交通运输系统分析建模

一、建模 问题 1：假设 Critical step: 根据对象的特征和建模的目的，对问题进行必要的、合理的简化，用精确 的语言做出假设，可以说是建模的关键一步. Real problem is too complicated to describe by language of mathematics: 一个实际问题不 经过简化假设就很难翻译成数学问题，即使可能，也很难求解； Deferent assumption means other models: 不同的简化假设会得到不同的模型 假设作得不合理或过份简单，会导致模型失败或部分失败，于是应该修改 和补充假设； 假设作得过分详细，试图把复杂对象的各方面因素都考虑进去，可能使你 很难甚至无法继续下一步的工作 Base of the assumption: 假设的依据，一是出于对问题内在规律的认识，二是来自对数 据或现象的分析，也可以是二者的综合 问题 2：有关模型的两个验证 Checking Result: 结果的误差分析、统计分析、模型对数据的稳定性分析 Testing Model: 与实际现象、数据比较，检验模型的合理性、适用性 问题 3：建模的完整性 问题分析-模型假设-符号设定-建立模型- 模型求解-模型检验（数据检验和模型合理性、适 用性，若检验不过，则跳回问题分析，若通过，则进行模型应用）-模型应用（对未来情况 进行的）-模型评价 二、体系 问题 1：四个子系统在整个系统中的地位和关系 管理系统、航空公司和货运航空公司、空管系统、机场系统 管理系统主要包括了 ICAO、国家民航组织、国际行业协会以及国际行业联盟，同时它也 是一个监管系统，其包括了国际航空法系统、国家航空法系统以及国家行业航空规则与条 例；第三，它对国家航空管理负责，对航空安全运行进行监管并规范运行的经济性，其主 要有 6 项职责：颁照、管理机场安全运行、工程和适航、航空承运人管理、航空导航服务、 财务战略规划。 航空公司和货运航空公司：基于机场系统，利用其航线网络，采用适当的机队，完成旅客、 货物以及邮件的运输等。 机场系统：是提供飞机起飞、着陆、停驻、维护、补充给养及组织飞行保障活动的场所， 也是旅客和货物的起点、终点或转折点。机场是由供飞机使用的部分（包括飞机用于起飞 降落的起飞区和用于地面服务的航战区）和供旅客接用货物使用的部分（包括办理手续和 上下飞机的航站楼地面交通设施及各种附属设施）组成。 空管系统：指挥协调所有正在航路上飞行，或者正在起飞、着陆、滑行的飞机，是为了保 证航空器飞行安全及提高空域和机场飞行区的利用效率而设置的各种助航设备和空中交通 管制机构及规则。助航设备分仪表助航设备和目视助航设备。仪表助航设备是指用于航路、 进近 、机场的管制飞行，包括通信、导航、监视（雷达）的等装置。目视助航设备是指用 于引导飞机降落、滑行的装置，包括灯光、信号、标志等。空中交通管制机构通常按区域、 进近、塔台设置。空中交通管制规则包括飞行高度层配备，垂直间隔、水平间隔（侧向、 纵向）的控制等。管制方式分程序管制和雷达管制） 关系： 在整个航空运输系统服务链中，服务的需求者：旅客、货物、飞机等，提供服务的有机场、 ATC、航空公司等子系统，管理系统为整个行业制定规则，对航空运输活动进行监管，机 场、 ATC、航空公司这三个子系统间相互协作，共同为航空运输服务。 （鱼骨图?） 问题 2：有关管理（有哪些法律层次、各层作用，组成部分，管辖范围） 共有三个法律层次：国际法、国家级法律以及行业的规律规章。 国际法：Safety/安全芝加哥公约：16 附件以及国际标准和建议措施； Traffic Right/交通权国际航空运输协定、国际航空服务过度协定：航权级双边协定； Security/保安保安公约：附件 17“国家的安全大纲” Responsibility/责任华沙体系：航空公司责任 国家法：中华人民共和国民用航空法 行业的规律规章： 行政法规和规章 CCAR-121: 公共航空运输承运人运行合格审定规则； CCAR-61: 民用航空器驾驶员、飞行教员和地面教员合格审定规则； CCAR-65: 民用航空签派员执照管理规则 CCAR-66: 民航航空器维修人员执照管理规则。 国际法与国家级法律都属于上位法，国际法主要对航空运输行业进行指导建议，制定行业 标准。 国家级法律也属于上位法，其比国际法更加严格，根据各个国家的情况制定。如中华人民 共和国民用航空法是为了维护国家的领空主权和民用航空权利，保障民用航空活动安全和 有序地进行，保护民用航空活动当事人各方的合法权益而制定的。 行业的规律规章：中 国 民 航 管 理 的 航 空 公 司 和 其 他 航 空 企 业 全 部 按 照 CCAR 的 要 求 来 建 立 和 健 全 各 自 的 管 理 体 系 。 