次；
步骤3，统计各机场航班在该航路点的时刻偏移量以及机场群中所有机场在航路点上的总时刻偏移量；
步骤4，根据比例原则，计算航路点上各机场的机场公平性指标。
优选的，所述步骤1的具体过程为：
步骤11：历史航班运行数据包括航班号、飞机注册号、机型、起飞机场、着陆机场、计划起飞时间、实际起飞时间、计划着陆时间、实际着陆时间一共9个属性，而战略航班时刻表中航班数据包括航班号、飞机注册号、机型、起飞机场、着陆机场、计划起飞时间、计划着陆时间一共7个属性；
步骤12：不考虑飞行时间可变，航班在机场和航路点之间的飞行时间设置为航班历史飞行时间的中位数；
步骤13：将步骤12中得到的飞行时间结合战略航班时刻表信息，统计各机场在航路点的预期航班流量Lu，u表示航路点；
步骤14：目前缺少对航路点公布容量的明确定义，仿照当前机场的公布容量的规定，设置航路点公布容量Cu为航路点上历史航班最大流量的85-90％。
优选的，所述步骤2中统计航路点上各机场航班属于高峰时段的架次的具体过程为：
步骤21：把战略航班时刻表代入基本时刻分配模型，对步骤1中得到的航路点预期流量和公布容量的大小关系进行比较，如果在某个15分钟时段内，航路点预期流量大于或等于该航路点的公布容量，即Lu≥Cu，则该时段为高峰时段，由此可以确定一天中该航路点u上的高峰时段分布；
步骤22：统计各机场在该航路点属于步骤21中得到的高峰时段上的航班架次Na,u,a表示机场，并计算机场群中所有机场在航路点u上的高峰时段的航班架次，公式为：
Figure BDA0003572115690000021
其中，A为机场群内所有机场的集合，a∈A。最终得到各机场高峰航班架次占机场群所有机场高峰航班总架次的比例ra,u，公式为：
Figure BDA0003572115690000022
其中，ra,u为各机场高峰航班架次占机场群所有机场高峰航班总架次的比例， a∈A。
优选的，所述步骤3中统计各机场航班在该航路点的时刻偏移量的具体过程为：
步骤31：由于机场公布容量和航路点容量的约束，各机场的航班申请的时刻会发生偏移|t-tm|，表示航班m申请的时刻与实际分配时刻之间差值的绝对值，即时刻偏移量,单位为分钟。其中，t为航班实际被分配的时刻，tm为航班m申请的时刻；
步骤32：根据时刻偏移结果，统计各机场在该航路点的时刻偏移量，公式为：
Figure BDA0003572115690000031
其中，Sa,u表示各机场在该航路点的时刻偏移量；Ma,u为机场a通过航路点u 的航班的集合；
Figure BDA0003572115690000032
为表征机场a的航班请求m是否被分配到时刻t，如果是，则值取1；否则取0。
然后计算机场群中所有机场在航路点u上的航班时刻总偏移量，公式为：
Figure BDA0003572115690000033
其中，Su表示机场群中所有机场在航路点u上的航班时刻总偏移量。
优选的，所述步骤4具体过程为：公平性原则要求机场航班偏移量的比例应该与机场高峰时段航班比例相当，即机场公平性指标为各机场高峰航班架次占所有机场高峰航班总架次的比例与各机场航班时刻偏移占所有机场航班时刻总偏移的比例的比值。根据该比例原则，计算得到航路点上各机场的机场公平性指标，公式为：
Figure BDA0003572115690000034
其中，μa,u表示机场群中机场a在航路点上的机场公平性指标。μa,u＝1代表机场a在航路点u时刻资源分配中被公平对待；0≤μa,u＜1代表机场a在航路点u时刻资源分配中被优待；μa,u＞1代表机场a在航路点u被不公平对待。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：将单机场航空公司公平性扩展到机场群内机场公平性，考虑了航班时刻申请的高峰时段需求，能够正确、深入地评估机场群中各机场在航路点时刻资源分配中的公平性情况，为机场群层面各利益相关方的公平性研究提供了重要借鉴和参考，具有很好的应用价值。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是实施例中机场群中各机场和空域航路点示意图。
具体实施方式
本实施例将本发明方法应用在机场群航班时刻管理上，如图2所示，飞机代表机场，一共分为广州白云国际机场(国际民航组织四字代码：ZGGG)、深圳宝安国际机场(ZGSZ)、珠海金湾国际机场(ZGSD)、中国澳门特别行政区澳门国际机场(VMMC) 和惠州平潭机场(ZGHZ)五个机场，圆点代表共用航路点，图中灰色圆点代表 YIN(英德)航路点，指向YIN航路点的深蓝色箭线代表机场到航路点存在航班，即各机场均有航班从YIN航路点。
本实施例中针对ZGGG、ZGSD、ZGSZ、ZGHZ、VMMC五个机场以及YIN航路点进行机场群航班时刻管理。如图1所示，一种基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法，包括如下步骤：
