（企业管理专业论文）应急状态下航班运行的干扰管理研究.pdf

摘要 随着我国经济的持续发展，我国航空运输业也得到了快速的发展。同时， 随着我国航空市场的开放，各方资本的加入也加剧了我国航空业的竞争程度。 在机遇和挑战并存的情况下，航空公司必须形成自己的核心竞争力，才能趋利 避害，在竞争中赢得生存与发展。 众所周知，“安全、准时、快捷 是航空运输企业在日益发达的交通运输行 业的核心竞争力。但是，由于航班运行的特殊性，在运行过程中很容易由于内 外部因素如天气变化、飞机故障以及旅客突然生病等的影响而造成航班运行受 到干扰，使得航班发生延误以及后续航班不能按计划执行，即干扰事件的发生 导致航班计划发生了偏离甚至不可行。为缓解航班干扰对航空公司以及旅客的 影响，本文即以应急状态下如何实施航班运行的干扰管理，快速恢复航班的正 常运行问题作为研究对象。在大量查阅国内外关于航班运行管理相关文献的基 础上，结合对航空公司相关人员的访谈，本文对我国应急状态下航班运行管理 的基本现状进行了分析，指出了我国航班运行在受到内外部因素干扰后的运行 管理存在的问题，阐述了航班干扰对航空公司的影响；在此基础上，充分利用 现有研究成果，继承与创新相结合，利用基于航班节的网络模型对应急状态下 的航班计划优化进行了实例计算，并提出了航空公司在应急状态下实施航班运 行干扰管理的相关措施建设。 航班运行过程中干扰事件的发生会给航空公司带来不小损失，同时也会给 旅客带来极大的不便，因此，一方面是提升航空公司竞争的需要，一方面是更 好的满足旅客需求的需要，应急状态下的航班干扰管理研究的现实意义在这两 方面都能得到体现。同时，目前我国对突发事件发生后的航班运行管理的相关 问题研究极少，大部分是针对航班延误的相关问题进行研究，因此，本课题对 于加强应急状态下的航班运行管理也有一定的理论价值。 关键词：应急状态；航班运行；干扰管理；航班计划 本文得到国家自然科学基金资助：。民航灾害预警机理与方法研究”( 批准号7 0 3 7 1 0 3 4 ) a b s t r a c t c i v i la v i a t i o ni n d u s t r yi nc h i n ah a sm a d eg r e a ta c h i e v e m e n tb a s e do nt h e b o o m i n go fc h i n a se c o n o m y m e a n w h i l e ，t h eo p e n i n go fc h i n a s c i v i la v i a t i o n m a r k e ta t t r a c t sb o t hi n t e r n a t i o n a la n dd o m e s t i ci n v e s t o r s ，w h i c ha l s ob r i n g sm a d e f i e r c ec o m p e t i t i o no fc h i n ae i v i la v i a t i o n s o ，i nt h ef a c eo fo p p o r t u n i t i e sa n d c h a l l e n g e s ，a i r w a y sm u s td e v e l o pi t so w n c o r ec o m p e t i t i v e n e s sa n dw i nt h es u r v i v a l a n dd e v e l o p m e n t h o w e v e r , d i s t u r b a n c ei na i r l i n e so p e r a t i o ni s i n e v i t a b l eb e c a u s eo fi t s p a r t i c u l a r i t i e s f o re x a m p l e ，w e a t h e rc h a n g e s ，a i r c r a f tf a u l ta n dp a s s e n g e r s i l l n e s s s u d d e n l yw o u l dc a u s ed i s r u p t i o no fa i r l i n e so p e r a t i o n ，b yw h i c hs c h e d u l e df l i g h tw i l l b ed i s t u r b e d ，f o l l o w i n gb yd e l a yo ff l i g h ta n de v e nc o n f u s i o no ff o l l o w - u pf l i g h t s i n t h ep r o c e s so fa i r l i n e so p e r a t i o n ，p l a n n i n gf r o mt h es t a t eo re v e nf e a s i b l ec a u s e db y t h ei m p a c to fi n t e r n a la n de x t e r n a lf a c t o r s ，h o wt oi m p l e m e