摘 要： 航空旅行的某些獨(dú)到優(yōu)勢(shì)是鐵路、公路與水運(yùn)所不具備的,，但如何最大限度地將其發(fā)揮出來往往卻異常艱難,。結(jié)合民航建模基本特性和面臨難題剖析，比較系統(tǒng),、全面地論述了不同出行方式的模型聯(lián)接,、地域廣闊性與信息龐雜性消解、時(shí)變與非精確表示,，以及機(jī)器學(xué)習(xí)等的求解策略,，同時(shí)給出了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建造的若干技術(shù)細(xì)節(jié)解決思路。
關(guān)鍵詞： 環(huán)境建模,；民航網(wǎng)建模,；航空旅行
民用航空運(yùn)輸業(yè)早已發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)與人們社會(huì)交往的重要紐帶，它不但同鐵路,、公路,、水運(yùn)和城市交通一起構(gòu)成了缺一不可的有機(jī)體，而且還不斷地顯露出自己諸多獨(dú)到優(yōu)勢(shì),。其擁有的舒適,、迅捷與地域覆蓋廣泛等特性，使得一些發(fā)達(dá)國家航空客運(yùn)量長期占據(jù)著總運(yùn)量的半壁河山,，甚至更多[1],。不過，民航在帶給人們便利的同時(shí),，也經(jīng)常使出行者產(chǎn)生某些困擾,，尤其在對(duì)航班,、航線,、航空公司，以及換乘地點(diǎn)不十分熟悉時(shí),，如何依照自身追求最佳安排出行計(jì)劃即表現(xiàn)得困難重重,。
民航建模是其他模塊順利展示性能的基礎(chǔ)，也是最終構(gòu)建系統(tǒng)能否被社會(huì)普遍接受的先決條件,。欲意滿意化地解決民航出行路線與中轉(zhuǎn)換乘規(guī)劃問題,，首先必須高效、妥善地處理民航環(huán)境中面臨的眾多不同信息,、數(shù)據(jù)與參數(shù)建模,。其次，怎樣準(zhǔn)確,、嚴(yán)密,、恰當(dāng)?shù)胤从畴S季節(jié)、國際時(shí)局動(dòng)蕩引發(fā)的某些時(shí)變,、信息非完備,，及其頻繁發(fā)生的航班時(shí)間波動(dòng)不確定性給出行帶來的干擾需予以全面顧及[2]。最后，如何將人們求解此類問題所積累的大量經(jīng)驗(yàn),、常識(shí)提煉出來且建成知識(shí)庫,，并藉此不斷地完善、改進(jìn),、充實(shí)模型亦很重要,。所有這些都是民航建模當(dāng)中必須認(rèn)真對(duì)待的關(guān)鍵要素，也是本文對(duì)應(yīng)課題的研究重點(diǎn),。
1 民航網(wǎng)建模面臨難題與消解對(duì)策
民航建模同鐵路,、公路、水運(yùn),、城市交通與機(jī)器人環(huán)境建模有許多聯(lián)系和相似之處,，但受囿于本身特性限制，又經(jīng)常表現(xiàn)出極其明顯的差異性,，于是惟有探尋更加合適的對(duì)策方可獲得預(yù)期效果,。概括起來，航空建模面臨的難題主要集中在下列幾個(gè)方面：
（1）不同出行方式間的緊密聯(lián)系
民航雖具不少個(gè)性化優(yōu)勢(shì),，但事實(shí)上只有充分采納各種交通方式的強(qiáng)項(xiàng)而達(dá)到互補(bǔ)弱勢(shì),，才有望真正創(chuàng)建功能齊全、方便的交通體系?，F(xiàn)今,，機(jī)場(chǎng)（特別是大型國際機(jī)場(chǎng)）通常并非建在市內(nèi)，必然面對(duì)如何前往或離開機(jī)場(chǎng)的問題,。對(duì)此,，一則借助公交、班車,，另則依靠自有車輛或其他方式解決,。不管實(shí)際選取何種途徑，全部需要尋求別類出行模式協(xié)助,。于是,，如何實(shí)現(xiàn)民航同周邊交通模式無縫隙銜接便成為突出問題，關(guān)于該難題,，課題借用特征,、廣義拓?fù)洹⒖臻g形態(tài)樣本建模和知識(shí)利用等,，謀求在模型級(jí)別就予以解決,。其中，建立于洲際,、行政隸屬基礎(chǔ)上的地理編碼,，在此就擔(dān)負(fù)起連接各種交通方式的橋梁與紐帶的作用,。
（2）地域廣闊與信息龐雜
