航班延誤論文

1、精選文庫忻州師范學(xué)院第二屆數(shù)學(xué)建模競賽論文題目： 航班延誤問題 目錄摘要2問題重述3問題分析3模型假設(shè)8符號(hào)說明9模型建立與分析9模型的評(píng)價(jià)10問題建議11參考文獻(xiàn)11附錄12題目：航班延誤問題一、摘要 在我國民航事業(yè)快速發(fā)展的過程中，隨著航班延誤事件的增多，航班延誤已成為制約航空業(yè)發(fā)展的絆腳石。根據(jù)的統(tǒng)計(jì)，香港南華早報(bào)網(wǎng)稱：中國的航班延誤最嚴(yán)重。本文闡述了航班延誤的概念，通過翻閱書籍和搜查資料，航班延誤與多個(gè)因素有關(guān)(1)，簡單分為四類：航空管制，天氣原因，空域流量，空域劃分。 由于多個(gè)因素，我們建立了一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的航班延誤預(yù)測分析模型，該模型考慮了影響航

2、班延誤的原因的相關(guān)因素，通過設(shè)定各因素的屬性信息，可以對航班是否發(fā)生延誤進(jìn)行預(yù)測。利用貝葉斯公式在數(shù)據(jù)上進(jìn)行挖掘，不斷完善觀點(diǎn)。對事情曾經(jīng)發(fā)生的頻率的考察，進(jìn)行估計(jì)。分析不同因素對航班延誤的影響大小。 從航空管制，天氣原因，空域流量，空域劃分等方面綜合分析航班影響因素，得出中國航班延誤確實(shí)比較嚴(yán)重。對中國民航的普遍問題認(rèn)真分析，希望可以為民航延誤的問題帶來一些幫助。關(guān)鍵詞：航班延誤，主要原因，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測分析 二、問題重述航班延誤一直困擾是國際國內(nèi)民航業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)問題。近年間我國航空延誤口益加重，己經(jīng)影響到民航業(yè)的發(fā)展，改善延誤狀況迫在眉睫。航班延誤多發(fā)生在繁忙的樞紐機(jī)場，樞紐機(jī)場又是多數(shù)

3、航班的轉(zhuǎn)乘點(diǎn)，是航班鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)航班延誤發(fā)生在繁忙的樞紐機(jī)場時(shí)，延誤在航班鏈中的波及將不可避免。減輕繁忙樞紐機(jī)場的延誤，可以使整條航班鏈，繼而整個(gè)民航系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)得到改善?？沼颉C(jī)場資源難以滿足日益增長的航班量，再輔以天氣等諸多影響航班正常運(yùn)行的因素，機(jī)場大面積航班延誤難以避免。為了分析大面積航班延誤的影響因素，對機(jī)場航班延誤進(jìn)行預(yù)警，減少其對機(jī)場與航空公司所造成的損失。最近幾年，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，民航也迅速發(fā)展，航線網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，航班量急劇增加，數(shù)據(jù)調(diào)查顯示空管原因造成的航班延誤占航班延誤總比例的57.0%。同時(shí)民航方面的相關(guān)調(diào)查也表明，近10年來北京、上海、廣州三大機(jī)場飛行流量每年

4、以10%以上的速度遞增，航路一度相對擁擠，由此造成的航班延誤曾占全部延誤的20%左右 。而香港南華早報(bào)網(wǎng)根據(jù) 的統(tǒng)計(jì)稱：中國的航班延誤最嚴(yán)重，國際上航班延誤最嚴(yán)重的10個(gè)機(jī)場中，中國占了7個(gè)。其中包括上海浦東、上海虹橋、北京國際、杭州蕭山、廣州白云、深圳寶安、成都雙流等機(jī)場。請自行收集數(shù)據(jù)并研究以下問題：（1） 上述結(jié)論是否正確？（2） 我國航班延誤的主要原因是什么？三、問題分析1航班延誤概述航班延誤，應(yīng)包括航班的晚點(diǎn)起飛和晚點(diǎn)到達(dá)。所謂晚點(diǎn)起飛，是指航班實(shí)際起飛時(shí)間晚于介同約定的起飛時(shí)間（6）。晚點(diǎn)到達(dá)，是指航班晚于約定時(shí)間到達(dá)目的地。根據(jù)中國民用航空旅客、行李