n td i s r u p t i o nm a n a g e m e n t o fa i r l i n e so p e r a t i o n ，a n dr e s u m et h en o r m a lo p e r a t i o no f a i r l i n er a p i d l ya r et h ek e y i s s u eo ft h i ss t u d y t h r o u g hal a r g en u m b e ro fr e l a t e dl i t e r a t u r e so fd o m e s t i ca n do v e r s e a sa n d c o m b i n a t i o no fi n t e r v i e w sw i t ha i r w a y sp e r s o n n e l ，t h es t u d ya n a l y s et h ea c t u a l i t yo f d i s r u p t i o nm a n a g e m e n to fa i r l i n e so p e r a t i o nw h i c hd i s t u r b e db ye m e r g e n c y , p o i n to u t t h ep r o b l e m so fd i s r u p t i o nm a n a g e m e n to fa i r l i n e so p e r a t i o nw h e nt h ef l i g h t sa le d i s r u p t e db yi n t e m a lo re x t e r n a lf a c t o r s t h e n ，o nt h eb a s i so fm a k i n gf u l lu o f e x i s t i n gr e s e a r c hr e s u l t s ，c o m b i n a t i o ni n h e r i t a n c ea n di n n o v a t i o n , p r o p o s en e t w o r k m o d e lw h i c hb a s e do np a i r i n gt oo p t i m i z ef l i g h ts c h e d u l ew h i c ha r ed i s r u p t e d a tl a s t , s o m er e l a t e dm e a s u r e sw e r ep r o p o s e di no r d e rt oi m p l e m e n td i s r u p t i o nm a n a g e m e n t o fa i r l i n e so p e r a t i o ni nt h es t a t eo fe m e r g e n c yw e l l d i s r u p t i o no ff l i g h t sc a u s e db yu n e x p e c t e di n c i d e n t s w i l ln o to n l yb r i n g 仃e m e n d o u sa i r l i n el o s s e s ，b u ta l s ol e a dt og r e a ti n c o n v e n i e n c eo fp a s s e n g e r s t h e r e f o r e ，t h en e e do fa i r w a y st oe n h a n c ec o m p e t i t i o na n db e t t e rm e e t i n gt h en e e d s o fp a s s e n g e r , a let w om a i nt a r g e t so ft h i ss t u d y k e yw o r d s ：e m e r g e n c ys t a t e ，a i r l i n e so p e r a t i o n ，d i s r u p t i o nm a m a g e m e n t ， f l i g h ts c h e d u l e s u p p o r t e db yn a t i o nn a t u r a ls c i e n c ef u n dp r o j e c t ：s t u d yo nm e c h a n i s ma n dm e t h o d o fc i v i la v i a t i o n d i s a s t e re a r l yw a r n i n gm a n a g e m e n t ( n 7 0 3 7 1 0 3 4 ) 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究性工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所作的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：兰卜日期叫 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部 内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 研究生签名： 童l 鏖 导师签名：研究生签名： 鱼l 堡 导师签名： 日期：型弩 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究目的和意义 第1 章绪论 近二十年来，中国经济的持续增长使中国航空运输业得到了快速的发展。 