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基于航班运行阶段的空管原因延误测算及评价研究
来源:中国民航网2019-04-26 15:37:00

摘要:为准确识别并测算航班不同运行阶段空管可释放的效率空间,精准有效改善与空管相关的航班延误状况,本文对航班运行全过程进行了阶段划分,提出了不同运行阶段空管原因延误的定义,及其与现行航班正常性统计延误的关系。重点阐述了空管因素影响较大的5个运行阶段,分别从阶段延误时间和阶段累计延误时间两个维度提出7项延误指标及测算方法。最后采用厦门机场离场航班的实际运行数据进行测算验证。为空管实现精细化管理,有效补齐效率短板,实现高质高效的发展提供科学的技术手段。

一、背景及意义

伴随我国经济增长,民航市场需求始终保持高速增长,2017年我国航班起降架次928万架次,同比增长10.41%,但同期全国空域航路航线总里程仅增长4.98%,可用空域资源供给与民航市场需求之间不充分不平衡的矛盾必然加重航班延误。全年航班正常率为71.76%,较去年下降5.09个百分点,航班平均延误时间为24分钟,较去年增加8分钟[1],7月航班正常率一度跌至50.76%,民航高效优质发展压力凸显。同时,人民日益增长的美好生活需要也对航空运输的安全、便捷、高质、高效提出了更高的标准和要求。

航班延误指标是国际上评价空管运行效率的重要指标。国际民航组织(ICAO,InternationalCivilAviationOrganization)在全球空中交通管理运行概念报告(DOC9854)和全球空中航行系统性能手册(DOC9883)中将航班延误对应的效率作为空管系统关键性能监测领域之一[2]。国际民用空中航行服务组织(CANSO,CivilAirNavigationServicesOrganization)将实际飞行运行与理想运行之间的差异定义为运行效率差距,并指出航班延误时间是反映运行效率的一个方面[3]。美国下一代航空运输系统(NextGen,NextGenerationAirTransportationSystem)和欧洲单一天空空中交通管理研究(SESAR,SingleEuropeanSkyATMResearch),均把航班延误列入了系统运行性能指标[4-5]。

造成航班延误的原因是多方面的,包括了天气、空管、航空公司、军事活动、机场、旅客等。在空域条件受限,航班量快速增长的发展背景下,试图通过全面粗放的政策调整、技术革新等实现运行环境的整体改善已无法实现,只有通过精细化管理,精准识别和测算航班各不同运行阶段中空管可释放的效率空间,才能精准发力,有针对性的采取措施,有效改善空管服务水平,提升航班运行效率。

二、航班各运行阶段空管原因延误概念

(一)航班正常性与空管原因航班延误的关系

航班正常性统计的航班延误与空管原因航班延误都是以计算实际运行时间与计划运行时间的差值,即延误时间为基础的,但是两者也存在明显的区别。

1.目的不同。航班正常性统计中的航班延误涵盖所有原因,以判定延误结果为目的,而空管以运行过程效率评价为目的,需要从各种延误原因中甄别与空管原因关系密切的航班延误,侧重于不同运行过程阶段的延误水平评价,精准测算不同飞行阶段空管可释放的效率空间;

2.关注层面不同。航班正常性中主要统计“航班出港延误”和“航班延误”,而空管原因航班延误面向航班门到门运行全阶段,不仅包含放行延误、着陆延误等结果性指标,也涵盖了地面滑行延误、航路飞行延误等过程性指标;

3.计算标准不同。《航班正常管理规定》[6](交通运输部令2016年第56号)中明确规定:“航班延误”是指航班实际到港挡轮挡时间晚于计划到港时间超过15分钟的情况;“航班出港延误”是指航班实际出港撤轮挡时间晚于计划出港时间超过15分钟的情况。由于研究目的不同,本文所研究的航班延误不包括额外的15分钟,以便客观、真实发现各阶段的延误情况,有助于提出针对性改进意见。

(二)航班运行阶段划分

根据航班实际运行阶段特征,航班从起飞机场撤轮挡开始,直至目的机场挡轮挡,整个“门到门”过程划分为7个运行阶段,(如图1)。但是,根据空管实际运行以及数据的可获取情况,本文重点关注与空管原因相关的5个运行阶段,即滑出滑行、起飞、航路飞行、着陆和滑入滑行阶段产生的航班延误。

1.滑出滑行阶段:航班撤轮挡、推出,并滑行至跑道头、排队等待。

2.起飞阶段:航班上跑道、加速滑跑、直至起飞。

3.航路飞行阶段:从起飞到落地之间的航路飞行阶段。

4.着陆阶段:航班从航路开始下降,直至前轮着地。

5.滑入滑行阶段:航班着陆后在跑道滑行、滑行道滑行,直至滑入停机位。

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图1航班门到门运行阶段划分

(三)航班各运行阶段延误定义

每个运行阶段的延误时间除了受到本阶段影响因素制约之外,各运行阶段之间也会相互影,后续运行阶段的延误时间往往是由之前运行阶段所造成的。计算各运行阶段的延误时间需要明确各运行阶段的关键事件及其对应的关键时刻(关键事件发生的时刻),如图2所示。