CCAR 共 有 上 百 部 ， 根 据 不 同 的 工 作 性 质 ， 各 公 司 选 用 不 同 的 内 容 进 行 规 范 和 管 理 。 三 、 机 场 的 容 量 问 题 1 机 场 的 有 关 容 量 各 功 能 区 的 图 问题 2：子系统容量问题的描述 机场的容量有空侧与路测容量组成，表示在给定时间给定条件下能容纳的最大实体数目， 实体主要包括着陆、起飞的飞机，达到和离开的旅客、行李以及货物。饱和容量指的是在 给定条件下，满足连续不断请求的服务的最大数量；实际容量指的是在一定条件下和单位 时间内，在指定的服务单元中，延误在可接受的范围之内，该服务单元所能提供的最大服 务数。路测系统容量包括：地面到达系统、接口、航站楼 地面到达系统-车道边影响因素：可用的车道边数、车道表路况、管理政策、旅客的特征以 及机动车辆、航班计划 停车场影响因素：可用的空间、到达时间、旅客特征、价格结构、出口位置、员工效率、 航班计划。 航站楼：processors, reservoirs and links 影响其容量，processors 是指旅客上下飞机，处理器 指旅客等待下一个服务的区域，入值机柜台、机场等候大厅，links 是指航站楼内各个功能 区的连接。 饱和容量：静态饱和 Cst=S/S0 动态饱和 Cdt=n （字母代表的含义谁有笔记的？） 空侧的容量：包括跑道系统、滑行道系统以及停机坪 跑道系统：影响因素：跑道构型、飞机流机型状态、最小间隔 滑行道系统： 影响因素分析：滑行道和停机位系统结构，推出程序，停机位容量和使用规则 容量评估方法： 冲突探测； 计算机场景仿真 停机坪：单位时间内停机坪能够停靠的飞机的数量 问题 3：跑道系统容量问题的描述（间隔表示，在哪个点上是关键点，前机后机） 单跑道系统图： 关键点：T：跑道入口 E：最后进近点 D：departure gate H o l d i n g a r e a A r r i v a l g a t e H o l d i n g a r e a D e p a r t u r e p a t h s D e p a r t u r e g a t e s R u n w a y R u n w a y t h r e s h o l d - T OM - O u t e r m a k e r ( I L S ) - F i n a l a p p r o a c h p a t h E x - E x i td - C o m m o n d e p a r t u r e p a t h F i n a l a p p r o a c h g a t e - E D EX：出口 影响因素：跑道构型、飞机流机型状态、最小间隔 完整的飞行水平间隔服务序列：程序间隔、雷达间隔、ADS-B 间隔、尾流间隔和目视间隔 到场跑道容量： 当两飞机快慢一样是，控制点是 T/E 点；当前机快，后机慢时，控制点为 E 点；当前机慢， 后机快时，控制点是 T 点。 公式中 T：着陆飞机的平均服务时间 当后机速度大于前机速度时，前后到场的 2 架飞机的最小间隔发生在跑道入口处，则着陆 最小时间间隔 Tj=Max ；当后机速度小于前机速度时， 前后到场的 2 架飞机的最小间隔发生在飞越最后进近控制点之前，所以其着陆最小时间间 隔为：Tj=Max Ta 表示一条跑道一次只能一架飞 机在上面运行的时间，即到达飞机跑道占用时间， 到场飞机最后进近段的最小尾流间 隔标准， 表示最后进近的长度，vb 表示后机的平均进近速度。即后面括号里面表示第二 架飞机到达跑道所用的时间。 时间间隔图： E x d R T A / C ( 1 ) A / C ( k ) E FS A / C ( i ) A / C ( j ) FSFdktiRt - t i m ejk t - t i m e jkidkt A / C - M i n i m u m s e p a r a t i o n b e t w e e n a n a r r i v a l a n d d e p a r t u r e - R u n w a y o c c u p a n c y t i m e b y l a n d i n g ( i ) - R u n w a y o c c u p a n c y t i m e b y d e p a r t u r e ( k ) - A i r c r a f t - R u n w a y R - F i n a l A p p r o a c h p a t hd - C o m m o n d e p a r t u r e p a t h E - F i n a l A p p r o a c h g a t e - R u n w a y t h r e s h o l d T - R u n w a y e x i t - M i n i m u m s e p a r a t i o n b e t w e e n l a n d i n g ( F F , S F , F S , S S ) E x j 4、航空公司能力 1、表达能力的常见指标 机型种类、各机型飞机数量、飞机可用座位数、各机型飞机的平均利用率、航班时刻表、 航班频率、可用座公里或吨公里。 