摘  要： 航空旅行的某些獨到優(yōu)勢是鐵路、公路與水運所不具備的,，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,、時變與非精確表示,，以及機器學習等的求解策略，同時給出了實驗系統(tǒng)建造的若干技術細節(jié)解決思路,。
關鍵詞： 環(huán)境建模,；民航網建模；航空旅行

    民用航空運輸業(yè)早已發(fā)展成為國民經濟與人們社會交往的重要紐帶,，它不但同鐵路,、公路、水運和城市交通一起構成了缺一不可的有機體,，而且還不斷地顯露出自己諸多獨到優(yōu)勢,。其擁有的舒適,、迅捷與地域覆蓋廣泛等特性，使得一些發(fā)達國家航空客運量長期占據(jù)著總運量的半壁河山,，甚至更多[1],。不過，民航在帶給人們便利的同時,，也經常使出行者產生某些困擾,，尤其在對航班、航線,、航空公司,，以及換乘地點不十分熟悉時，如何依照自身追求最佳安排出行計劃即表現(xiàn)得困難重重,。
    民航建模是其他模塊順利展示性能的基礎,，也是最終構建系統(tǒng)能否被社會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,，怎樣準確、嚴密,、恰當?shù)胤从畴S季節(jié),、國際時局動蕩引發(fā)的某些時變、信息非完備,，及其頻繁發(fā)生的航班時間波動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驗,、常識提煉出來且建成知識庫,，并藉此不斷地完善、改進,、充實模型亦很重要,。所有這些都是民航建模當中必須認真對待的關鍵要素，也是本文對應課題的研究重點,。
1 民航網建模面臨難題與消解對策
    民航建模同鐵路,、公路、水運,、城市交通與機器人環(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策方可獲得預期效果,。概括起來,，航空建模面臨的難題主要集中在下列幾個方面：
    （1）不同出行方式間的緊密聯(lián)系
    民航雖具不少個性化優(yōu)勢，但事實上只有充分采納各種交通方式的強項而達到互補弱勢,，才有望真正創(chuàng)建功能齊全,、方便的交通體系。現(xiàn)今,，機場（特別是大型國際機場）通常并非建在市內,，必然面對如何前往或離開機場的問題。對此,，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,，如何實現(xiàn)民航同周邊交通模式無縫隙銜接便成為突出問題,，關于該難題,，課題借用特征,、廣義拓撲、空間形態(tài)樣本建模和知識利用等,，謀求在模型級別就予以解決,。其中，建立于洲際,、行政隸屬基礎上的地理編碼,，在此就擔負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,，幾乎能夠抵達世界各個角落,，這就對系統(tǒng)建造難度、使用性能指標等形成巨大挑戰(zhàn),。盡管公路,、鐵路和水運也多少需面對不同經營公司與國內外跨接、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。民航卻必須重點克服國內外眾多航空公司經營模式,、計價準則,、國際關系、過境,、入境簽證要求和簽證便捷度等差異對行程產生的影響,，對于此類問題,，遵照各自性質分門別類地建立專門模型。
    （3）時變與非精確
    雖然民航模型里的航班數(shù)量可能會不時發(fā)生變化,，進而導致航線消失或開辟,，但通常處于相對穩(wěn)定或微小變動之中，不過航班時刻卻經常隨季節(jié),、天氣和臨時突發(fā)事件等有規(guī)律或無規(guī)律地發(fā)生變化[3],。此外，晚點屬于一切交通運營皆不可絕對避免的現(xiàn)象,，它一方面帶有隨機色彩,，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,。對于這些,，課題經統(tǒng)計、規(guī)律分析,，在人機互助與機器學習之上逐步求精,。
    （4）不完備與學習改進
    民航模型中包含許多內容，其中有不少不可避免是難以或不可能及時收集,、獲得的,，例如國外多數(shù)機場的地理位置、航線里程,、票價折扣幅度與航班臨時調整等,。信息不完備是公共交通普遍面臨的問題，對于民航則更加突出,。針對本狀況本文采用經驗輔助下的類比信息演繹臨時設定,，比如已知某機型在某等級航線上的平均航速為800 km/h，那么當出現(xiàn)類似且僅可獲航行時間而缺少里程時,，借類比參照便可非準確導出,。不完備信息非準確分量，一則寄托于人工后期填充,，二則求助于反復驗證減弱,。
    （5）常識與經驗利用
    常識與經驗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,。在民航建模中,，模型庫一致性、完備性檢驗屬于異常關鍵部分,，有時卻無法嚴密地設立評判標準,。對該難題或許常識、經驗就能派上特別用場。假設某航線上同類型飛機航行速度在既定統(tǒng)計值上下波動,，發(fā)現(xiàn)類似航班顯著地超出本范圍,，雖無法絕對排除確實如此，但更多可能由于進出港時間錯誤造成,。
2 航線網模型結構研究
    民航網建模不可以單單停留在機場,、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，同時探尋并設計靈活,、恰當?shù)木S護與管理手段,。在此，出于更加高效地建造民航網模型,，本文特將其人為地劃分成相對不變和比較頻繁變化的兩個類,。在它們各自內部又包括了許多細分成份，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)系與依從關系,。
    在圖1中，絕大多數(shù)單元具有功能,、目標自揭示特性,，但惟獨系統(tǒng)基準參數(shù)庫容易引起疑惑與誤解。其實,，機場模型構建期間至關重要的任務便是準確,、恰當?shù)亟缍ㄆ湓谡麄€網絡中所處的層次,，而機場層次能夠區(qū)分成許多,，例如國際樞紐、國際核心,、國內骨干,、國內重要和國內普通。機場層次劃分既經常表現(xiàn)出必然性,，同時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，于是有必要制定嚴格的分層標準,，這些就組成了系統(tǒng)基準參數(shù)庫的主要內容,。

