基于ACQI模型的樞紐機(jī)場航線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型評估

吳昊

摘 要：樞紐機(jī)場航線網(wǎng)絡(luò)的連通性直接比較出航線網(wǎng)絡(luò)的效率和優(yōu)劣，樞紐機(jī)場之間的可達(dá)與否，航班密集程度與航線利用率等，都能在航線網(wǎng)絡(luò)連通性的研究中得到直觀反映。因此，航線網(wǎng)絡(luò)合理的連通性也是樞紐機(jī)場功能實(shí)現(xiàn)最基本的條件。由機(jī)場（結(jié)點(diǎn)）和航線（線）所組成的航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)代表了各機(jī)場間的空間可達(dá)性，能直觀反映出機(jī)場之間連通性的水平。由于多年度數(shù)據(jù)能更好地反映國內(nèi)航線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)發(fā)展的趨勢，文章以2008-2013年《從統(tǒng)計(jì)看民航》中的國內(nèi)航班起降架次的數(shù)據(jù)作為樣本，以通航機(jī)場為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，城市的機(jī)場間直達(dá)航線為網(wǎng)絡(luò)的邊，機(jī)場間航班頻次作為邊的權(quán)重，建立國內(nèi)航線網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行連通性的建模與計(jì)算。

關(guān)鍵詞：ACQI模型；樞紐機(jī)場航線；連通性

1 樞紐機(jī)場航線網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)狀

國內(nèi)民航運(yùn)輸1980年的時(shí)候僅有69個(gè)民用機(jī)場，到了2013年的時(shí)候，國內(nèi)民用航空（頒證）機(jī)場達(dá)到183個(gè)（不含港澳臺(tái)，下同）。定期航班的通航機(jī)場有180個(gè)，定期航班的通航城市達(dá)到178個(gè)[1]。同時(shí)，2012年定期航班航線共有2457條，其中包括2076條國內(nèi)航線和381條國際航線。全國運(yùn)輸機(jī)場運(yùn)送旅客達(dá)到67977.2萬人次，運(yùn)輸貨郵達(dá)到1199.4萬噸。具體從空管角度分析，國內(nèi)旅客吞吐量分布情況具體如下：華北區(qū)域17.6%，華東區(qū)域29.2%，西南區(qū)域14.9%，中南區(qū)域24.1%，東北區(qū)域6.3%，西北區(qū)域5.4%，新疆區(qū)域2.5%；國內(nèi)貨郵吞吐量具體分布情況如下：華北區(qū)域18.1%，華東區(qū)域41.7%，西南區(qū)域9.8%，中南區(qū)域23.4%，東北區(qū)域3.6%，西北區(qū)域2.2%，新疆區(qū)域1.2%[2]。

當(dāng)前，國內(nèi)航線網(wǎng)絡(luò)已初步形成了以北京首都機(jī)場、上海兩場、廣州白云機(jī)場等樞紐機(jī)場為中心，以成都雙流機(jī)場、昆明長水機(jī)場、重慶江北機(jī)場等省會(huì)或重點(diǎn)城市機(jī)場為主干機(jī)場，以及大量支線機(jī)場共同支持的結(jié)構(gòu)布局。同時(shí)在有些區(qū)域表現(xiàn)的是以省會(huì)機(jī)場為中心，區(qū)域內(nèi)及周邊城市機(jī)場為輻射點(diǎn)的輪輻式航線網(wǎng)絡(luò)，云南省和新疆維吾爾自治區(qū)就是其中最典型代表。

2 航線網(wǎng)絡(luò)研究中的連通性與通達(dá)性區(qū)別

在研究和評價(jià)航線網(wǎng)絡(luò)的效率和利用率，機(jī)場的可達(dá)與否等，首先必須區(qū)分連通性和通達(dá)性的含義。國外研究認(rèn)為，連通性被認(rèn)為是從供給層面來說明一個(gè)特定機(jī)場如何在航線網(wǎng)絡(luò)中合理地發(fā)揮節(jié)點(diǎn)的作用；通達(dá)性被認(rèn)為是從需求層面來研究旅客通過航空運(yùn)輸方式從航線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可行性和便利性，以及服務(wù)質(zhì)量的傳遞和延伸。

