新一代人工智能技术在机场运行中的应用前景分析

<正>航空运输量的持续增长导致部分枢纽机场长时间处于接近饱和容量运行状态，呈现出拥挤态运行协同低能、冲突事件频发、管控应变迟滞、机务保障和物流压力剧增等运行瓶颈。人工智能作为战略新型技术，可与现有机场运行技术深度融合，逐步实现空管从数字化到智能化的聚合与提升，从智能化向智慧化的扩展与丰富。本文聚焦机场运行典型业务场景，介绍人工智能技术发展及应用现状，提出传统智能技术在机场运行中面临的瓶颈问题，分析新一代人工智能技术（NexAI）在机场运行的应用前景和风险，并从政策角度提出相关建议。     

多跑道协同运行模式优化方法

繁忙机场飞行区运行能力低下导致空中交通拥堵及航班延误现象频发,机场系统亟需扩容增效与排堵保畅。为有效平衡机场容流供需,研究了多跑道协同运行模式优化方法。综合考虑机场布局、交通流特性、气象条件等因素,提出了多跑道协同运行模式分类方法;基于跑道容量包络线理论,通过引入容量损失系数客观反映模式切换特点,建立了多跑道协同运行模式优化模型;结合多目标优化及遗传算法基本理论,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA）,对模型进行了准确求解。仿真实验表明,模型可对多跑道协同运行模式进行优化配置,有效实现机场容量与流量之间的均衡。与单一固定模式相比,多元组合模式优化效果显著,其中航班延误成本减少了38.1%,航班调整数量减少了46.4%,所提方法可显著提升多跑道协同运行能力,有效提高航班正常性。     

机场飞行区资源调度问题研究(一)：基本概念与框架

世界航空运输系统的一体化、协同化和智能化发展对机场飞行区资源调度精细化管理和空中交通运行高效化管控提出了高要求。本文聚焦机场飞行区资源调度的基本概念与框架问题,是飞行区资源调度问题研究系列之一。从国际公约、理论研究和行业规范视角界定飞行区的基本概念,分析飞行区的一般运行过程和资源调度内涵。对飞行区资源调度体系涉及的理论方法、系统工具、管理机制等要素及逻辑关系进行系统总结。研究成果旨在为机场运行管理理论与应用的可持续发展提供科学指引。     

CDM理论在优化进离场飞机队列上的应用研究

应用协同决策系统理论。研究了进场航班优化排序问题。给出了机场进离场容量转换和容量优化的模型。通过机场进离场容量转换来解决拥挤时段的进场与机场容量之间的问题。在协同决策思想的指导下把进离场航空器结合起来并且看作两个相互关联的操作。当进场容量和离场容量相互转换时。协同决策系统能提供最优的解决方案，使机场的进离场达到最大的吞吐量并且将延误减到最小。     

机场飞行区资源调度问题研究(三)：研究热点与挑战

全球航空运输需求的持续和迅猛增长,使得诸多大型繁忙机场正面临高频次飞行冲突、大范围空域拥堵、大面积航班延误等一系列严峻问题。本文聚焦飞行区资源调度的研究热点与挑战问题,为机场飞行区资源调度问题研究系列之三。从多维视角对飞行区资源调度问题进行详细分类,梳理近几年在容量预测、跑道配置、态势感知、空地调度、性能权衡等方面的研究热点,并对该领域目前面临的主要挑战进行综合分析。研究成果旨在为机场运行管理理论与应用的可持续发展提供科学指引。     

基于聚类分析和DEA的枢纽机场评价研究

针对枢纽机场运行效率低下和盲目追求建设超前性问题,用聚类分析明晰全国枢纽机场等级,通过DEA研究枢纽机场的运行效率,并根据各机场发展需求和功能定位,提出我国枢纽机场协同发展策略.结果表明:民用机场被分成4类,一级、二级、三级枢纽分别为3、15、31个.49个枢纽机场中,北京、广州、昆明、深圳、三亚机场效率为1,为DEA有效.评价方法对改善机场的运行业绩具有参考价值,为机场的顶层设计规划提供科学的管理决策依据.     

