航班延误的秘密（一）：航班时刻安排不当

十二丁

　【编者按】航班延误/取消所导致的旅客纠纷是目前航空公司在服务方面所面临的最大问题之一，也是民航发展的必然过程。
　　一直以来，民航运输凭借着其快捷、舒适等其他运输方式无可比拟的优越性，受到旅客的青睐。随着国内航班延误和取消情况的日益严峻，中国机场/航空公司准点率全球垫底的消息开始不绝于耳，不少旅客在选择飞机出行的问题上（特别是短途出行）打上了问号。
　　影响航班正常飞行的因素有很多，最为人们熟悉的有天气原因、流量控制、航空公司原因、机场原因、旅客自身原因等等。从本期开始，我们将陆续推出“航班延误的秘密”系列文章，结合“航班大数据”，从不一样的角度，揭秘那些你不知道的导致航班延误的原因，以此供业内和旅客参考。
　　时刻表作为航空公司/机场日常运行的基础和标准，一直以来受到业内的广泛重视。为了拿到黄金时刻的起降权，航空公司往往不惜重金。然而，高峰期航班架次扎堆的情况却往往被大家忽视。作为《航班延误的秘密》系列的开篇，本期CADAS将结合从航班时刻表的角度对民航延误进行分析并揭秘其可能的原因。

航班延误的秘密（一）：航班时刻安排不当

　　不管是双向6车道还是8车道，一条高速公路能够同时容纳的车辆数量始终是有限的。机场也是一样：由于跑道数量和空域限制，一个机场在一定时间内能够起降的飞机架次也是有限的。换句话说，如果在某个时段，机场安排的起降航班量，超过了该机场本来能够正常起降的航班量，这不仅有可能导致该时段进出港的航班延误，甚至可能拖累后续航班，造成进一步的延误。

　　CADAS联合飞常准发布的《全球机场放行准点率报告》显示，以北上广深4大城市机场为代表的中国内地机场准点率持续偏低，基本处于全球垫底位置。人们不禁要问，内地机场究竟怎么了？是什么导致了如此大量的航班长期晚点？是不是繁忙机场的时刻安排出现了问题？

　　带着这样的疑问，CADAS提取国内外主要机场在2015年1月-8月期间全部民航定期客运航班（计划航班）数据，并进行深度分析，试图从航班时刻表编排的角度找到问题所在。

　　通过对分析，CADAS得出了以下结论：

　　1、国内主要机场由于航班时刻编排不合理，导致航班无法按原计划时刻起飞，并产生连锁延误反应。

　　这一现象在旅客集中出行的早高峰到晚高峰之间表现尤为突出。期间，由于航班安排过密，导致了航班大量的积压和延误。对航空公司来说，这不仅浪费了原本价值不菲的黄金起降时刻，而且增加了机组和其他地面人员、设备的工作时间，从而提高了运营成本。同时，高峰时段的航班延误也打乱了旅客（特别是商务旅客）的出行计划，并可能对旅客下一次出行方式和时间的选择造成影响。
　　另外，随着时间的往后推移，晚高峰开始逐步凸显的航班取消问题似乎也印证了航班计划时刻安排不当可能造成的其他问题。

　　2.由机场航班时刻安排不合理推导出的机场理论准点率与机场实际准点率正相关。

　　简单来说，最初作出的航班时刻安排不合理就已经决定很多大型机场的准点率无法做到100%。

　　3.通过航班时刻表可以预测机场和航空公司的准点率水平。

　　从CADAS的数据和结论来看，当航班时刻表安排好后，就可以推算某个机场、某个航空公司的准点率水平。

　　4.时刻安排策略的变化可以改善民航准点情况。


　　下面具体介绍一下由航班时刻表安排不合理导致准点率降低的推理过程。

　　CADAS借助飞常准全球航班动态数据库（本统计只包含了民航定期客运航班，不含货运、公务机、通用航空等其他航班），对2015年1月至8月全国主要机场的日均计划航班量、延误航班量、取消航班量等数据进行了分析统计。

　　由于国内航班时刻编排基本以每5分钟为间隔（如：08:00、08:05、08:10……），因此，CADAS采用5分钟时间间隔分析法，以每5分钟作为一个时刻，并以每5分钟机场的平均高峰容量作为参考进行对比分析。