連通性模型可以看出一個(gè)機(jī)場在全球航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平，而通達(dá)性模型可以反映出旅客通過航空運(yùn)輸在一個(gè)特定節(jié)點(diǎn)或者區(qū)域的選擇機(jī)會(huì)。具體在研究航線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通達(dá)性研究可以被看做是連通性的延伸和微觀分析。文章建立連通性模型，從宏觀角度航線連接的質(zhì)量和密度來研究國內(nèi)機(jī)場的連通性，然后按機(jī)場分類，分別論述各級(jí)樞紐機(jī)場航線網(wǎng)絡(luò)連通性的評估結(jié)果，并對其作進(jìn)一步分析和探討。

3 國內(nèi)樞紐機(jī)場連通性研究

3.1 模型規(guī)定

首先，文章研究的連通性限定在國內(nèi)機(jī)場以及國內(nèi)航線網(wǎng)絡(luò)的連通性研究上；然后假定A為計(jì)算連通性的機(jī)場，L為不同類型的國內(nèi)機(jī)場，則國內(nèi)機(jī)場ACQI計(jì)算模型為：

其中，l指直達(dá)機(jī)場類型；l指一次經(jīng)停的機(jī)場類型；fa，l指從機(jī)場a到機(jī)場l的日航班頻次；da，l指連通機(jī)場a的直達(dá)航線的機(jī)場l數(shù)目；da，l指連通機(jī)場a的直達(dá)航線的機(jī)場l數(shù)目；wl和wl分別是對于不同類型的l（直達(dá)）和l（中轉(zhuǎn)）機(jī)場設(shè)定的權(quán)重系數(shù)；α指對連通性計(jì)算的影響程度上，a機(jī)場與直達(dá)機(jī)場，和a機(jī)場與一次經(jīng)停的機(jī)場之間的換算系數(shù)；此外，當(dāng)機(jī)場a與連通的機(jī)場之間既有直達(dá)航線又有一次經(jīng)停航線時(shí)，統(tǒng)一當(dāng)做直達(dá)機(jī)場來計(jì)算。

3.2 機(jī)場分類與參數(shù)確定

目前，國內(nèi)機(jī)場布局與經(jīng)濟(jì)地理格局基本相互適應(yīng)。在強(qiáng)調(diào)空管因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)政治、經(jīng)濟(jì)和文化綜合評定，將北京、上海兩場、廣州作為一級(jí)樞紐機(jī)場，同時(shí)這3個(gè)機(jī)場也是中國七大管制中心中最大的三個(gè)管制中心所在地；其他管制中心所在地分別是東北地區(qū)的沈陽，西北地區(qū)的西安，新疆地區(qū)的烏魯木齊和西南地區(qū)的成都，再加上中南地區(qū)吞吐量僅次于北上廣的深圳寶安機(jī)場，總共5個(gè)二級(jí)樞紐機(jī)場。其他省會(huì)城市作為三級(jí)樞紐，共28個(gè)，其他139個(gè)機(jī)場作為四級(jí)機(jī)場。

在參數(shù)的計(jì)算上，《從統(tǒng)計(jì)看民航》上提供了多項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)，本模型參數(shù)值的確定選取最有代表性的吞吐量作為參照和計(jì)算的依據(jù)。每級(jí)樞紐機(jī)場權(quán)重wl和wl為該級(jí)樞紐機(jī)場2011年平均客流量與一級(jí)樞紐機(jī)場2011年平均客流量的比值，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