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图2各阶段延误时间对应的关键时刻

每个关键时刻不仅是下一个运行阶段的开始时刻,也是之前所有运行阶段的结束时刻。因此,利用关键时刻可计算阶段延误时间和阶段累积延误时间。阶段延误时间是指仅在每个阶段过程中新产生的延误时间,与之前阶段的延误并没有关系。阶段累积延误时间是指在某个阶段及之前所有阶段产生的所有延误总和。

三、空管原因延误指标体系及测算方法

空管原因延误指标体系是围绕与空管因素影响较大的5个运行阶段,涵盖阶段延误时间和阶段累计延误时间两个测度维度,提出的7项延误指标及测算方法。

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图3空管原因延误指标体系

(一)阶段延误时间

1.滑出阶段延误时间

滑出阶段延误时间指标反映在滑行过程中相较于计划滑出时间(无阻滑出时间)产生的额外滑行时间,是用实际滑出时间和计划滑出时间之间的差值计算。滑出阶段延误时间指标具体计算方法见式(1)和式(2)。

AXOT=ATOT-AOBT(1)

滑出阶段延误时间=AXOT-EXOT(2)

其中,AXOT(ActualTaxi-OutTime)表示实际滑出时间,ATOT(ActualTakeOffTime)表示实际起飞时刻,AOBT(ActualOffBlockTime)表示实际撤轮挡时刻,EXOT(EstimatedTaxi-OutTime)表示计划滑出时间。ATOT数据和AOBT来源于运行监控系统,EXOT有4种计算方法,将在第5部分结合实例进行详细说明。

2.航路飞行阶段延误时间

航路飞行阶段延误时间反映在航路飞行阶段相较于计划飞行时间而产生的额外的飞行时间,是用实际航路飞行时间与计划航路飞行时间的差值来表示,而实际飞行时间是用实际着陆时刻和实际起飞时刻的差值来计算,具体见式(3)和(4)。

实际航路飞行时间=ALDT-ATOT(3)

航路飞行阶段延误时间=(ALDT-ATOT)-EFT(4)

其中,ALDT(ActualLandingTime)表示实际着陆时刻,ATOT(ActualTakeOffTime)表示实际起飞时刻,EFT(EstimatedFlightTime)表示在航路上的计划飞行时间。ALDT数据和ATOT数据均来源于运行监控系统,EFT数据是已知的经验值。

3.滑入阶段延误时间

滑入阶段延误时间指标反映在滑入过程中相较于计划滑入时间(无阻滑入时间)产生的额外延误时间,是用实际滑入时间和计划滑入时间之间的差值计算,而实际滑出时间是用实际挡轮挡时刻与实际着陆时刻的差值来计算的,具体见式(5)和式(6)。

AXIT=AIBT-ALDT(5)

滑入阶段延误时间=AXIT-EXIT(6)

其中,AXIT(ActualTaxi-InTime)表示实际滑入时间,AIBT(ActualInBlockTime)表示实际挡轮挡时刻,ALDT(ActualLandingTime)表示实际着陆时刻,EXIT(EstimatedTaxi-InTime)表示计划滑入时间。AIBT、ALDT来源于运行监控系统。与EXOT相同,EXIT也有4种计算方法。

(二)累积延误时间

1.离开机位延误时间

离开机位延误时间指标描述的是实际撤轮挡时刻与计划撤轮挡时刻的差异性,反映航班在开始滑行前的累积延误时间,结合流量控制情况,可以用来识别该延误是否属于空管原因,计算方法见式(7):

离开停机位延误时间=AOBT-SOBT(7)

其中,AOBT表示实际撤轮挡时刻,SOBT(ScheduledOff-BlockTime)表示计划撤轮挡时刻。AOBT数据和SOBT数据均来自于运行监控系统。

2.放行延误时间

放行延误时间指标描述的是实际起飞时刻与计划起飞时刻之间的差异,即航班在起飞前所产生的累积延误时间,用来反映航班放行正常性,计算方法见式(8):

起飞延误时间=ATOT-CTOT(8)

其中,ATOT表示实际起飞时刻,CTOT(CalculatedTakeOffTime)表示预计起飞时刻,是由空管部门根据运行情况计算并发布的航空器离地时刻,即CDM