2、市场份额与公司能力，两个公司分享市场见本子（好多公式） 3、航班频率问题 航空公司市场需求、市场份额受航空公司运力供给（航班频率、机型大小）的影响，反过 来，航空公司运力分配又受航空公司市场需求、市场份额制约。 航空公司航班频率对旅客时间成本（等待延误航班）产生影响。计划延误指旅客最佳出行 时间与最近航班出发时刻之差；随机延误指由于最近航班已满座而不得不选择下一航班出 发时刻与最近航班时刻之差。而航班频率是影响计划延误的主要因素，客座率是影响随机 延误的主要因素；航班频率愈高计划延误愈小，客座率越大随机延误越大。这两个延误都 与航班时刻间隔(HW)成正比。 4、单个市场和网络 航线：航线即飞机航行的空中线路，是指飞机从航站的起始点起飞，经过经停点飞到目的 地的预定航行路线。它不仅明确了飞机飞行的航向、起讫点和经停点，而且根据空中交通 管制的需要规定了飞行的高度和宽度。在广阔的空域中，飞机必须沿着指定的航线才能飞 到预定地点。 航线网络：起始地机场和目的地机场构成了网络节点，节点与节点之间通过航线连接起来， 航线按一定方式连接而成的构造系统形成了航线网络，即由航线节点按照某种规则连接而 成的网络，是航空公司安排航班计划和机组排班的先决条件，也是航空公司生存和发展的 基础。航线网络是航空公司组织运营、实现客货运输的基本架构，是航空运输产品与服务 能力的综合体现。航线网络的密度和广度不仅反映了航线网络结构的基本特征，也反映了 一个国家和地区航空运输系统生产运营的效率，以及服务社会经济发展能力的高低。布局 合理的航线网络是提高航空公司市场竞争力的重要因素，对推动民航业发展和国家综合交 通运输系统建设具有重要战略意义。 五、ATC 容量问题 问题 1 和问题 3：关于航路容量层次分析 作为通道，航路的容量不能将经过的航段或终端区的容量单纯的直接累加。因为在航 路中存在汇聚点，并且扇区间存在耦合关系。若直接相加，必然会导致容量的重复计算。 此外，如果航路经过的扇区是连续的，那么就要考虑最繁忙扇区中航段的容量，此容量是 该航路容量的瓶颈，直接影响整个航路的容量大小。 作为容器，航路的容量也不能直接累加。因为某个航段的容量与航空器间的间距有关。 当飞机之间的间距最小时，航段的容量也最大。此外，航路中存在汇聚点，当两个航段汇 聚于一点时，航空器间的间距就会相应变大，便会形成瓶颈，影响整个航路的容量。因此， 需要综合考虑以上因素，将航路容量的公式进行耦合优化，不能直接相加。 问题 2：关键的影响因素 终端区容量影响因素 理论容量的影响因素:到达航路的结构；最后进入点的最短时间或最短距离；进离场航 班比例；航班排序种类。 实际容量的影响因素：延误；航班时刻表 扇区容量影响因素 理论容量的影响因素：扇区中航路数量；交叉点数；扇区入口数；扇区高度；事件的 最小时间。 实际容量的影响因素：航空器比例；爬升/下降；延误；航班时刻表。 问题 4：五边飞行图 6、机场服务质量 1、服务质量指标 通过调查得知，广大旅客对机场服务最为关心的问题依次是：安全、正点、信息准确、及 时、航班延误时服务到位。有专家将大众最关心的机场问题依次排序为“7 个度”：安全 度、正点度、反应度、方便度、舒适度、信息度、信誉度。掌握并满足这些服务质量特性 要求，可达到顾客对服务质量的满意乃至惊喜。 对机场来说，服务的排队等待时间问题比较突出，详见民用机场服务质量标准 。 标准内容体现“五项标准元素” 、 “两大标准类别” 。 “五项标准元素” 根据各服务指标的具体情况，可从“ 服务提供者、服务 设施设备、 服 务规范与要求、 时间/空间/效率、 信息传递” 等五个方面进行规范。 “服 务设施设备” “时间空间/效率 ”较多体现了客观或硬性服务质量的要求，尽量淡化 、 服务设计角度，而 从满足服务功能、强调设备设施完好率、安全性、便捷性与适用 性等角度出发。 “服务提 供者”“服务规范与要求”“信息传递”较多体现了主观或软性管理的要求，强调工作人员基本 服务规范、岗位规范、服务态度、服务礼仪、服务资质和准入等。 “两大标准类别” 所有标准可分为两大类，即：主观标准和客观标准，两 类标准并举。 主观标准主要取决于顾客对机场服务表现的主观体验和判断，是定性 和不可量化的，如员 工服务态度。客观标准是对服务流程关键表现指标（KPI）的 量化，是可具体测量的，如 时间、空间要求。 2、旅客到达分布规律 陆侧串行流程：processors 过程, reservoirs 处理器, links