国内旅游业的快速发展、中国加入世贸组织、2 0 0 8 年北京举办奥运会、2 0 1 0 年 上海世界博览会和广州亚运会、国家实施西部大开发战略以及国内航空公司联 合重组，都将推动中国航空业的强劲发展。同时，随着我国航空市场的开放， 面对我国广阔的市场空间以及巨大的发展潜力，我国航空业吸引了众多资金强 劲的航空企业进入，如民营资本及外资的注入，这些资本的注入一方面为航空 业增添了新的活力，但另一方面也进一步加剧了航空业的竞争程度。在机遇和 挑战并存的情况下，航空公司必须形成自己的核心竞争力，才能趋利避害，在 竞争中赢得生存与发展。 “应急状态下航班运行的干扰管理研究 这一选题来源于国家自然科学基 金资助的项目“民航安全预警管理机理与方法研究 ( n o 7 0 3 7 1 0 3 4 ) 。在“民航 安全预警管理机理与方法研究 这一项目主要研究了民航灾害的预警机理及方 法，通过对民航安全状态的监测找出导致各类灾害征兆的主次作用因素和内、 外环境因素，使其表述为灾害征兆的主要特征量，来指明民航安全是处于危机 状态、危机早期状态或正常状态，及时报警并采取预控对策。 在实际的航班运行过程中，自然灾害或是突发事件引起的较严重的航空事 故或灾害造成的航班受扰会给航空公司造成巨大的经济损失和严重的社会影 响，因此，航空公司也都格外重视航班的安全运行，往往都准备了应对重特大 事故、自然灾害以及意外情况的应急预案。但是，在日常航班运行过程中，由 于所处系统的不确定性，往往更容易发生一些小规模的突发事件，这些事件的 发生一般不会造成航空安全事故，但很容易使航班运行受到干扰而造成航班混 乱，甚至可能导致大面积的航班延误。同时，这些事件往往具有不可预测且发 生频繁的特点，因此，由此造成的延误成本不容小视。例如，美国的n a t i o n a la i r s p a c e 每年由于暴风雪引起机场关闭而导致的延误成本占总延误成本的4 0 0 5 ，而 由较频繁发生的小规模的突发事件引起的延误成本却占了总延误成本的6 0 。 可见，这些不引人注意的小规模的干扰造成的损失并不比大规模干扰带来的损 武汉理工大学硕士学位论文 失小。 航班在实际的运行过程中，所面临的是一个复杂的系统，内外部环境的不 确定性使航班运行难免会受到各种未预料事件的干扰。经过对文献资料的总结 归纳以及相关访谈，航班运行的干扰因素主要有以下三大类：航空公司自身因 素、外部环境因素以及旅客和政府因素。航空公司自身因素主要包括航空公司 航班计划、工程机务、信息沟通、运输服务和空勤人员等因素。其中任一因素 出现问题就都很容易造成航班干扰事件的发生。另外，航班是否能够正常运行 仅靠航空公司的努力是办不到的，还需要其它兄弟单位的支持，同时也还会受 到运行环境的干扰。因此，除了航空公司自身因素以外，外部环境的因素也是 造成航班干扰的一大因素，本文将机场因素、空管因素以及天气因素一起归为 外部环境因素。旅客是整个航空运行的重要因素，而旅客的行为也必将影响着 航班运行的全过程。在民航延误正常统计方法中，构造航班延误的旅客因 素最多，达1 7 条。这几条可以分为如下三大类：第一类是等待旅客，第二类是 旅客行李出现问题，第三类是旅客遇到突发问题或者忙中出错。 由上述航班干扰的影响因素可见，航班运行具有较高的不确定性，很容易 由于某个事件的影响而受到干扰，而航班干扰最直接的一个结果即是航班延误。 航班延误不仅对旅客出行造成不便，更会造成航空公司的巨大损失。随着我国 民航旅客运量持续增长，航班延误，这一让旅客无奈、也让民航管理部门头疼 的顽疾久治不愈。自2 0 0 7 年以来，民航总局不断加大“药力 ，力保航班正点 率的提升。2 0 0 8 年3 月，民航总局再出多项硬性措施，专项治理航班延误。如： 民航总局规定，为促进和提升奥运期间的航班正点率，2 0 0 8 年7 、8 、9 月各航 空公司要停止国内机票的超售，以北京、上海、广州和其他涉澳机场为基地的 航空公司必须保持l 2 架的备份运力。因航空公司原因造成4 小时以上延误而 取消的航班，该航班上旅客可由当地民航主管部门决定交由其他航空公司转运， 票款按全价结算。另外，今年7 、8 、9 三个月，在北京、上海、广州和其他涉 澳机场，每月国内离港航班正点率排名后2 0 名、且航班正点率在5 0 以下的， 取消该航班本航季时刻。对于因服务引发航班正点率低、航班延误后服务措施 不到位、超售服务措施不到位、行李运输差错多的航空公司，两年内不受理其 扩大经营范围、设立分公司的申请。上述措施的出台，明显督促航空公司更加 关注正点率，督促航空公司在遇到航班延误之后能够主动地为旅客着想，尽量 减少因航班延误而给旅客带来的损失。