系统计算出的起飞时刻。ATOT数据来自于运行监控系统,CTOT数据来源于流量管理系统。

3.着陆延误时间

着陆延误时间指标反映的是当航空着陆时,先前所有阶段累积产生的延误时间,是由实际着陆时刻与预计着陆时刻的差值来描述。结合流量控制情况,可以用来识别该延误是否属于空管原因,计算方法见式(9):

着陆延误时间=ALDT-ELDT(9)

其中,ALDT表示实际着陆时刻,ELDT(EstimatedLandingTime)表示预计着陆时刻。ALDT数据来源于流量管理系统;ELDT数据来源于流量管理系统。

4.到达机位延误时间

到达停机位延误时间指标反映的是航班到达停机位时,先前所有阶段所产生的延误时间,用于反映进港航班正常性。该指标是用实际挡轮挡时刻与计划挡轮挡时刻的差值来描述的,计算方法见式(10)。

到达机位延误时间=AIBT-SIBT(10)

其中,AIBT表示实际挡轮挡时刻,SIBT(ScheduledInBlockTime)表示计划挡轮挡时刻。AIBT数据和SIBT数据来源于运行监控系统。

四、实例分析

以厦门机场离场航班实际运行数据为例,重点分析滑出阶段延误时间和放行延误时间两个指标。

(一)滑出阶段延误时间

采用来自航班正常性统计系统的2015年1月的航班运行数据,对7263条数据进行异常处理,得到7020条有效航班数据。根据式(1)和(2)计算滑出阶段延误时间,其中EXOT有4种计算方法。

1.《民航正常性统计办法》[7]附件3中规定:年旅客吞吐量2000万人次(含)以上的国内机场及境外机场,标准机场地面滑出时间为30分钟;

2.根据历史数据计算厦门机场的平均滑出时间为21.8分钟,将其定义为标准机场地面滑出时间;

3.CANSO认为无阻机场地面滑出时间需考虑按照航班滑出时间的概率分布,取其5%分位至15%分位的平均值,如图3中的红色部分。按照该方法计算得到厦门机场标准机场地面滑出时间为7.95分钟;

4.按照欧洲和美国关于空管运行效率的计算方法[8],标准机场地面滑出时间需要考虑航班滑出时间的概率分布,取其25%分位至75%分位的平均值,如图3中的绿色部分,得标准机场地面滑出时间为17.26分钟。

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图4滑出延误时间分布

根据不同EXOT的计算方法,得到其延误航班数、平均延误时间和延误航班平均延误时间如表1所示:

表1滑出阶段延误时间统计

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根据航班正常性统计系统中对延误原因的裁定,最终判定空管原因导致的航班延误架次有92架次,仅占1.31%,但每架延误航班的平均延误均在20分钟以上,说明滑行延误时间较长,提高空管系统效率存在一定的优化潜力。

(二)放行延误时间

根据CDM系统提供的2016年10-12月的航班运行数据计算了厦门机场放行航班延误时间。对630198条数据进行异常处理,最终得到15103条有效数据。根据式(8)计算放行延误时间,如图4所示,其中红色部分表示实际起飞时刻比预计起飞时刻早;蓝色表示实际起飞时刻比预计起飞时刻晚;绿色表示实际起飞时刻和预计起飞时刻一致。

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图5放行延误时间分布

若ATOT-CTOT<0,记为不延误,延误时间记为0。如表2所示,无延误航班10317架次,延误航班4786架次,总延误时间为59422.8分钟。总延误/总架次=3.93分钟,总延误/延误架次=12.42分钟,最终确定放行平均延迟时间为12.42分钟。

表2放行延迟时间统计

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五、结束语

量化测算不同阶段空管原因导致的航班延误,是空管实现精细化管理,识别短板,精准发力,有效释放不同运行阶段效率空间的基础性工作。本文以空管原因导致航班延误为出发点,以航班运行不同阶段为基础,以指标可测性为准则,提出了3个阶段延误时间指标和4个累积延误时间指标,并以实例验证测算方法的可行性和有效性,为后续开展针对性的提升运行效率改进工作奠定基础。

参考文献:

[1] 中国民用航空局.关于2017年航班正常情况的通报[R],2018.1

[2]ICAO. Manual on Global Performance of the Air Navigation System[R],2009.

[3] CANSO. Calculating Delay/Improvement Opportunity Pools By Phase of Flight[R],2013

[4] https://www.faa.gov/nextgen/

[5] http://www.sesarju.eu/

[6]交通部.航班正常管理规定[R], 2016

[7] 中国民用航空局,民航正常性统计办法[R],2014

[8] FAA. U.S./Europe Comparison of ATM-Related OperationalPerformance[R],2009

(作者:中国民航网智库专家 刘芳子 刊载于2018年第二辑《中国民航发展政策研究报告》)

责任编辑:zhangwei
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