步骤1，收集航路点到机场的历史航班运行数据，由历史航班运行数据得出各机场到航路点的飞行时间，结合战略航班时刻表，统计YIN航路点预期航班流量，并设置YIN 航路点的公布容量，容流量的时段均为15分钟；
步骤11：历史航班运行数据包括航班号、飞机注册号、机型、起飞机场、着陆机场、计划起飞时间、实际起飞时间、计划着陆时间、实际着陆时间一共9个属性，而战略航班时刻表中航班数据包括航班号、飞机注册号、机型、起飞机场、着陆机场、计划起飞时间、计划着陆时间一共7个属性；
步骤12：不考虑飞行时间可变，航班在机场和YIN航路点之间的飞行时间设置为航班历史飞行时间的中位数；
步骤13：将步骤12中得到的飞行时间结合战略航班时刻表信息，统计各机场在航路点的预期航班流量Lu,u在本实例中表示YIN航路点；
步骤14：目前缺少对航路点公布容量的明确定义，仿照当前机场的公布容量的规定，设置航路点公布容量Cu为航路点上历史航班最大流量的85-90％,本实施例中YIN航路点的公布容量设置为每15分钟9架次。
步骤2，把战略航班时刻表代入基本时刻分配模型，对步骤1中得到的航路点预期流量和公布容量的大小关系进行比较，确定航路点的高峰时段分布，统计各机场航班在该航路点属于高峰时段的架次；
步骤21：把战略航班时刻表代入基本时刻分配模型，对步骤1中得到的YIN航路点预期流量和公布容量的大小关系进行比较，如果在某个15分钟时段内，航路点预期流量大于或等于该航路点的公布容量，即Lu≥Cu，则该时段为高峰时段，由此可以确定一天中该航路点u上的高峰时段分布；
步骤22：统计各机场在该航路点属于步骤21中得到的高峰时段上的航班架次Na,ua表示机场。其中，NZGGG,YIN＝51,NZGSZ,YIN＝59,NZGSD,YIN＝16,NZGHZ,YIN＝4,NVMMC,YIN＝5,并计算机场群中所有机场在航路点u上的高峰时段的航班架次Nu，公式为：
Figure BDA0003572115690000061
其中，A为机场群内所有机场的集合，a∈A。可得，NYIN＝135。最终得到各机场高峰航班架次占机场群所有机场高峰航班总架次的比例ra,u，公式为：
Figure BDA0003572115690000062
其中，ra,u为各机场高峰航班架次占机场群所有机场高峰航班总架次的比例，a∈A。可得，rZGGG,YIN≈0.3778，rZGSZ,YIN≈0.4730，rZGSD,YIN≈0.1185，rZGHZ,YIN≈0.0296， rVMMC,YIN≈0.0370。
步骤3，统计各机场航班在该航路点的时刻偏移量以及机场群中所有机场在航路点上的总时刻偏移量；
步骤31：由于机场公布容量和航路点容量的约束，各机场的航班申请的时刻会发生偏移 |t-tm|，表示航班m申请的时刻与实际分配时刻之间差值的绝对值，即时刻偏移量,单位为分钟。其中，t为航班实际被分配的时刻，tm为航班m申请的时刻；
步骤32：根据时刻偏移结果，统计各机场在该航路点的时刻偏移量，公式为：
Figure BDA0003572115690000063
其中，Sa,u表示各机场在该航路点的时刻偏移量；Ma,u为机场a通过航路点u的航班的集合；
Figure BDA0003572115690000064
为表征机场a的航班请求m是否被分配到时刻t，如果是，则值取1；否则取0。其中，SZGGG,YIN＝65,SZGSZ,YIN＝75,SZGSD,YIN＝20,SZGHZ,YIN＝5,SVMMC,YIN＝5。
然后计算机场群中所有机场在航路点u上的航班时刻总偏移量，公式为：
Figure BDA0003572115690000065
其中，Su表示机场群中所有机场在航路点u上的航班时刻总偏移量。可得，SYIN＝170。步骤4，根据比例原则，计算航路点上各机场的机场公平性指标。
公平性原则要求机场航班偏移量的比例应该与机场高峰时段航班比例相当，即机场公平性指标为各机场高峰航班架次占所有机场高峰航班总架次的比例与各机场航班时刻偏移占所有机场航班时刻总偏移的比例的比值。根据该比例原则，计算得到航路点上各机场的机场公平性指标，公式为：
Figure BDA0003572115690000066
其中，μa,u表示机场群中机场a在航路点上的机场公平性指标。μa,u＝1代表机场a在航路点u时刻资源分配中被公平对待；0≤μa,u＜1代表机场a在航路点u时刻资源分配中被优待；μa,u＞1代表机场a在航路点u被不公平对待。计算可得，μZGGG,YIN≈1.0121,μZGSZ,YIN≈1.0095,μZGSD,YIN≈0.9926,μZGHZ,YIN≈0.9926,μVMMC,YIN≈0.7941 。可以看出，ZGGG、ZGSZ两大机场在YIN航路点时刻资源分配中被不公平对待，可能是因为它们所申请的航班时刻较多而且处于高峰时段内；而ZGSD、ZGHZ和VMMC 三机场在YIN航路点时刻资源分配中被优待。