另外，如果是因为恶劣天气造成的长时 2 武汉理工大学硕士学位论文 间的航班延误，要具体情况具体分析。如果航班延误时间长但航班未取消，航 空公司采取的措施不得力，同样适用于这条措施。从以上可见，由于民航总局 相关措施的出台，航空公司必须开始重视航班干扰后的快速恢复问题以避免减 少航班延误。因此，一方面是提升航空公司竞争的需要，一方面是更好的满足 旅客需求的需要，应急状态下的航班干扰管理研究的现实意义在这两方面都能 得到体现。 综上所述，任何一个航空公司都不可能杜绝干扰事件的发生，但是，航空 业的发展以及航空公司竞争力的提高要求航空公司都必须加强航班运行的干扰 管理以及相关技术研究，以减少干扰带来的延误损失。基于对航班运行的实际 情况的考虑，在民航灾害课题研究的基础上，本论文选择了“应急状态下航班 运行的干扰管理研究 这一课题，主要任务就是在航班受到小规模突发事件的 影响而造成航班计划的偏离甚至无法按原计划执行时，研究在这种应急状态下 航空公司如何对航班运行实施干扰管理，以快速恢复航班的正常运行。 另外，从上世纪8 0 年代中期开始，欧美等航空发达国家和地区对航班计划 干扰的恢复问题进行研究，并获得较多的研究成果。而我国民航市场化改革较 晚，航空公司飞机数量少、航班量较小，因此，对航班计划干扰后的恢复问题 重视不够，研究成果几乎空白。随着我国航空运输业进入快速发展期，航班干 扰问题日益突出，急剧上升的干扰成本及调度成本使航班运行快速恢复问题在 近几年逐渐为国内重视，但是在研究上也主要是借鉴美国民航业的相关经验， 至今仍未有符合我国国情、体系完整的管理理论和技术。因此，对该课题的研 究也有重要的理论意义。 1 2 国内外研究现状综述 应急状态下航班运行的干扰管理作为一个具有重大的理论意义和实践价值 的课题，受到了国内外航空管理研究者的重视，尤其在国外，对这个问题的研 究与应用已经取得了一定的成果。由于研究内容的复杂性，本文所查阅文献涉 及范围较广，不仅包括干扰管理理论及相关模型，还包括航班运行的干扰管理 现状以及航空公司运行管理等相关的国内外文献。 1 2 1 干扰管理理论的研究 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 干扰管理概念的形成 关于干扰管理的研究早在2 0 世纪7 0 8 0 年代就已经开始，但是直到9 0 年 代干扰管理这一概念才明确提出。美国德克萨斯大学奥斯丁分校的于刚在干扰 管理的研究与应用上是一位集大成者，对干扰管理思想的形成做出了巨大的贡 献【2 1 。他将干扰管理定义为：在系统运行的开始，通过某种优化模型或者算法求 解获得的最优或者是次优的运行计划，当这个计划开始执行时，由于系统内外 部的不确定因素的干扰，使得原始运行计划发生偏离甚至不可行，最终，为降 低干扰的负面影响，需要根据约束条件和调整目标对原始计划进行动态调整以 获得新的运行计划。作为在干扰管理领域具有重要影响的学者，于刚对干扰管 理的定义为干扰管理思想的形成奠定了基础，该定义可分为三层意思理解：即 制定并执行最优或次优计划、识别干扰事件、形成有效的使系统扰动最小的干 扰管理新方案。c l a u s e n 等也基本认为干扰事件发生后，干扰管理的目标是使新 方案相对于原方案的扰动最小【3 】。 中国学者陈安等对干扰管理也做了比较深入的研究，他认为干扰管理是能 够使事件回到原始状态的一种管理方法，主要面对的是稍微偏离原计划状态的 事件，而这样的偏离只是一种微小的偏离，没有造成很大的负面影响，可以通 过积极的管理进行纠正；同时，他将干扰管理和应急管理做了严格的区分，他 认为应急管理面对的是一个无法挽回的损失或灾难事件，只能通过努力减少损 失或者终止损失事件的蔓延，而无法在成本不增加的情况下使状态恢复到损失 之前【4 】。 马辉、林晨认为干扰管理是为减免突发事件发生、降低其不利影响与在突 发事件发生后采取的补救措施。他们提出干扰管理主要从两方面出发处理突发 事件：其一是在计划制定过程，通过预测突发事件发生的可能性进而采取相应 的预防措施，即鲁棒调度；其二则是在突发事件发生后采取事后恢复措施，即 受扰恢复策略，这与传统中仅将干扰管理局限于事后受扰恢复策略的概念是不 同的嘲。 干扰管理首先在航空领域得到了成功应用，很多学者对其产生了浓厚的兴 趣，并将该思想成功地应用于其他领埘6 1 ，如：供应链、物流、项目管理等，干 扰管理的思想逐渐形成。干扰管理自提出后得到了较快的发展，虽然目前学术 界仍未对其进行明确的定义，但是干扰管理的思想已经形成，相应的理论与方 法也将逐步发展和成熟。 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 干扰管理模型的研究 干扰管理需要针对各种实际问题和干扰事件的性质建立相应的优化模型和 有效的求解算法，快速、及时地给出处理干扰事件的最优调整计划。该调整计 划不是针对干扰事件发生后的状态完全彻底地重新进行建模和优化，而是以此 状态为基础快速生成对系统扰动最小的调整方案，虽然也考虑节省费用，但往 往不是费用最省的方案。目前，很多的学者对干扰管理模型及求解算法进行了 大量的研究。 网络图模型是一种描述网络各组成要素之间关系的模型。h a n e 等首先将该 模型引入到航空领域，用于解决机组调度问题【7 】。随后j a r r a h 等学者对模型进行 了修改和扩展，构造了时空网络图模型【引。