5、國內(nèi)運(yùn)輸規(guī)則第一章第三條(二十八)規(guī)定，機(jī)票上標(biāo)明的航班時(shí)間與航空公司在班期時(shí)刻表上公布的時(shí)間是一致的，這一時(shí)間的準(zhǔn)確表述為“離站時(shí)間”，即“飛機(jī)關(guān)機(jī)艙門時(shí)間”飛機(jī)關(guān)閉艙門后，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、離開停機(jī)坪、滑行到跑道還需要一定時(shí)間，一般機(jī)場規(guī)定為15分鐘以內(nèi)，有些大型機(jī)場為20分鐘或25分鐘以內(nèi)。也就是說，飛機(jī)按機(jī)票上標(biāo)明的時(shí)間關(guān)閉艙門，并在15分鐘、20分鐘或25分鐘內(nèi)起飛，屬于正常起飛航班。2006年-2011年航班延誤率的相關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)如下表：為了對其趨勢做進(jìn)一步的分析，我們用MATLAB做出其散點(diǎn)圖，具體代碼參照附錄二，結(jié)果如下圖所示：可以發(fā)現(xiàn)，其航班總數(shù)除了2008年稍微下降之外，其它年份

6、的航班總數(shù)普遍呈現(xiàn)遞增的趨勢，進(jìn)一步分析其原因，可能是2008年自然災(zāi)害事故比較多，影響人們的出行方式，降低對飛機(jī)出行的需求，但是，從總體而言，航班總數(shù)仍是保持遞增的趨勢的。2針對因素一：航空管制 航空管制即是飛行管制。在流量控制方而，近年來迅速發(fā)展的民航使地而設(shè)施、導(dǎo)航設(shè)備等的發(fā)展速度趕不上航班量的增長。同時(shí)，不合理的航路結(jié)構(gòu)也無法適應(yīng)現(xiàn)今迅速發(fā)展的民航業(yè)。尤其是目前我國為了使國防安全得到切實(shí)的保證，嚴(yán)格限制了空域。軍方對全國飛行管制工作進(jìn)行負(fù)責(zé)和組織，較多的空中禁區(qū)使民航具有很小的可調(diào)節(jié)余度。隨養(yǎng)科技的迅速發(fā)展，我國逐步使用雷達(dá)管制航路，從而使空中塞車的現(xiàn)象得到了一定程度的緩解，但是整體上

7、并沒有太大的進(jìn)步，如圖顯示。3針對因素二：天氣因素 我們通過數(shù)據(jù)研究分析發(fā)現(xiàn)飛機(jī)起降的機(jī)場一旦遇到特殊天氣，如大霧、降雪、雷雨、大風(fēng)、側(cè)風(fēng)超標(biāo)、雷雨覆蓋航線、跑道能見度低于起降標(biāo)準(zhǔn)，必然會(huì)導(dǎo)致航班會(huì)發(fā)生不同程度的延誤比如出發(fā)地機(jī)場天氣狀況，目的地機(jī)場天氣狀況，飛行航路上的氣象情況，機(jī)組狀況，飛機(jī)狀況，因惡劣天氣導(dǎo)致的后續(xù)狀況等都會(huì)造成不同程度的延誤(5)。4針對因素三：空域流量(4) 雖然說航空公司無法客觀上控制空域流量，但是航空公司可以在卞觀上發(fā)揮卞觀能動(dòng)性，通過合理有效的手段對空域流量進(jìn)行梳理，從而使不良的空域流量延誤航班的狀況得到一定程度的緩解可以通過長、中、短期等措施來控制空中交通流量