Claims (5)

1.一种基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，收集航路点到机场的历史航班运行数据，由历史航班运行数据得出各机场到航路点的飞行时间，结合战略航班时刻表，统计航路点预期航班流量，并设置航路点的公布容量，容流量的时段均为15分钟；
步骤2，把战略航班时刻表和相关参数代入基本时刻分配模型，对步骤1中得到的航路点预期流量和公布容量的大小关系进行比较，确定航路点的高峰时段分布，统计各机场航班在该航路点属于高峰时段的架次；
步骤3，统计各机场航班在该航路点的时刻偏移量以及机场群中所有机场在航路点上的总时刻偏移量；
步骤4，根据比例原则，计算航路点上各机场的机场公平性指标。
2.根据权利要求1所述基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法，其特征在于：所述步骤1的过程为：
步骤11：历史航班运行数据包括航班号、飞机注册号、机型、起飞机场、着陆机场、计划起飞时间、实际起飞时间、计划着陆时间和实际着陆时间一共9个属性，战略航班时刻表中航班数据包括航班号、飞机注册号、机型、起飞机场、着陆机场、计划起飞时间和计划着陆时间一共7个属性；
步骤12：不考虑飞行时间可变，航班在机场和航路点之间的飞行时间设置为航班历史飞行时间的中位数；
步骤13：将步骤12中得到的飞行时间结合战略航班时刻表信息，统计各机场在航路点的预期航班流量Lu，u表示航路点；
步骤14：参照机场的公布容量的规定，设置航路点公布容量Cu为航路点上历史航班最大流量的85-90％。
3.根据权利要求2所述基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法，其特征在于：所述步骤2中统计航路点上各机场航班属于高峰时段的架次的具体过程为：
步骤21：把战略航班时刻表代入基本时刻分配模型，对步骤1中得到的航路点预期流量和公布容量的大小关系进行比较，如果在某个15分钟时段内，航路点预期流量大于或等于该航路点的公布容量，即Lu≥Cu，则该时段为高峰时段，由此可以确定一天中该航路点u上的高峰时段分布；
步骤22：统计各机场在该航路点属于步骤21中得到的高峰时段上的航班架次Na,u,a表示机场，并计算机场群中所有机场在航路点u上的高峰时段的航班架次，公式为：
Figure FDA0003572115680000021
其中，A为机场群内所有机场的集合，a∈A，最终得到各机场高峰航班架次占机场群所有机场高峰航班总架次的比例ra,u，公式为：
Figure FDA0003572115680000022
其中，ra,u为各机场高峰航班架次占机场群所有机场高峰航班总架次的比例，a∈A。
4.根据权利要求3所述基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法，其特征在于：所述步骤3中统计各机场航班在该航路点的时刻偏移量的具体过程为：
步骤31：由于机场公布容量和航路点容量的约束，各机场的航班申请的时刻会发生偏移|t-tm|，表示航班m申请的时刻与实际分配时刻之间差值的绝对值，即时刻偏移量,单位为分钟，其中，t为航班实际被分配的时刻，tm为航班m申请的时刻；
步骤32：根据时刻偏移结果，统计各机场在该航路点的时刻偏移量，公式为：
Figure FDA0003572115680000023
其中，Sa,u表示各机场在该航路点的时刻偏移量；Ma,u为机场a通过航路点u的航班的集合；
Figure FDA0003572115680000024
为表征机场a的航班请求m是否被分配到时刻t，如果是，则值取1；否则取0，
然后计算机场群中所有机场在航路点u上的航班时刻总偏移量，公式为：
Figure FDA0003572115680000025
其中，Su表示机场群中所有机场在航路点u上的航班时刻总偏移量。
5.根据权利要求4所述基于高峰需求的机场时刻公平性计算方法，其特征在于：所述步骤4具体过程为：公平性原则要求机场航班偏移量的比例应该与机场高峰时段航班比例相当，即机场公平性指标为各机场高峰航班架次占所有机场高峰航班总架次的比例与各机场航班时刻偏移占所有机场航班时刻总偏移的比例的比值，根据该比例原则，计算得到航路点上各机场的机场公平性指标，公式为：
Figure FDA0003572115680000031
其中，μa,u表示机场群中机场a在航路点上的机场公平性指标，μa,u＝1代表机场a在航路点u时刻资源分配中被公平对待；0≤μa,u＜1代表机场a在航路点u时刻资源分配中被优待；μa,u＞1代表机场a在航路点u被不公平对待。
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