而換算系數(shù)α是基于航線服務(wù)質(zhì)量水平（Quality Service Index，以下簡稱QSI）[3]來確定的。QSI最早是航空公司為了通過航線質(zhì)量來計(jì)算市場份額而引入的概念，航空公司可以通過QSI的變化來預(yù)測旅客對該航線的選擇機(jī)會(huì)和滿意程度，從而調(diào)整航線和航班來滿足旅客需求，同時(shí)更有效地利用有限的空域，同時(shí)便于空管指揮。顯然，旅客一般在航班選擇上，會(huì)傾向于選擇直達(dá)航班，而不是以一次經(jīng)停為代表的中轉(zhuǎn)航班。

換算系數(shù)α的精確值會(huì)根據(jù)不同的QSI模型而有所不同，但一般變化的范圍在0.03～0.2之間（Jenkins （2011）[4]）。這就是說，兩機(jī)場之間，直達(dá)航班對連通性的貢獻(xiàn)是中轉(zhuǎn)航班的5到33倍。事實(shí)上，大部分的QSI模型所選取的數(shù)據(jù)都是二十世紀(jì)八十至九十年代的數(shù)據(jù)，那個(gè)時(shí)候全球大多數(shù)航班都是直達(dá)航班，中轉(zhuǎn)航班和樞紐機(jī)場都很少。而現(xiàn)今，很多中小型機(jī)場之間的連通，往往會(huì)通過樞紐機(jī)場來中轉(zhuǎn)，這就很大程度上增加了中轉(zhuǎn)航班（Wittman and Swelbar（2013）[5]）。文章研究的連通性選取的數(shù)據(jù)樣本是近十年的數(shù)據(jù)，因此，α值應(yīng)該選擇較大值，即中轉(zhuǎn)航班對連通性的影響和貢獻(xiàn)應(yīng)該在可取范圍中取較大值。同時(shí)，近年來國外學(xué)者Emrich and Harris （2008）[6]認(rèn)為直達(dá)航班對連通性的貢獻(xiàn)應(yīng)該是中轉(zhuǎn)航班的8倍左右。綜上，文章在ACQI模型計(jì)算中將α值設(shè)定為0.125。

3.3 基于機(jī)場群視角的一次經(jīng)停機(jī)場選擇

民航總局在《全國民用機(jī)場布局規(guī)劃》中提到，到2020年，我國民航運(yùn)輸機(jī)場總數(shù)將達(dá)到244個(gè)，將形成以北京首都機(jī)場為主的北方（華北、東北）機(jī)場群、以上海兩場為主的華東機(jī)場群、以廣州白云機(jī)場為主的中南機(jī)場群，以成都雙流機(jī)場和昆明長水機(jī)場為主的西南機(jī)場群，以西安咸陽機(jī)場和烏魯木齊地窩堡機(jī)場為主的西北機(jī)場群五大區(qū)域機(jī)場群。順應(yīng)民航總局的政策，兼顧空管因素，文章在中轉(zhuǎn)航班研究中，重點(diǎn)考慮一次經(jīng)停航班，從機(jī)場群視角，將一次經(jīng)停的機(jī)場分為北方、華東、中南、西南、西北五大區(qū)域機(jī)場群，北方機(jī)場群以北京首都機(jī)場為一次經(jīng)停機(jī)場，華東機(jī)場群以上海兩場為一次經(jīng)停機(jī)場，中南機(jī)場群以廣州、深圳機(jī)場為一次經(jīng)停機(jī)場，西南機(jī)場群以成都、昆明機(jī)場為一次經(jīng)停機(jī)場，西北機(jī)場群以西安、烏魯木齊機(jī)場為一次經(jīng)停機(jī)場。

3.4 結(jié)果分析

本模型計(jì)算的原始數(shù)據(jù)來自《從統(tǒng)計(jì)看民航》，由于年數(shù)較多，機(jī)場繁多導(dǎo)致數(shù)據(jù)龐大，文章采用數(shù)據(jù)庫計(jì)算，最后通過MATLAB編程驗(yàn)證數(shù)據(jù)的可靠性。后文在研究不同類型的樞紐機(jī)場時(shí)，將上文分類的四級(jí)機(jī)場分別稱為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)樞紐機(jī)場和非樞紐機(jī)場。