8、。中長期控制的目的是實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)的容量超過空中交通流量。控制空中交通流量的長期調(diào)配措施是指嚴(yán)格限制和調(diào)整飛行前對非定期航班的飛行時(shí)刻及航班班期時(shí)刻表;中期調(diào)配是指為使飛機(jī)之間的飛行間隔符合管制規(guī)定，在航空器起飛前一天臨時(shí)調(diào)整其起飛時(shí)間的力一式;短期調(diào)配是指在出現(xiàn)流量控制的狀況時(shí)，及時(shí)進(jìn)行信息溝通和協(xié)調(diào)，及時(shí)調(diào)整飛機(jī)飛行航線和高度，從而使相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)在調(diào)整飛機(jī)之間的飛行高度及各項(xiàng)指標(biāo)力一而發(fā)揮出積極的指導(dǎo)作用，使飛機(jī)安全有秩序的運(yùn)行得到充分的保障。2006年-2011年的航班總數(shù)的數(shù)據(jù):為了對航班總數(shù)的變化趨勢做出進(jìn)一步的分析研究，考慮用MATLAB軟件做出其散點(diǎn)圖，具體代碼參照附錄三：5針對因素

9、四：空域劃分 空域結(jié)構(gòu)直接影響著空域流量的大小，不合理的空域結(jié)構(gòu)會(huì)限制空域流量的大小。我國長期存在著空域結(jié)構(gòu)劃分不合理的狀況，嚴(yán)重影響了空域流量。當(dāng)前我國大多數(shù)機(jī)場仍在使用“空域走廊”，只能沿著走廊計(jì)劃設(shè)置進(jìn)出機(jī)場的航線，一般情況下，“空域走廊”有10千米左右的寬度，但有的會(huì)更狄窄，這就導(dǎo)致調(diào)配航班的余地非常小，一旦出現(xiàn)惡劣天氣導(dǎo)致航班需要繞飛的狀況時(shí)，根木沒有辦法機(jī)動(dòng)調(diào)配航班;另一力一而，中國人民解放軍空軍管轄著當(dāng)前我國的空域，民航航路只是局限于批準(zhǔn)的狄小范圍內(nèi)，民航的空域使用自由度于是就不可避免地受到了極大的限制。甚至在一些特殊情況下，相關(guān)軍事活動(dòng)還會(huì)干擾到民航的飛行。四、模型假設(shè)基于貝葉

10、斯網(wǎng)絡(luò)的某機(jī)場航班延誤分析(4) 航班延誤本身的因素己經(jīng)十分復(fù)雜，由十延誤波及而產(chǎn)生的延誤，其形成因素將更加復(fù)雜(2)。一個(gè)航班耽誤了就會(huì)直接影響下一個(gè)航班，如圖所示的航班鏈：此外，影響因素中還包含有很多不確定因素，這些復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系在數(shù)學(xué)上的量化和表述都將很困難的，因而基于歷史數(shù)據(jù)的相關(guān)因素統(tǒng)計(jì)分析是相對更為可行的方法。通過以上對航班延誤的分析，并結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，以國內(nèi)某大中型機(jī)場為例建立機(jī)場航班延誤分析預(yù)警模型，如圖 國內(nèi)某機(jī)場航班延誤的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型 簡單地說，貝葉斯概率是觀測者對某一事件發(fā)生的相信程度。觀測者根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)和現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用概率的方法來預(yù)測未知事件發(fā)生的可能性。貝

11、葉斯概率不同于事件的客觀概率，客觀概率是在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中事件發(fā)生的頻率的近似值，而貝葉斯概率則是利用現(xiàn)有的知識(shí)對未知事件的預(yù)測。該式稱為Bayes公式。其意義是:假設(shè)導(dǎo)致事件B發(fā)生的“原因”有A種，它們互不相容?，F(xiàn)己知事件B確己經(jīng)發(fā)生了，若要估計(jì)它是“原因”所導(dǎo)致的概率，則可用Bayes公式求出，即可從結(jié)果分析原因。五、符號(hào)說明 Asd A航班計(jì)劃起飛時(shí)間 Bsd B航班計(jì)劃起飛時(shí)間Ard A航班實(shí)際起飛時(shí)間 Brd B航班實(shí)際起飛時(shí)間 Asa A航班計(jì)劃進(jìn)港時(shí)間Bsa B航班計(jì)劃進(jìn)港時(shí)間 Ara A航班實(shí)際進(jìn)港時(shí)間 Bra B航班實(shí)際進(jìn)港時(shí)間 Bsd B航班計(jì)劃離港時(shí)間Brd B航班實(shí)際離港