　　在进一步以图表的形式展示CADAS的分析过程前，有几个定义需要明确：

　　虚占时刻的航班：不能按航班计划时刻表执行的航班。

　　虚占时刻的延误航班：即某机场进出港航班中未按约定的航班计划起飞/降落时间进出港，且实际起飞时间晚于计划时间30分钟（含）以上的航班，假定原计划09:50出港，但实际起飞时间在10:25，统计进入09:00的时刻虚占时刻的取消航班：即某机场进出港航班中未按航班计划时间完成起飞/降落且标记为“取消”的航班。

　　机场容量：由于机场容量受到多方面因素影响，本文将机场高峰小时内实际起降航班总量平均到每个时刻作为该机场在某一时刻的机场容量。由于CADAS将每5分钟作为一个时刻，某机场的时刻容量=该机场高峰小时实际起降航班总量/12。

　　无论因何种原因导致的航班取消或延误，CADAS都认为是对计划航班时刻的虚占。同时，CADAS认为对航班取消、航班延误的连续统计可以体现出不合理航班安排对时刻的虚占情况。

　　以北京首都国际机场（PEK）为例，虚占时刻的取消航班约占PEK日均航班量的2%～6%不等。且值得注意的是，随着时间的推移，从下午16时起，虚占时刻的取消航班占比从2%左右逐步增加到6.42%；同时，虚占时刻的取消航班量也在晚上21时达到近5个航班的高峰（见图1）。

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　了解民航业的读者可能会认为：航空公司由于飞机故障、调机或者天气等原因难免临时对航班进行调整，一个小时取消5个航班对于PEK来说谈不上虚占时刻。为此，在取消航班量的基础上，CADAS对PEK虚占时刻的延误航班量进行了进一步分析

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图2：北京首都国际机场PEK虚占时刻延误航班量







　　如图2所示，PEK虚占时刻的延误航班量不管在数量还是百分比上都远超虚占时刻的取消航班量。虚占时刻的延误航班量于下午19时达到峰值（约30个航班），也就是说，这些本应该在19时完成进出港的航班出于种种原因不得不晚于计划30分钟以上（含30分钟）进出PEK。这些额外的等待时间看似只影响了原本计划19时从北京出发或者回到北京的旅客。

　　然而，对于PEK这样一个每小时计划航班量基本出于饱和状态（见图1和图2）的枢纽机场来说，某个小时内超过1/3的航班发生延误，并需要挤占下一个时段的某些时刻放行，势必影响后续航班的正常运行。其实，虚占时刻的延误航班从PEK早高峰时段开始便已出现，几乎覆盖了所有放行时间段，而由此带来的对下一时段起降架次的“挤占效应”不得不引人三思。


　　为了更加形象的展示虚占时刻的延误航班对下一时段起降架次的挤占效应，CADAS取PEK繁忙时段每5分钟进出港航班平均架次作为“机场容量”（红色横线），用以衡量不同时刻的计划航班量安排的合理程度。如图3所示，PEK自早高峰起便陆续出现了不同程度计划航班量超过机场容量的情况（平均线以上的红色色块部分为超容量航班），且基本覆盖所有繁忙时段。

　　图3：北京首都国际机场PEK每5分钟航班超机场容量情况

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　　下方的深红色部分展示了不同时刻的累积超容量航班数量，该数量随着航班时刻安排不合理而升高，随着航班时刻的空闲低谷而被释放。值得注意的是，对于连续超容的时刻（如早上07:30-08:00左右），航班积压的程度将大幅提升。不管是放行的先后顺序还是地面运行保障都给机场和航空公司带来了不小的压力。


　　CADAS在上海虹桥国际机场（SHA）、深圳宝安国际机场（SZX）、广州白云机场（CAN）和天津滨海国际机场（TSN）也发现了类似的情况，且他们的航班积压情况甚至超过PEK（见图4、5、6、7）。





　　图3：北京首都国际机场PEK每5分钟航班超机场容量情况





　　下方的深红色部分展示了不同时刻的累积超容量航班数量，该数量随着航班时刻安排不合理而升高，随着航班时刻的空闲低谷而被释放。值得注意的是，对于连续超容的时刻（如早上07:30-08:00左右），航班积压的程度将大幅提升。不管是放行的先后顺序还是地面运行保障都给机场和航空公司带来了不小的压力。


　　CADAS在上海虹桥国际机场（SHA）、深圳宝安国际机场（SZX）、广州白云机场（CAN）和天津滨海国际机场（TSN）也发现了类似的情况，且他们的航班积压情况甚至超过PEK（见图4、5、6、7）。