一种多机场航班时刻协同优化方法

随着多机场协同化发展日渐加速,单独优化各机场的时刻可能加剧关键空域点的冲突。因此,协同优化各机场的航班时刻成为提升整个多机场系统运行效率的关键。本文首先引入机场公平性因子与调度因子,综合考虑航班唯一性、航班调整量限制、航班连续性约束和机场动态容量等约束,建立多目标的多机场航班时刻协同优化模型,兼顾航班总调整量最小化和机场间公平性最优。其次,通过NSGA-Ⅱ算法对完成多目标协同优化模型的求解。最后,选取长三角地区的四个机场构建多机场系统,以其实际航班数据进行算例分析,给出具体的优化方案,优化后各机场航班架次分布更加均衡,每小时的航班数均不超过其饱和容量,航班取消率为1.28%,总调整量为160刻,公平性为0.01276,验证了模型的有效性。     

大型枢纽机场联合运行指挥中心的规划建设

如何规划建设好机场联合运行指挥中心,以提升管理水平和运行效率,缓解民航运行资源不足造成的航班正常率不高和突发事件下的大面航班延误问题,是当前和今后相当一段时期内我国大型枢纽机场面临的重要任务之一。     

基于运行需求与场地条件的绕滑设计

绕行滑行道（绕滑）是提高近距、中距平行跑道繁忙机场运行安全、运行效率的一种新型滑行道。本文分析了我国现状绕滑建设中存在的问题,并以济南遥墙机场绕滑工程为例,从运行需求和工程建设条件出发,对不同运行模式下的方案进行工程造价与运行效率的对比分析,指出绕滑工程的设计应因地制宜、删繁就简,以减少不必要的工程投资,并提升机场运行效率。     

机场飞行区资源调度问题研究(二)：发展脉络与趋势

充分释放机场资源红利,发挥机场资源的最大效益,是空管、机场、航空公司、旅客和政府等航空运输各利益相关方的共同目标。本文聚焦机场飞行区资源调度的发展脉络与趋势问题,为飞行区资源调度问题研究系列之二。从明确资源总量、盘活资源存量、做强资源增量视角梳理飞行区资源调度的发展脉络,并对飞行区资源调度的一体化、高效化、智能化、协同化和绿色化发展趋势进行分析。研究成果旨在为机场运行管理理论与应用的可持续发展提供科学指引。     

管理型机场视角下的机场非航业务发展路径探究

目前我国机场旅客吞吐量迅速增长,吞吐量超过千万的机场已经达21个,民航运输业的快速发展使得机场管理变得更加复杂.为了提高机场运营管理效率及充分利用旅客带来的非航效益,一些大型机场开始进行管理方式的转变与探索.而机场非航业务发展方式的转变是机场转型的关键.文章在回顾了管理型机场的发展与总结国内外典型机场非航业务特点的基础上,探索了机场非航业务发展的可行路径,以期为我国机场转型中非航业务的发展提供借鉴.     

中国民航运输系统性测度研究

对民航运输系统发展程度的有效测度是实现民航运输系统协同发展的前提和基础,从民航运输系统性内涵出发,构建了民航运输系统性测度模型。借助数据包络分析评价方法,建立了民航运输系统总体评价方法,基于协同理论建立了民航运输子系统协调度测度模型和方法。并应用所建立的模型和方法,对中国民航运输系统性状况进行了实证研究。研究结果表明,中国民航系统的有效性有待提高,航空公司系统、机场系统与空管系统两两之间均处于中度协调状态,动态协调度呈现出上升趋势。     

内蒙古阿拉善盟民航客运需求分析与预测

阿拉善盟地形地貌复杂,陆路交通不便,计划建设民用机场,以拉动地区经济发展,因此,需要对阿盟航空运输需求进行预测。由于缺乏历史数据,提出横向对比建模分析方法,对阿盟未来的航空运输需求进行预测,模型可靠性已经过现有运营机场的数据验证,研究成果可为阿盟建设民用机场、开通航线的相关决策提供参考。     

对国外机场起降费征收模式的经济学分析

介绍了国外机场起降费的3种主要征收模式.利用边际成本定价模式确定飞机所需交纳的起降费从经济学角度来说是富于效率的,并且相关的原则也为越来越多的机场所采纳.指出在中国航空运输业迅速发展的背景下,边际成本定价模式可以为改革现有机场起降时段分配机制提供一种指导思路.     