民航有別于其他交通模式的顯著特征就是地域覆蓋極度廣闊，幾乎能夠抵達(dá)世界各個(gè)角落,，這就對(duì)系統(tǒng)建造難度,、使用性能指標(biāo)等形成巨大挑戰(zhàn)。盡管公路,、鐵路和水運(yùn)也多少需面對(duì)不同經(jīng)營公司與國內(nèi)外跨接,、出入國境簽證等問題，但畢竟不是十分頻繁,，即便發(fā)生也常常限定在很小范圍,。民航卻必須重點(diǎn)克服國內(nèi)外眾多航空公司經(jīng)營模式、計(jì)價(jià)準(zhǔn)則,、國際關(guān)系,、過境、入境簽證要求和簽證便捷度等差異對(duì)行程產(chǎn)生的影響,，對(duì)于此類問題,，遵照各自性質(zhì)分門別類地建立專門模型。
（3）時(shí)變與非精確
雖然民航模型里的航班數(shù)量可能會(huì)不時(shí)發(fā)生變化,，進(jìn)而導(dǎo)致航線消失或開辟,，但通常處于相對(duì)穩(wěn)定或微小變動(dòng)之中，不過航班時(shí)刻卻經(jīng)常隨季節(jié),、天氣和臨時(shí)突發(fā)事件等有規(guī)律或無規(guī)律地發(fā)生變化[3],。此外，晚點(diǎn)屬于一切交通運(yùn)營皆不可絕對(duì)避免的現(xiàn)象,，它一方面帶有隨機(jī)色彩,，另一方面又因管理、交通密度和各制約因素影響而難以精確描述,。對(duì)于這些,，課題經(jīng)統(tǒng)計(jì)、規(guī)律分析,，在人機(jī)互助與機(jī)器學(xué)習(xí)之上逐步求精。
（4）不完備與學(xué)習(xí)改進(jìn)
民航模型中包含許多內(nèi)容,，其中有不少不可避免是難以或不可能及時(shí)收集,、獲得的，例如國外多數(shù)機(jī)場(chǎng)的地理位置,、航線里程,、票價(jià)折扣幅度與航班臨時(shí)調(diào)整等。信息不完備是公共交通普遍面臨的問題,，對(duì)于民航則更加突出,。針對(duì)本狀況本文采用經(jīng)驗(yàn)輔助下的類比信息演繹臨時(shí)設(shè)定,，比如已知某機(jī)型在某等級(jí)航線上的平均航速為800 km/h，那么當(dāng)出現(xiàn)類似且僅可獲航行時(shí)間而缺少里程時(shí),，借類比參照便可非準(zhǔn)確導(dǎo)出,。不完備信息非準(zhǔn)確分量，一則寄托于人工后期填充,，二則求助于反復(fù)驗(yàn)證減弱,。
（5）常識(shí)與經(jīng)驗(yàn)利用
常識(shí)與經(jīng)驗(yàn)往往可以幫助人們有效地解決問題，但它們又難以做到放之四海而皆準(zhǔn),。在民航建模中,，模型庫一致性、完備性檢驗(yàn)屬于異常關(guān)鍵部分,，有時(shí)卻無法嚴(yán)密地設(shè)立評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),。對(duì)該難題或許常識(shí)、經(jīng)驗(yàn)就能派上特別用場(chǎng),。假設(shè)某航線上同類型飛機(jī)航行速度在既定統(tǒng)計(jì)值上下波動(dòng),，發(fā)現(xiàn)類似航班顯著地超出本范圍，雖無法絕對(duì)排除確實(shí)如此,，但更多可能由于進(jìn)出港時(shí)間錯(cuò)誤造成,。
2 航線網(wǎng)模型結(jié)構(gòu)研究
民航網(wǎng)建模不可以單單停留在機(jī)場(chǎng)、航線,、航班上,，為了給后續(xù)功能模塊提供足夠的信息支持，必須全方位地囊括盡可能多的不同類型資料,，同時(shí)探尋并設(shè)計(jì)靈活,、恰當(dāng)?shù)木S護(hù)與管理手段。在此,，出于更加高效地建造民航網(wǎng)模型,，本文特將其人為地劃分成相對(duì)不變和比較頻繁變化的兩個(gè)類。在它們各自內(nèi)部又包括了許多細(xì)分成份,，概括起來至少將包含圖1所示單元,，它們彼此間存在圖示聯(lián)系與依從關(guān)系。
在圖1中,，絕大多數(shù)單元具有功能,、目標(biāo)自揭示特性，但惟獨(dú)系統(tǒng)基準(zhǔn)參數(shù)庫容易引起疑惑與誤解,。其實(shí),，機(jī)場(chǎng)模型構(gòu)建期間至關(guān)重要的任務(wù)便是準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)亟缍ㄆ湓谡麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)中所處的層次,，而機(jī)場(chǎng)層次能夠區(qū)分成許多,，例如國際樞紐,、國際核心、國內(nèi)骨干,、國內(nèi)重要和國內(nèi)普通,。機(jī)場(chǎng)層次劃分既經(jīng)常表現(xiàn)出必然性，同時(shí)又多少附帶有某些模糊與不確定成份,。為防止出現(xiàn)過分隨意,，于是有必要制定嚴(yán)格的分層標(biāo)準(zhǔn)，這些就組成了系統(tǒng)基準(zhǔn)參數(shù)庫的主要內(nèi)容,。