3 民航網建模實用化技術研究
3.1 航線網廣義拓撲建模

    民航網絡不同于鐵路、公路與水運,，它既具備所有公共交通的承擔在各地點間輸送旅客的職責,，但卻不必嚴格依附于鐵軌、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,，對其不可能像鐵路、公路那樣建立起嚴密的幾何形態(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,，這樣一來航線網絡就表現(xiàn)出某種相對的穩(wěn)定性與可遵循色彩,。鑒于此，有必要建立起全面,、準確的網絡模型,。
    基于民航網絡的特有性質，在全部現(xiàn)有建模方法中,，能夠比較好地擔負起此責者恐怕非拓撲莫屬,。不過，僅僅依靠傳統(tǒng)的拓撲數(shù)學理論是難以完全勝任的,，因為后續(xù)模塊不但期望提供機場航線連接關系,，而且要求擁有里程、航行時間,、機型,、航空公司和安全性等眾多附帶信息，以便規(guī)劃期間施行嚴謹,、準確評價與給出行者收集更多參考依據(jù)[5],。事實上，這里對于拓撲的廣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)航空公司間經營與票價計費差距刻畫
    民航區(qū)別于鐵路,、公路的顯著標志就是票價計費標準隨地區(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)務皆予以壟斷,。這樣，在不同的地區(qū),，航空公司間勢必出現(xiàn)因經營,、管理水平等導致的票價計費多樣化。其次,，由于各個公司的屬性,、資金雄厚程度,、經營理念與服務對象群落定位等互不相同，票價計費準則和優(yōu)惠幅度可能在很大范圍內浮動,。再次,，民航交通票價計費原則受熱線、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,，民航票價計費不可避免地要受公司覆蓋范圍、滿座率,、機型,、油價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絡的經營模式[6],，因其上客流量容易達到規(guī)模化與集中化,，于是不管票價還是服務質量均富有競爭性,。
    票價標準最簡單表示當屬對照表集，但它卻因過于死板而缺乏靈活性與普遍依從價值,，如若尋求滿足各種情況的通用算法又苦于短期內無法取得理想結果,。針對此種現(xiàn)實，課題采用了一種折中策略,，即建立于對照表之上的不同情況下依既定要素修正規(guī)則,。其具體實現(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,、時間顯著差異表征
    民航航線并非全部表現(xiàn)為兩機場間的直線飛行,，因地理特性（如高山峻嶺）、氣象復雜性,、國防敏感性,、時間、可見性與地面導航站點設置等成份制約,，航線往往有意地設計成了繞道而行。由此即可能產生相同航線上不同航班的飛行里程存在差異,。另外,，機型、飛行高度,、離抵港時間計算基準互異也直接引發(fā)了相同航線航班時間不盡一致[7],。航線里程、時間也許影響票價，也許作用甚微以致能夠給予忽略,，但不管怎樣卻必須對其進行盡可能詳細,、準確表征，因為它們全部屬于規(guī)劃期間不得不予以高度關注的重要評價指標,。
    考慮到相同航線航班間里程,、時間既具有某些普遍統(tǒng)計特性，同時又在一定范圍內呈現(xiàn)出無明顯規(guī)律的隨機性特征,，當前建模采用了比較簡單的逐內容記錄,。
3.4 面向航班接續(xù)與時間非準確性的時序時區(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,，而實現(xiàn)此目標的基本前提則是航線模型中必須包含航班離、抵港時刻與時間波動范圍,、波動幾率和確定性,。盡管各種因素導致的晚點難以準確刻畫，但建立于長期統(tǒng)計與針對不同情況下的分類處置,，在一定精度等級上還是能夠滿足大多數(shù)需要的,。在此，應該引入時序時區(qū)邏輯概念[8],。
    時序時區(qū)邏輯表示有多種具體實現(xiàn)方式,，在這里，更加恰當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間按序排布,，當不發(fā)生晚點，此方法足以應付常規(guī)性應用,，不過若晚點不時或頻繁出現(xiàn),，就不得不建立面向具體機場與航班的最大、典型時長,、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到達北海且13:15離開,，13:55終到三亞。關于航班晚點的時區(qū)表示能夠設計成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時間范圍是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域的支柱產業(yè),，其發(fā)展狀況不僅直接決定著人們的出行便捷程度，同時也制約著國民經濟協(xié)調性,?；窘ㄔO固然重要，不過全面利用現(xiàn)代技術尋求管理,、服務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域難題開展的一次實質性探索。文章在知識利用,、特征與航線,、航班建模等基礎之上，比較系統(tǒng),、全面地討論了建模期間有關票價計費,、航班里程與時間差異，以及航班接續(xù)與時間非準確性等的難題消解對策,。從當前實驗系統(tǒng)建造初步成效看,，該項工作的價值和意義還是令人滿意的。
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