在航空领域的干扰管理研究中，于刚 等通过在时空网络图上增加虚拟的延迟航班和保护航班作为干扰管理方案，并 设定这些虚拟航班相应的运作成本和保护成本，使受到诸如机械故障、天气影 响等原因造成的航班取消或延迟的损失大大降低【2 l 。 网络图模型将问题中各个要素及要素之间的关系直观的表达出来，可以增 强问题的可识别性，降低问题的求解难度。但是由于其表达能力有限，该模型 缺乏解决复杂问题的能力。 由于干扰管理所要解决的问题是复杂多变的，而数学模型可以针对不同条 件建立满足需要的模型，因此目前针对干扰管理数学模型的研究较多。数学模 型的基本形式为： m i n f ( x )( 1 ) s u b j e c t t o x x( 2 ) 其中，( 1 ) 式为目标函数，厂f ，砂为扰动程度的函数；( 2 ) 式为约束条件。 干扰发生后，目标函数是根据扰动评价标准使新方案相对于原方案的扰动程度 最小，扰动评价可考虑使客户的满意程度最大、与原路线的偏离最小等。 例如在最短路问题中，于刚提出干扰事件发生后的数学模型2 j 为： m i n k igf ，口+ ，口夕+ k 2hf ，矽j 7( 3 ) ( x x s u b j e c tt o x + a 十矿= ( 4 ) l 口+ 。口o 其中，x 为出现干扰后的新路线，x 是x 的可行集；p 为原路线；k i 和 局为权系数，且k l + 恐= l ；gf ，口+ ，口，j 为x 与x 0 不同的路段数，a + 为在，中 5 武汉理工大学硕士学位论文 而不在工中的路段，a 为在工中而不在夕中的路段；hf ，矽为x 的成本。目标 函数是使gf ，口+ ，口夕与hf ，矽的加权和最小，从而实现系统的扰动程度最小。 数学模型的特点是对参数的容纳能力较强，能够较好的表达复杂的问题。 此外，这种模型的灵活性也较强，目标函数和约束条件能够随着问题条件的变 化而改变。但是这种模型本身十分复杂，求解非常困难。 1 2 2 航班干扰管理的研究 在实际的航班计划运行管理中，航空公司都格外重视航班的安全运营，往 往都准备了应对重、特大事故和意外情况的应急预案。在实际中，严重的灾难 性事故一般发生概率较低，而航班的正常运行往往会由于内外部因素的影响而 使航班运行计划受到干扰导致发生航班延误，这不仅会对旅客造成干扰，对航 空公司也会造成极大的损失。因此，这些发生频率较高、产生因素复杂或是不 可预测的干扰事件的研究也逐步受到航空学者以及航空管理者的重视。近十几 年来，各国都意识到了对航班受扰的应急管理研究的重要性，相关研究也取得 了一定的成果。 美国学者于刚教授作为实时应急管理的创始人，在2 0 世纪9 0 年代成功的 将干扰管理运于航空工业，开发出了干扰管理的实时决策支持系统，并应用于 联合航空公司和大陆航空公司，从而显著地提高了他们的实时性能，减少了延 误和航班取消。 n i l 【1 a sk o h l 等提出了航班干扰管理的目标，主要包括：履行对旅客的承诺、 航空公司收益最大化、尽可能快速返回原计划口1 。可以看出，以上3 个目标分 别从乘客与航空公司的利益出发，目标间有时存在矛盾，因此应急状态下的干 扰管理需要寻求一个均衡点。 ( 1 ) 国外航班干扰管理相关问题研究 关于航空公司航班计划恢复的论述可追溯n - - - 十世纪六十年代。j e d l i n s k y 在1 9 6 7 年提出了一个最小费用流模型来处理受干扰航班计划的恢复，采用的求 解算法是o u t o f - k i l t e r 算法i l 们。1 9 7 1 年，l c v i n 提出一个具有离散起飞时间变量 的整数规划模型。直至2 0 世纪9 0 年代中期，研究主要集中于单机型、小规模 延误的情况。 t c o d o r o v i e 等第一次提出了以最小化旅客总延误为目标函数的模型研究， 主要针对一个或多个航班无法正常飞行问题，研究如何使乘客的延迟达到最小， 6 武汉理工大学硕士学位论文 提出一种以带有额外约束条件的网络图为基础的模型，并利用分支定界法对模 型进行求解n 。他们求解了具有8 个航班的受扰恢复问题，证明了上述方法的 可行性，但是当航班规模更大时该方法是否有效还有待于进一步研究。之后， t e o d o r o v i c 总结了几个关于机队扰动问题的可能的决策策吲1 2 l ，这些策略包括： 取消一定数量的计划航班，使得余下的航班不产生延误；引入一个或多个 预备的飞机执行任务；取消一定量的计划航班，并且余下的航班部分延误； 设计新的航班执行计划，使得没有航班被取消但有部分航班延误。 g e r s h k o f f 于1 9 8 7 年使用逐次最短路方法求解一个时空间网络来处理航班计 划的摄动问题，获得一个好的航班取消集合来解决飞机的短缺，即在资源不足 以支持原始航班计划时取消某些航班，同时保留重要的航班，以维持航班计划 的资源平衡。但是他的研究没有考虑到飞行运行实际问题的几个重要特征：允 许航班延误，使用空闲飞机等。因此在实际应用时会缺乏可行性f 1 3 1 。 j a r r a h 考虑了一个暂时短缺飞机的实时扰动问题，并允许调机的使用。文章 首先指出了g e r s h k o f f 采用连续最短路方法的不足之处，然后分别对延误和取消 策略建立有多个收发点、求最小费用流的网络流模型。