12、時(shí)間 TsAB A與B航班間的計(jì)劃過站時(shí)間 TrAB A與B航班間的實(shí)際過站時(shí)間 tgs 地面服務(wù)所需時(shí)間 t 預(yù)留的冗余時(shí)間六、模型建立與分析某兩次連續(xù)飛行的航班任務(wù)，由同一架飛機(jī)執(zhí)行，兩次航班的進(jìn)、離港延誤、以及其間的延誤波及情況如圖所示。在航班計(jì)劃中，B航班是A航班的下游航班。A的計(jì)劃起飛時(shí)間為Asd，B的計(jì)劃起飛時(shí)間為Bsd，當(dāng)A航班的實(shí)際起飛時(shí)間Asd晚于計(jì)劃起飛時(shí)間Ard，即A產(chǎn)生了離港延誤，相應(yīng)地A進(jìn)港也發(fā)生了延誤: DTAd = Ard - Asd (1) DTAa = Ara - Asa (2)其中Ara和Asa分別表示航班A的實(shí)際進(jìn)港時(shí)間和計(jì)劃進(jìn)港時(shí)間。其下游航班B，由于與

13、A相關(guān)，受到A航班進(jìn)港延誤的波及，其實(shí)際起飛時(shí)間為Brd ,A的進(jìn)港延誤波及到下游航班B，使B產(chǎn)生了一系列離港、進(jìn)港延誤: DTBd = Brd + Bsd (3) DTB a = Bra + Bsa (4)其中Brd, Bsd, Bra和Bsa分別表示B航班的實(shí)際離港時(shí)間、計(jì)劃離港時(shí)間、實(shí)際進(jìn)港時(shí)間和計(jì)劃進(jìn)港時(shí)間。Bsd與A航班的計(jì)劃進(jìn)港時(shí)間Asa的差值稱為航班的過站時(shí)間(或周轉(zhuǎn)時(shí)間)。這段時(shí)間主要包括地面服務(wù)和冗余時(shí)間，由定義可知: TsAB = Bsd - Asa = tgs + t (5) TrAB = Brd - Ara = tgs + t (6)由式(5)可推出: Brd = Ar

14、a + TrAB (7) Bsd = Asa + TsAB (8)將式（7）、式（8）代入式（3），可得： DTBd = Brd - Bsd = Ara - TrAB - （ Asa + TsAB) = DTAa - (TsAB - TrAB) (9)這就是延誤波及(一次波及)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 當(dāng)延誤波及發(fā)生時(shí)，通常TrTs且 DTBd DTAa; Tr Ts (10) DTBd DTAa; Tr Ts (11)理論上希望式(9)的最后一項(xiàng)為正，即希望實(shí)際過站時(shí)間小于計(jì)劃過站時(shí)間，這樣可以對延誤進(jìn)行吸收，以保證B航班因波及而產(chǎn)生的離港延誤時(shí)間小于A航班的進(jìn)港延誤。但實(shí)際情況常常相反。這就意味著延

15、誤將隨著波及，為保證其他航班的正點(diǎn)起飛，而人為地使延誤航班過站的冗余時(shí)間t延長，然后影響到下一個(gè)航班。在實(shí)際操作中，機(jī)場調(diào)度會(huì)盡量避免某一航空公司的延誤波及到另一航空公司，這意味著此架延誤航班需等待跑道等資源空閑，或本公司航班時(shí)段，才可以離港。測試結(jié)果表明本文構(gòu)建的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的錯(cuò)誤率為21. 06%，說明此模型具有較高的可靠性(3)。機(jī)場和航空公司可以根據(jù)對當(dāng)前數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計(jì)，對某種因素導(dǎo)致的航班延誤情況和影響程度進(jìn)行分析預(yù)測，對可能發(fā)生的大面積航班延誤進(jìn)行有效預(yù)警，從而可以有效防止大面積航班延誤事件及其衍生的旅客群體性事件發(fā)生，減少巨大經(jīng)濟(jì)損失。七、模型的評(píng)價(jià)模型優(yōu)點(diǎn)利用貝葉斯模型實(shí)現(xiàn)對

