民航机场低能见度天气的预报预警与运行优化策略

一、预报预警系统的重要性

1.1 预报预警系统对民航安全的作用

民航机场日常运作过程中，低能见度天气是影响航班正常运行与旅客安全的关键要素，预报预警系统在民航安全方面起着极其重要的作用，它凭借先进的气象监测技术和数据分析模型，可以提前预测并识别出低能见度天气事件，进而给机场运作给予关键的决策支援。在实际操作当中，预报预警系统融合了诸多气象数据源，比如卫星云图、雷达回波、地面观测站数据等等，通过整合预报模型，数值天气预报（NWP）模型，就能给出未来几个小时甚至几天的天气改变趋向。而且该系统还能凭借历史数据以及机器学习算法，持续改善预测精确度，预报预警系统通过给予准确及时的天气消息，助力机场和航空公司制订有效的运作改良方案，在低能见度等恶劣天气状况下，尽可能削减航班延误和事故危险，保证旅客及机组人员安全。

1.2 国内外低能见度预报预警技术研究现状

准确及时的预报预警系统对保证飞行安全，提升运行效率十分重要，当下国内外在低能见度预报预警技术上已有明显进步。美国联邦航空管理局（FAA）的低能见度 / 低云（LVC）计划，利用先进的气象雷达，卫星数据以及自动观测站信息来做到对低能见度天气的即时监测和预警。欧洲航空安全组织（EASA）也推进了许多研究，目的在于通过改善气象模型和数据处理技术，优化低能见度天气的预报精确性。国内方面，中国民航局也在持续提升低能见度天气的监测与预警能力，利用多源数据融合技术来改善对复杂气象状况的应对水平，北京首都国际机场所采用的多参数综合探测系统，可以给予更为精准的能见度及云高信息，从而给航班调度以及地面运行给予支撑。

二、运行优化策略的理论基础

2.1 运行优化策略的定义与目标设定

运行优化策略，即借助科学的管理及技术手段来提升航班调度效率、缩减航班延误、保障旅客安全、削减运营成本。在低能见度情况下，航班调度优化策略就包含怎样合理安排航班起降时间，以减轻因天气状况造成的航班延误和取消，按照国际民航组织（ICAO）给出的数据，低能见度是造成航班延误的关键因素之一，所以优化策略的目标之一便是通过精细管理，把这种天气状况下的延误时间降到最低。在实际操作中，采用排队论，网络流优化之类的理论模型，可以对航班调度以及地面运行执行模拟并加以优化，进而实现提升整体运行效率的目的。

2.2 运行优化策略的理论模型与方法

在民航机场低能见度天气背景下，运行优化策略的理论模型与方法变得十分关键，这些策略希望借助科学的决策支撑体系来改进航班调度效率以及地面运作的顺畅程度，进而保证在恶劣天气状况下，民航运输的安全性与准时性得以保障。比如说用排队论模型可以对航班延误展开量化分析，从而改良航班调度，缩减由低能见度引发的航班延误与取消情况，而且采用多目标优化手段，可以同时兼顾成本、时间、安全等诸多要素，制订出更为全面的运行改良计划。像北京首都国际机场在 2018 年冬季遭遇连续低能见度天气时，通过细致化的运行改良策略，有效地减少了航班延误率，提升了旅客满意水平。

三、运行优化策略的实践应用

3.1 低能见度条件下航班调度优化

低能见度既给飞行员的起降操作带来困难，又给地面运行和航班调度造成很大压力，按照国际民航组织的数据表明，当能见度小于1 公里的天气状况时，航班延误或者取消的概率明显增多，所以研发有效的航班调度改良策略，可以有效地削减低能见度天气给民航运行带来的影响，保证航班安全并提升运行效率。在理论模型与方法的应用方面，可以参考运筹学里的线性规划、整数规划以及启发式算法等，去搭建航班调度优化模型，如混合整数线性规划（MILP）模型，它能对航班的起降时间、停机位安排以及地面服务资源实施统筹规划，从而把延误成本降到最低，提升航班运行效率。航班调度优化策略的执行还要考虑诸多因素，比如天气预报是否准确、机场运行情况是否实时、航班网络是否复杂，航班调度优化既要考虑单个航班的最优解，又要考虑整个航班网络的全局最优。

3.2 低能见度条件下地面运行优化策略

在民航机场低能见度天气状况下，地面运行优化变得十分关键，低能见度既会影响到航班能否正常起降，又会对地面运行带来极大压力，能见度小于 1500 米的低能见度天气是造成航班延误或者取消的重要因素之一，所以要想提升机场在低能见度条件下的运行效率，就必须优化地面运行策略，比如说怎样合理安排航班的地面滑行，停靠以及旅客登机等流程。可以参考运筹学里的排队理论和网络流理论来创建地面运行改良模型，比如形成地面运行的排队网络模型，可以模仿不同低能见度情形下的地面运行状况，进而预估并改良地面运行的瓶颈环节，而且采用仿真技术对地面运行流程实施模仿，可以评判不同调度策略的效果，像改变停机位安排，改良地面服务车辆的路径规划等等。在实践应用上，案例分析发现一些领先的机场利用地面运行优化方法，能在低能见度情况下减少等待时间并提高准点率，在某国际机场采用实时数据分析做调度系统之后，地面运行改进了 15%，航班延误率下降了 10%，这说明合理的运行改善策略可解决低能见度状况，保证民航安全又有效率。

四、低能见度天气下的应急响应

4.1 应急响应机制的构建与实施策略

在民航机场遇到低能见度天气的时候，构建并展开应急反应机制变得非常关键，为保证机场在能见度极低的状况下能尽快地做出响应并采取应对办法，就必须形成一套科学而且有条理性的应急反应系统。这一套体系应当整合现有的技术和手段，像是气象雷达、卫星云图、自动观测台等等，同时还要涵盖航班调动、地面运转以及旅客服务等各类改善策略。按照国际民用航空机构（ICAO）所给予的准则，在可见度低于800 米的时候，机场应该启动低能见度运作规程（LVP），这就要求机场要具备立刻切换进紧急运作模式的能力。

4.2 应急响应中的核心技术与流程

在民航机场低能见度天气应急响应里，关键技术与流程的有效运用是保证航班安全运行和旅客安全的关键，比如利用先进的气象雷达系统，可随时观察天气变化状况，给决策者给予精准的能见度数据。在 2010 年的时候，某国际机场遭遇极低能见度天气，通过部署的多普勒天气雷达系统，准确预估到能见度迅速下降，进而提前启动应急响应机制，防止航班延误和事故发生。而且应急响应流程当中，机场运行控制中心（AOC）发挥着非常关键的作用，它要依照即时数据以及分析模型，像依靠风险评价的决策支撑体系（DSS），来制订航班调度和地面运行的改良方案。

参考文献

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