j a r r a h 的模型在飞机和航 班之间构建匹配关系以及在航班和航班之间建立关联，这使得模型可以在一个 综合的框架中同时提供了飞机调度和航班串的解决方案。但是，j a r r a h 提供的两 个模型只能分别使用，不能同时使用，在决定使用哪一个模型时，通常需要在 考虑诸如航班上旅客的人数、在下一航站需要转机旅客的人数、可能的后继航 班取消数量、机组执勤时间的延误损失等因素【1 4 1 。 c a o 和k a n a f a n i 改进了j a r r a h 的模型，并整合了两个模型，使得可以同时 解决取消和延误。整合后的调度模型是一个o - l 二次规划，并且考虑使用调机使 得模型具有更好的适应性【l5 1 。此外，c a o 和k a n a f a n i 还对调度问题中评价后继 影响的效用函数的构造作较详细了的讨论【1 6 j t e o d o r o v i c 和s t o j k o v i c 尝试将机组、飞机和维修计划综合考虑，建模采用 字典序优化技术分层优化技术，不允许使用调机策略【1 7 】。 a r g u e l l o 等研究了航班延误后或临时发生故障等原因下航空公司计划恢复 问题，以最小化航班收益损失和旅客延误损失为目标函数。建模的目标是生成 一个过渡的飞机路径，使得可以在第二天恢复正常的执行计划，但模型没有考 虑飞机计划的重新调度结果对机组排班是否可行【懵i 。 l a r s e n 等提出了航班受扰管理中航班调度的交换、延迟和取消的方案，他们 7 武汉理工大学硕士学位论文 提出使成本扰动最小的局部搜索算法，该算法可以在l o 秒内产生可行的高质量 的航班调度修正方案，解决受干扰的航班调度与恢复问题，并指出在航班调度 中如何有效地解决机组人员和乘客的调度将是未来航班受扰管理面临的重要挑 战n 钾。 w uc h c n g - l u n g 提出了航班计划中由有限时间缓冲和随机干扰造成的内部 干扰，设计了一套评价航班计划稳定性的度量指标。 针对机器故障、天气影响等原因造成的航班取消或延迟等干扰，于刚等采 用时空网络图模型、多目标规划模型、预案管理模型、实时优化、偏离成本及 应急管理时间窗等多种技术，开发了航班、机组人员与乘客干扰恢复的决策支 持系统c r c 、舯s o l v e r 系统，与其他求解方法相比，该系统对于航空干扰问题 能求出更好的结果呦。 s m i t h 等提出了航班和油轮资源持续管理的调度模型，运用优先选择的迭代 搜索算法对模型进行求解，研发了具有自动和半自动调度能力的调度工具，提 供了具有优先级的重新优化技术，实现尽可能不影响原有调度计划的干扰管理 方案。 针对被干扰航班机组人员的安排问题，w c i 、y u 等提出了处理该问题的整数 规划模型，该模型可以看作整数的多商品网络流问题，并采用改进的分支定界 法进行求解。他们将每一个航班上的机组人员作为一个整体，并且每组人员仅 能为一类航班服务，采用美国c o n t i n e n t a l 航空公司的干扰案例对算法进行测试。 实验表明，当被干扰的航班达到2 0 架时，该方法仍能在较短的时间内得到理想 的解决方案昭l 】噙1 。 l e t t o v s k y 等提出了处理乘客恢复问题的解决方案。他们用乘客流模型来评 价干扰对乘客的影响，并采用出发地目的地的矩阵表示乘客的期望要求， 主要目标是通过重新分配可利用的座位使乘客的受益达到最大化，该模型主要 分为3 个阶段：首先按照乘客的出行路线将他们聚集在一起，然后确定受干扰 航班的可行路线，最后根据产生的路线确定使乘客受益最大的座位分配方案1 。 由于国外的大部分航空业发展相对成熟，近十几年来国外航空业对应急状 态下航班运行的干扰管理进行了大量的研究，主要集中在航班调度、航班排班 恢复、机组人员排班恢复、航线优化等方面，通过建立相关的模型，以实现航 班运行的快速恢复，从而减少突发事件对航空运行的干扰，减少航空公司及旅 客的损失。并且国外的研究大都通过了实例应用，这些在一定程度上能给我国 8 武汉理工大学硕士学位论文 相关内容的研究提供很好的参考与借鉴。从目前查阅的文献来看，虽然国外对 应急状态下航班干扰管理的研究比较成熟，建立了众多能应用到实际中的模型， 但是也存在这一些不足。首先，由于航班受扰恢复本身的复杂性，很多的问题 属于n p - h a r d 问题，因此模型的求解存在一定的难度：其次，国外学者在对航 班干扰后的恢复集中在模型及算法的研究上，缺乏对航班计划稳定性研究、航 班干扰的等级评定研究等：再次，任何方法或者对策要能有效的解决问题，都 需要组织管理的支持，而关于应急组织管理的研究大多集中在对民航灾害应急 的组织管理机制上，少有文献涉及到航班受到干扰时的组织管理问题；最后， 需要指出的是，在现有的研究成果中，绝大多数的文章研究的航班计划恢复只 限于一个航空公司的范围，考虑多个航空公司合作条件的文献极少。 ( 2 ) 国内航班干扰管理相关问题研究 国外航空公司的航班计划编排大都采用软件来进行，而我国的航空公司一 般仍采用人工编制的方式，即使是引进了相关系统的航空公司也只是在手工编 制完成以后输入系统。管理方式及技术的差距导致在这一领域的研究也存在着 一定的差距。我国的对航班干扰后恢复的相关模型及算法研究也大部分是在国 外学者研究的基础上发展起来的。 