16、航班延誤及其波及分析是有效的。在模型構(gòu)建和參數(shù)估計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)合人的判斷不僅能夠節(jié)省時(shí)問，而且能夠提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。貝葉斯分析可以通過歷史航班數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供航班延誤現(xiàn)狀及趨勢（4），由此可以直觀地顯示出延誤原因、離港延誤的時(shí)段以及延誤時(shí)問之問的相互關(guān)系，并可以統(tǒng)計(jì)出離港的每個(gè)時(shí)段中出現(xiàn)延誤的平均時(shí)問、不同月份對應(yīng)的主要延誤原因以及全年的離港平均延誤時(shí)問的趨勢，在環(huán)境相似的情況發(fā)生前，通過貝葉斯定理較為準(zhǔn)確地預(yù)測未來離港延誤時(shí)問情況。模型缺點(diǎn)貝葉斯定律是用已發(fā)生的事件數(shù)據(jù)來推斷結(jié)論，存在很大的主觀性，但飛機(jī)延誤的因素有時(shí)候不是人為可以預(yù)測到的，一旦發(fā)生突發(fā)事件，貝葉斯定律不可用來推算飛機(jī)

17、的延誤。只適用于普遍因素，如本文中的幾個(gè)原因。而且貝葉斯需要大量數(shù)據(jù)來做基礎(chǔ)推斷，數(shù)據(jù)決定了結(jié)論的可靠性。模型改進(jìn)貝葉斯定律運(yùn)用到處理隨機(jī)數(shù)據(jù)預(yù)測概率，預(yù)測航班的未知可能因素。貝葉斯可以很好地處理相關(guān)性的因素，希望可以改進(jìn)能夠處理單個(gè)因素，單獨(dú)分析某種因素的可能性大小。八、問題建議 要提高航班正點(diǎn)率，務(wù)必解放思想，進(jìn)一步深化改革創(chuàng)新，多管齊下，在以下方面著力: 1.建立健全大面積航班延誤危機(jī)應(yīng)對機(jī)制建立完善大面積航班危機(jī)處理機(jī)制，是防止不正常航班服務(wù)出現(xiàn)危機(jī)的前提和重要保證。 第一、在航空公司設(shè)立常態(tài)化機(jī)構(gòu)，完善大面積航班延誤處置預(yù)案。應(yīng)設(shè)立大面積航班延誤指揮常態(tài)化的組織機(jī)構(gòu)，可設(shè)現(xiàn)場協(xié)調(diào)、運(yùn)

18、行控制、旅客服務(wù)、后勤保障、安全工作、營銷服務(wù)、新聞發(fā)言人等小組。同時(shí)，通過不斷修訂和完善大面積航班處置預(yù)案，進(jìn)一步規(guī)范不正常航班服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，確定不正常航班信息發(fā)布、現(xiàn)場旅客處置，對旅客的通知疏導(dǎo)、情緒撫慰、現(xiàn)場處理、車輛保障、旅客食宿和媒體應(yīng)對等情況進(jìn)行統(tǒng)籌安排。避免因航班延誤造成現(xiàn)場處置混亂，員工與旅客均陷入無序狀態(tài)，切實(shí)將隱患消除在萌芽狀態(tài)中。第二、建立科學(xué)的多方聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提高不正常航班應(yīng)對效率。鑒于航班延誤服務(wù)是個(gè)系統(tǒng)問題，涉及航空公司、機(jī)場、空管，機(jī)場檢驗(yàn)檢疫局、邊檢、公安、各類服務(wù)銷售代理等多個(gè)協(xié)作單位，只要有一方出現(xiàn)問題，航班延誤后的服務(wù)工作鏈條就會(huì)斷裂。因此，確保航班延誤服務(wù)質(zhì)量，必須加強(qiáng)與各單位聯(lián)系與配合，推進(jìn)管理機(jī)制創(chuàng)新，建立起各相關(guān)方組成的科學(xué)團(tuán)隊(duì)。九、參考文獻(xiàn)1馬宇.航班延誤原因及其對策分析.商場現(xiàn)代化，2010,9:217-2182曹衛(wèi)東，賀國光.連續(xù)航班延誤與波及的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009 ;2:607