　　图4：上海虹桥国际机场SHA每5分钟航班超机场容量情况




　　图5：广州白云国际机场CAN每5分钟航班超机场容量情况





　　图6：深圳宝安国际机场SZX每5分钟航班超机场容量情况












　　图7：天津滨海国际机场TSN每5分钟航班超机场容量情况

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计划航班时刻表不合理之处似乎显而易见，那么这些不合理一定会导致航班晚点吗？带着这样的猜测，CADAS进行了进一步验证。


　　首先，关于理论准点率和实际准点率，CADAS定义如下：


　　理论准点率=1-总超出航班量/总进出港航班量。


　　实际准点率=（出港准点航班数量+进港准点航班数量）/（出港计划航班数量+进港计划航班数量）。

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　如图8所示，蓝色直线表示5大机场近8个月来的实际准点率；橙色直线为其对应的理论准点率。不难看出，上述5大机场的理论准点率和实际准点率趋势基本一致。接下来，CADAS将从统计学的角度对机场的实际准点率和其理论准点率（即超容航班量）之间的关系进行验证。


　　如果用纵坐标表示实际准点率，用横坐标表示理论准点率，上述5个机场的准点率情况便可以用图9中的5个点来表示，同时得到y=0.6888x+0.0591这个最能概括这5个点之间线性关系的方程。为了说明这个方程的可靠性，CADAS对其R2进行了验证。对于这个公式来说，R2反映了理论准点率变动对机场实际准点率的影响，影响程度以0～100计。如果R平方值等于100，表示实际准点率的变动完全由理论准点率的变动所致；反之亦然。就5大机场的理论准点率和实际准点率来看，其R2=0.78128。这足以说明实际准点率的78%都受到机场理论准点率影响。从定义可以看出，一个机场的理论准点率由机场的超容航班量决定。故这一结果验证了CADAS对不合理航班量容易导致航班延误的猜测。

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综上所述，结论的作用大致有以下几个方面：


　　a)通过对时刻安排不当的航班和延误之间关系的验证，说明实际准点率很大程度上受到安排不合理的航班时刻影响。


　　b)对航班时刻安排按5分钟分析，说明设计更好的波峰波谷间隔、采取削峰填谷措施可能有助于提高准点率。


　　现阶段，国内主要按小时放行架次来评估机场容量能否满足航班时刻的安排，因此以小时为单位很难看出航班时刻表的问题所在。将计划航班时刻表细化到每个时刻（即每5分钟）后，很容易发现其中的波峰和波谷。如果可以充分利用波谷时刻，对航班时刻表进行更科学的安排，将有利于提高航班准点率，尤其是提高大型机场的整体准点率。


　　以和中国邻近的国际枢纽东京羽田机场（HND）为例，为了保证时刻的充分利用，HND也存在超容航班的情况，但其航班量分配较为合理。在前一两个时刻波峰里的超容航班量，可以快速地被波谷中闲置的时刻吸收（图10）。

图10：东京羽田国际机场HND每5分钟航班超机场容量情况

　对比HND，新加坡樟宜机场（SIN）在航班时刻的合理安排上表现的更为成熟。08:00-09:55航班高峰期间较为平稳的波峰波谷安排相应的保障了SIN高峰时段的准点率（图11）。
　

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　图11：新加坡樟宜国际机场SIN每5分钟航班超机场容量情况
　c)通过航班时刻表预测机场和航空公司准点率成为可能。


　　可以将超容航班量作为影响准点率的一个因素，在预测的过程中综合航班时刻表的总体安排，进一步提高准点率预测的精确度。同时也可以在计划时刻（如冬春季航班计划）出台后，辅助机场、航空公司提前预知航班准点率，使其有机会提前做出有针对性的调整。


　　d)可以帮助旅客选择更准点的航班时段。


　　通过对“虚占时刻延误航班量”的计算，可以辅助旅客避开可能出现晚点的航班时刻，帮助其减少不必要的旅途时间。


　　以深圳机场2015年1-8月的数据为例，根据其计划时刻表可以判定：10:00之前、12:00以及22:00以后的时间段航班准点率比较高。

　图12：深圳宝安国际机场SZX虚占时刻延误航班量

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当然，以上结论只是CADAS基于5大机场2015年1-8月的历史数据得出的。今后该结论可能随着机场的基础设施建设（如新开跑道）或航班放行水平提高而发生改变。但短期内，CADAS的分析对于国内航班准点率情况的改善有一定的借鉴意义。


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