李姝、张学军针对我国空中交通流量管理中出现的大规模航班延误情况， 根据多个机场实际起飞和降落容量的约束，建立了一种考虑航班取消的多机场 地面等待策略数学模型，并提出求解该模型的有效算法。在所提模型与算法的 基础上选择我国三大机场实际数据进行仿真，对比了取消航班与不取消航班两 种情况结果，仿真结果验证了模型与方法的有效性与实用性，给出了最优排序 的航班时刻表，从而支持了关键航班的运行，减少了航班总延误1 2 4 1 。 针对航空调度中频繁发生的干扰问题，马辉、林晨以提高顾客利益与航空 公司利益的综合效应为目标，在其文中指出航班调度应急管理是针对频发、突 发事件的管理方法，主要从两个方面处理突发事件：其一是在计划制定过程， 通过预测突发事件发生的可能性进而采取相应的预防措施，即鲁棒调度；其二 是在突发事件发生后采取事后恢复措施，即受扰恢复策略1 5 l 。其成果对航空问题 的干扰管理有借鉴作用。 马正平、崔德光针对空中交通日益严重的航班延误，给出了一种机场航班 延误优化模型。模型将机场的到达和出发视为密切相关的两个过程，考虑了具 有连续航程的航班( 到达和出发均由同一架飞机在当天顺序执行) 及其到达和 9 武汉理工大学硕士学位论文 出发过程之间的相互影响。模型还充分考虑了机场容量、需求以及天气等因素 的动态特性，在达到和出发过程之间实现流量分配的协同决策汹1 。在机场延误 不可避免的情况下，该模型可以为管制员提供未来一段时间内的流量分配优化 方案，尽量降低延误的后续影响。 姚韵、朱金福等从危机管理的角度，采用可拓学的思想和方法，分析导致 航班计划运行发生不正常的危机信号的发散性、可扩性、相关性及蕴含性，建 立预警模型对相关信息进行收集、监控和分析，为防范危机发生和减少危机损 失提供形式化的可拓处理方法。 周志忠在其博士论文中提出了一个飞行运行控制实时优化的整体框架，框 架包括飞机资源、机组人员资源和可用的座位资源三种航空资源，同时还包括 航班计划恢复优化模型、飞机恢复优化模型、机组人员恢复优化模型以及旅客 流恢复优化模型四种优化模型。提出一种快速组合优化的启发式算法，基于伪 并行的改进遗传算法【2 7 】。但是文章只分析了算法的性质，并未提供任何具体算 例的分析，因此无法知道遗传算法的运算效率和是否适应实时调度要求。 另外，张励在其硕士论文“航班延误补救与顾客满意度及行为意向关系研 究 中，以民航为研究对象来探讨航班延误补救问题，主要研究航班在出发地 延迟的情形。文章构建了补救措施、延误可控性、延误严重程度、初始负面情 感与顾客满意度及行为意向关系的研究模型。这篇文章虽然其研究的目的是通 过良好的服务补救来重拾顾客满意，建立顾客关系和防止顾客流失，但是由于 航班延误是航班受扰中不可避免的事件1 2 8 1 。因此，这类研究对如何快速、妥善 地安抚顾客以避免顾客产生过激行为而导致航班受扰情况的发生、减少由于顾 客原因造成的航班受扰时间有一定的借鉴意义。 国内航空干扰管理的研究大都是局限在理论以及模型研究上，研究思路也 大抵同国外的研究相同。由于我国民航的快速发展与民航组织管理不完善的矛 盾的存在，因此除了对航班排班、机组人员安排等相关研究外，关于航班干扰 管理的研究还有以下几个方面：首先，很多学者针对航班延误进行了大量的研 究【2 9 1 1 3 0 1 ，分析了引起航班延误的因素并强调了正确处理航班延误的重要性；其 次，针对飞机故障的问题对飞机维护及维修站点的设置进行了研究 3 q ；另外， 则是有大量的关于应急组织机制的研究 3 2 】。这些研究对航空的安全、正点有着 重要的意义，但是很少有研究涉及到在应急状态下如何使航班计划受到的干扰 最小。而且由于我国航空业航班运行管理的现状，这些研究很少能在实际中进 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 行验证。 1 3 研究内容和方法 客观世界存在的不确定性使人们经常处于变化莫测的环境中，各种随机事 件对人机系统产生不同程度的影响和干扰，使事先制定好的计划可能变得不可 行，使系统变得不正常。由于航班运行的特殊性，更加容易受到内外部因素的 影响而造成航班计划的偏离和不可行。本论文主要内容是在深入剖析航班运行 管理相关研究进展的基础上，选取航班运行中发生概率较高、比较具有典型性 的干扰问题作为研究重点，以干扰管理理论为指导，考虑航班运行过程在受到 内外部因素的影响而造成航班计划偏离甚至不可行的状况下，如何实施航班运 行的干扰管理，快速恢复航班的正常运行的问题。由于航班计划是航班运行其 它计划制定的基础，因此，在干扰事件发生后的航班计划的优化是本文的重点 之一。本文的研究内容是通过对应急状态下航班运行管理的基本现状来分析我 国航班运行在受到内外部因素干扰后的运行管理存在的问题，分析了航班运行 的干扰因素并进行了总结分类，阐述了航班干扰对航空公司的影响：在此基础 上，充分利用现有研究成果，继承与创新相结合，利用基于航班节的网络模型 对应急状态下的航班计划优化进行了实例计算。 在研究方法上，本文遵循理论与实际相结合、宏观分析与微观分析相结合 的原则，采用定性与定量相结合的方法，通过理论分析、实际调查、对比分析、 实例应用等对应急状态下航班运行的干扰管理的关键问题进行了探讨。在课题 研究过程中，不仅注意广泛查阅国内外相关研究文献，同时广泛收集了关于民 航体制及运作、民航法律法规、航班运行方面的相关资料，为本文的写作奠定 了坚实的基础。