3 民航網(wǎng)建模實(shí)用化技術(shù)研究
3.1 航線網(wǎng)廣義拓?fù)浣?/strong>
民航網(wǎng)絡(luò)不同于鐵路,、公路與水運(yùn)，它既具備所有公共交通的承擔(dān)在各地點(diǎn)間輸送旅客的職責(zé),，但卻不必嚴(yán)格依附于鐵軌,、道路或河流之上。也就是說,，空中航線是看不見摸不著的抽象思維概念,，對(duì)其不可能像鐵路、公路那樣建立起嚴(yán)密的幾何形態(tài)模型[4],。然而,，民航為了維持空中交通有序性，空中航線也并非能夠隨意被更改,，這樣一來航線網(wǎng)絡(luò)就表現(xiàn)出某種相對(duì)的穩(wěn)定性與可遵循色彩,。鑒于此，有必要建立起全面,、準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)模型,。
基于民航網(wǎng)絡(luò)的特有性質(zhì)，在全部現(xiàn)有建模方法中,，能夠比較好地?fù)?dān)負(fù)起此責(zé)者恐怕非拓?fù)淠獙?。不過，僅僅依靠傳統(tǒng)的拓?fù)鋽?shù)學(xué)理論是難以完全勝任的,，因?yàn)楹罄m(xù)模塊不但期望提供機(jī)場(chǎng)航線連接關(guān)系,，而且要求擁有里程、航行時(shí)間,、機(jī)型,、航空公司和安全性等眾多附帶信息，以便規(guī)劃期間施行嚴(yán)謹(jǐn),、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)與給出行者收集更多參考依據(jù)[5]。事實(shí)上,，這里對(duì)于拓?fù)涞膹V義化拓展只是略微簡單地增充了若干航線參數(shù),。
3.2 不同地區(qū)航空公司間經(jīng)營與票價(jià)計(jì)費(fèi)差距刻畫
民航區(qū)別于鐵路,、公路的顯著標(biāo)志就是票價(jià)計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)隨地區(qū)、航空公司與季節(jié)等的不同而差距甚大,。首先,，在所有公共交通中，惟有民航最具全球緊密協(xié)作色彩,，不可能由一家航空公司將一切業(yè)務(wù)皆予以壟斷,。這樣，在不同的地區(qū),，航空公司間勢(shì)必出現(xiàn)因經(jīng)營,、管理水平等導(dǎo)致的票價(jià)計(jì)費(fèi)多樣化。其次,，由于各個(gè)公司的屬性,、資金雄厚程度、經(jīng)營理念與服務(wù)對(duì)象群落定位等互不相同,，票價(jià)計(jì)費(fèi)準(zhǔn)則和優(yōu)惠幅度可能在很大范圍內(nèi)浮動(dòng),。再次，民航交通票價(jià)計(jì)費(fèi)原則受熱線,、熱季與冷僻線路影響異常突出,，鐵路、公路雖同樣面臨此類問題,，但沒有如此明顯,。此外，民航票價(jià)計(jì)費(fèi)不可避免地要受公司覆蓋范圍,、滿座率,、機(jī)型、油價(jià)和管理成本等因素約束,。最后,，近年來國外推行了一種稱之為樞紐輻射式航線網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)營模式[6]，因其上客流量容易達(dá)到規(guī)?；c集中化,，于是不管票價(jià)還是服務(wù)質(zhì)量均富有競爭性。
票價(jià)標(biāo)準(zhǔn)最簡單表示當(dāng)屬對(duì)照表集,，但它卻因過于死板而缺乏靈活性與普遍依從價(jià)值,，如若尋求滿足各種情況的通用算法又苦于短期內(nèi)無法取得理想結(jié)果。針對(duì)此種現(xiàn)實(shí),，課題采用了一種折中策略,，即建立于對(duì)照表之上的不同情況下依既定要素修正規(guī)則。其具體實(shí)現(xiàn)方式能夠視諸類因素予以集中或分散,。
3.3 相同航線上航班間里程,、時(shí)間顯著差異表征