我国通用航空机场发展的制约因素及环境分析

在对我国机场建设和发展水平进行论述的基础上,分析了目前通用机场发展的空域管理、部门管理、产业制度、政府意识等方面的关键制约因素,并对通用机场发展面临的政策、经济等社会环境进行深入研究。认为随着国家政策的有力引导,不断完善制度、标准等具体发展政策,通用机场必将迎来快速发展期,从而推动我国民用航空的发展。     

基于二进制粒子群算法的战时航空网络规划研究

领空作为国家资源的一部分,其使用、调配关系到国家的安全与发展,在战时,将更多的空中资源调配给军航使用,有利于保障军事行动的顺利进行。基于此,提出一种基于二进制粒子群算法(BPSO)的战时航空网络规划方法。首先,对航空网络建模,收集航班数据;其次,建立航空网络性能评价体系;然后,以使用尽可能少的民航机场维持预期网络性能为目标,以作战意图和战场环境为约束条件,通过BPSO 算法进行求解;最后,进行仿真分析。结果表明:该方法能够结合作战意图、反映战场环境、合理调配航空资源,为战时航空管制工作提供决策依据。     

Measuring the resilience of an airport network

Resilience is the ability of a system to withstand and stay operational in the face of an unexpected disturbance or unpredicted changes. Recent studies on air transport system resilience focus on topology characteristics after the disturbance and measure the robustness of the network with respect to connectivity. The dynamic processes occurring at the node and link levels are often ignored. Here we analyze airport network resilience by considering both structural and dynamical aspects. We develop a simulation model to study the operational performance of the air transport system when airports operate at degraded capacity rather than completely shutting down. Our analyses show that the system deteriorates soon after disruptive events occur but returns to an acceptable level after a period of time. Static resilience of the airport network is captured by a phase transition in which a small change to airport capacity will result in a sharp change in system punctuality. After the phase transition point, decreasing airport capacity has little impact on system performance. Critical airports which have significant influence on the performance of whole system are identified, and we find that some of these cannot be detected based on the analysis of network structural indicators alone. Our work shows that air transport system’s resilience can be well understood by combining network science and operational dynamics.     

A geographical and operational deep graph convolutional approach for flight delay prediction

Flight delay prediction has attracted great interest in civil aviation community due to its significant role in airline planning, flight scheduling, airport operation, and passenger service. Flight delay is affected by numerous factors and irregularly propagates in air transportation networks owing to flight connectivity, which brings critical challenges to accurate flight delay prediction. In recent years, Graph Convolutional Networks (GCNs) have become popular in flight delay prediction due to the advantage in extracting complicated relationships. However, most of the existing GCN-based methods have failed to effectively capture the spatial–temporal information in flight delay prediction. In this paper, a Geographical and Operational Graph Convolutional Network (GOGCN) is proposed for multi-airport flight delay prediction. The GOGCN is a GCN-based spatial–temporal model that improves node feature representation ability with geographical and operational spatial–temporal interactions in a graph. Specifically, an operational aggregator is designed to extract global operational information based on the graph structure, while a geographical aggregator is developed to capture the similar nature among spatially close airports. Extensive experiments on a real-world dataset demonstrate that the proposed approach outperforms the state-of-the-art methods with a satisfying accuracy improvement.     

Evolution of airports from a network perspective——An analytical concept

Analyzing airports' role in global air transportation and monitoring their development over time provides an additional perspective on the dynamics of network evolution. In order to understand the different roles airports can play in the network an integrated and multi-dimensional approach is needed. Therefore, an approach to airport classification through hierarchi-cal clustering considering several parameters from network theory is presented in this paper. By applying a 29 year record of global flight data and calculating the conditional transition probabil-ities the results are displayed as an evolution graph similar to a discrete-time Markov chain. With this analytical concept the meaning of airports is analyzed from a network perspective and a new airport taxonomy is established. The presented methodology allows tracking the development of airports from certain categories into others over time. Results show that airports of equal classes run through similar stages of development with a limited number of alternatives, indicating clear evolutionary patterns. Apart from giving an overview of the results the paper illustrates the exact data-driven approach and suggests an evaluation scheme. The methodology can help the public and industry sector to make informed strategy decisions when it comes to air transportation infras-tructure.     

航线网络经济性的探讨

引用一个简化的例子,从成本的角度,对航空公司城市对式的航线结构和中枢航线结构的经济性进行比较分析,同时提出了航线网络经济性应考虑的其它因素,力求为航空公司航线网络经济分析提供一些思路,也为航空公司经营决策提供依据。