另外，在课题的研究中还通过对航空公司的相关人员的访谈， 加深了对航班运行管理的认识。 全文研究的技术路线如图1 1 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 l 实施航班运行干扰管理的措施 上 结及d 图1 i 研究的技术路线 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章应急状态下航班干扰管理的基本理论 目前，我国关于航班运行控制的研究主要集中在两个方面：一是关于航空 安全方面的研究；另一方面则主要是对航班各种资源计划的研究，如飞机排班、 机组人员排班等等1 ，而这些研究几乎都是针对航班实际运行前计划的编排及 优化，对实际运行过程中受到干扰的航班运行管理研究极少。因此，在本章中， 首先需要对文章涉及的几个主要概念进行界定，以便于对课题进行后续研究。 另外，航班运行的干扰管理在很大程度上是对计划的调整与优化，必然需要相 关模型的支持，因此，本章的另一重点即是介绍几种干扰管理的优化模型，为 航班运行的干扰管理研究提供模型借鉴。 航班由于内外部环境的影响而造成航班运行受到干扰，如何快速解决航班 干扰的问题是一个涵盖范围较广并且具有理论及实际研究价值的课题，近十几 年来，国内外众多的学者及航空管理者对相关课题进行了研究。但是在我国， 虽然目前民航业处于快速发展期，但是关于航班干扰后的快速恢复问题的研究 很多都是在国外相关研究的基础上发展起来的，在一些概念或者理念上还没有 形成比较规范的体系，因此，在论文的一开始，需要对涉及的关键概念进行界 定。文章涉及的基本概念主要有：应急状态以及航班干扰管理，对这些概念的 界定均是根据相关文章的描述来进行定义的。 2 1 应急管理理论 由于干扰管理与应急管理的密切关系，在定义干扰管理之前，有必要先表 述应急管理的内涵。关于应急管理的概念和特征，国内外不少学者已经有了大 量的阐述。综合起来，大部分学者都认同如下的定义：为了降低突发灾难性事 件的危害，基于对造成突发事件的原因、突发事件发生和发展机理以及所产生 的负面影响的科学分析，有效集成社会各方面的资源，对突发事件进行有效地 应对、控制和处理的一整套理论和方法体系p 4 】。可见，应急管理面对的突发灾 难性事件，而且是在损失已经造成的情况下进行的管理，应急管理面对的一个 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 无法挽回的损失或灾难事件，只能通过努力减少损失或者终止损失事件的蔓延， 而无法在成本不增加的情况下使状态恢复到损失之前。在这样的情况下，应急 管理主要研究的是灾难的缓解、准备、响应和恢复。 应急管理的全过程主要包括预防、预备、响应和恢复四个阶段，这四个阶 段是一个动态的过程。虽然这四个阶段常常是重叠在一起的，但它们中的每一 个阶段都有各自的目标，并且成为下个阶段内容的一部分。预防是通过安全管 理和安全技术等手段，尽可能防止事故的发生；在假定事故必然发生的前提下， 通过预先采取的预防措施，降低或减缓事故的影响或后果严重程度。预备主要 是灾害性事故发生前采取的行动。针对可能发生的事故，为迅速有效地开展应 急行动而预先所做的各种准备，包括应急机构的设立和职责的落实、预案的编 制、应急队伍的建设、应急设备( 施) 、物资的准备和维护、预案的演练、与外 部应急力量的衔接等，目的是应对事故发生而提高应急行动能力及推动响应工 作。响应是指事故发生前及发生期间和发生后立即采取救援行动，包括事故的 报警与通报、人员的紧急疏散、急救与医疗、消防和工程抢险措施、信息收集 与应急决策和外部求援等，目标是尽可能地抢救受害人员、保护可能受威胁的 人群，并尽可能控制并消除事故。恢复是应急管理的最后一个阶段，是使生产、 生活恢复到正常状态或得到进一步的改善。事故发生后立即进行恢复工作，使 事故影响区域恢复到相对安全的基本状态，然后逐步恢复到正常状态。立即进 行的恢复工作包括事故损失评估、原因调查、清理废墟等。短期恢复中应注意 避免出现新的紧急情况；长期恢复包括厂区重建和受影响区域的重新规划和发 展。 应急管理是针对突发事件的管理，但主要面对的是突发灾难性事故，但是 在很多时候，突发事件并非都会造成灾难性的后果，只是会造成原计划的偏离 或者不可行而需要对原计划进行优化，在这种状况下，目前较多的学者提出了 干扰管理的思想，这种理论也是针对突发事件的，但是这些突发事件对整个系 统的影响是能够通过积极的管理以较小的成本在较短的时间内恢复的。 2 2 航班干扰管理理论 由应急管理理论的内涵可知，应急管理是针对突发性灾害事件的管理。目 前，对灾害性事件的代表性定义是指“一种特别的、迫在眉睫的危机或危险局 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 势，影响全体公民。并对社会的正常生活构成威胁 。而在人类所处的客观世界 中，存在的各种不确定性会导致各种突发事件，这些突发事件对系统的影响程 度并不是千篇一律的。如一些突发事件的发生不会对系统造成大的灾害性事故， 而是使事先制定好的计划可能变得不可行，使系统变得不正常。可见，对系统 产生不同程度的突发事件所采取的管理方式也是不同的。 因此，航班运行的干扰管理作为一种