民航航線并非全部表現(xiàn)為兩機(jī)場(chǎng)間的直線飛行,，因地理特性（如高山峻嶺）、氣象復(fù)雜性,、國防敏感性,、時(shí)間、可見性與地面導(dǎo)航站點(diǎn)設(shè)置等成份制約,，航線往往有意地設(shè)計(jì)成了繞道而行,。由此即可能產(chǎn)生相同航線上不同航班的飛行里程存在差異。另外,，機(jī)型,、飛行高度、離抵港時(shí)間計(jì)算基準(zhǔn)互異也直接引發(fā)了相同航線航班時(shí)間不盡一致[7],。航線里程,、時(shí)間也許影響票價(jià)，也許作用甚微以致能夠給予忽略,，但不管怎樣卻必須對(duì)其進(jìn)行盡可能詳細(xì),、準(zhǔn)確表征，因?yàn)樗鼈內(nèi)繉儆谝?guī)劃期間不得不予以高度關(guān)注的重要評(píng)價(jià)指標(biāo),。
考慮到相同航線航班間里程,、時(shí)間既具有某些普遍統(tǒng)計(jì)特性，同時(shí)又在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)出無明顯規(guī)律的隨機(jī)性特征,，當(dāng)前建模采用了比較簡單的逐內(nèi)容記錄,。
3.4 面向航班接續(xù)與時(shí)間非準(zhǔn)確性的時(shí)序時(shí)區(qū)表示
民航旅行問題求解說到底便是途徑地域,、航線,、航班最佳化確定，而實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的基本前提則是航線模型中必須包含航班離,、抵港時(shí)刻與時(shí)間波動(dòng)范圍,、波動(dòng)幾率和確定性。盡管各種因素導(dǎo)致的晚點(diǎn)難以準(zhǔn)確刻畫,，但建立于長期統(tǒng)計(jì)與針對(duì)不同情況下的分類處置,，在一定精度等級(jí)上還是能夠滿足大多數(shù)需要的。在此,，應(yīng)該引入時(shí)序時(shí)區(qū)邏輯概念[8],。
時(shí)序時(shí)區(qū)邏輯表示有多種具體實(shí)現(xiàn)方式，在這里,，更加恰當(dāng)者興許莫過于隱含與明顯彼此協(xié)同,。所謂隱含表示就是航班離抵港時(shí)間按序排布，當(dāng)不發(fā)生晚點(diǎn)，此方法足以應(yīng)付常規(guī)性應(yīng)用,，不過若晚點(diǎn)不時(shí)或頻繁出現(xiàn),，就不得不建立面向具體機(jī)場(chǎng)與航班的最大,、典型時(shí)長,、發(fā)生概率、置信程度,。例如,，航班HU7803可隱式描述為：Time(HU7803，KWL,，-,，12:00)，Time(HU7803,，BHY,，12:50，
13:15),，Time(HU7803,，SYX，13:55,，-),。它表示HU7803航班12:00從桂林出發(fā)，12:50到達(dá)北海且13:15離開,，13:55終到三亞,。關(guān)于航班晚點(diǎn)的時(shí)區(qū)表示能夠設(shè)計(jì)成Zone(HU7803，BHY,，(5,0.2,0.5),，(30,0.1,0.7))，代表航班HU7803到北海的路途最大晚點(diǎn)時(shí)間范圍是5 min,，發(fā)生幾率為0.2,，置信度為0.5；起飛極限晚點(diǎn)范圍30 min,，發(fā)生幾率為0.1,，置信度為0.7。
民航屬于公共交通領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè),，其發(fā)展?fàn)顩r不僅直接決定著人們的出行便捷程度,，同時(shí)也制約著國民經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)性?；窘ㄔO(shè)固然重要,，不過全面利用現(xiàn)代技術(shù)尋求管理、服務(wù)跨越式突破則更顯行業(yè)特色。本文涉及研究便是面向航空領(lǐng)域難題開展的一次實(shí)質(zhì)性探索,。文章在知識(shí)利用,、特征與航線、航班建模等基礎(chǔ)之上,，比較系統(tǒng),、全面地討論了建模期間有關(guān)票價(jià)計(jì)費(fèi)、航班里程與時(shí)間差異,，以及航班接續(xù)與時(shí)間非準(zhǔn)確性等的難題消解對(duì)策。從當(dāng)前實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建造初步成效看,，該項(xiàng)工作的價(jià)值和意義還是令人滿意的,。
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