（1）國內(nèi)樞紐機(jī)場連通性整體情況

圖1反映了2007年和2012年每種類型的樞紐機(jī)場ACQI平均值的比較，從中可以看出不同類型的樞紐機(jī)場連通性變化的差異。所有研究的樞紐機(jī)場在2012年總的平均值較2007年上升了46.08%，這其中漲幅最顯著的是非樞紐機(jī)場，同期增長了51.89%。這主要來源于，這一期間新建了不少非樞紐機(jī)場，陸續(xù)開通了這些非樞紐機(jī)場直達(dá)一級(jí)樞紐或者二級(jí)樞紐的航線。但同時(shí)，從ACQI值上看，在2012年，一級(jí)樞紐機(jī)場ACQI值是二級(jí)樞紐機(jī)場的1.75倍左右，是三級(jí)樞紐機(jī)場的4倍，是非樞紐機(jī)場的25倍之多。

從圖1中也可以看到，2007年到2012年各級(jí)樞紐機(jī)場的連通性都是上升的，說明經(jīng)濟(jì)危機(jī)對國內(nèi)機(jī)場航線網(wǎng)絡(luò)整體的連通性并沒有產(chǎn)生決定性影響。在下文中將要分別對各級(jí)樞紐機(jī)場ACQI值從2007年到2012年的變化，來分析其連通性變化。

（2）一級(jí)樞紐機(jī)場連通性分析

圖2顯示了一級(jí)樞紐機(jī)場從2007年至2012年，ACQI值由517.20增長至719.25，平均增長率約為8%。2008年的國際金融危機(jī)沒有給中國大陸機(jī)場連通性造成影響，2009年與2008年相比，連通性依然增長了約12.5%。原因是為了防止國際金融危機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)下滑的風(fēng)險(xiǎn)，國家投入了4萬億用來刺激經(jīng)濟(jì)。2011年相比2010年有小幅度降低，是由于一級(jí)樞紐機(jī)場到三、四級(jí)機(jī)場的通航城市和航班大量減少，使得大型樞紐機(jī)場連通性下降，2012年這些航班又恢復(fù)了，導(dǎo)致連通性再次保持上升的趨勢。

從表2看，2007年至2012年，上海兩場的ACQI值整體呈上升趨勢。而2011年機(jī)場ACQI值呈下降趨勢，與這6年整體趨勢相反，主要是因?yàn)樯虾蓤龅饺?、四?jí)機(jī)場的通航城市和航班大量減少。2007年至2012年，上海兩場到二、三級(jí)樞紐機(jī)場連通性增長較與一級(jí)樞紐機(jī)場連通性更加明顯，上海到二級(jí)樞紐和到三級(jí)樞紐ACQI值分別由242.76增加至324.43，由48.58增加至178.57；而北京到一級(jí)樞紐ACQI值僅由265.98增加到290.40。說明北京到上海到北京和廣州的航班已經(jīng)飽和，而其到其他區(qū)域樞紐和省會(huì)城市的航班頻次增長潛力較大。

每種類型的樞紐機(jī)場ACQI值都由兩部分組成，一部分是由直達(dá)航線和航班組成，另一部分是由一次經(jīng)停航線和航班組成。表3反映了一級(jí)樞紐機(jī)場到直達(dá)航班中的其他級(jí)別樞紐機(jī)場的ACQI值變化，和一次經(jīng)停航班的ACQI值變化。具體來說，一級(jí)樞紐機(jī)場到二級(jí)樞紐機(jī)場的ACQI值由212.56增長到332.62，增加了56.48%；到三級(jí)樞紐機(jī)場的ACQI值由42.18增加到114.88，增幅達(dá)到172.36%；到非樞紐機(jī)場的ACQI值則經(jīng)歷了輕微的波動(dòng)，基數(shù)和漲幅較前兩者都不是很明顯。同時(shí)，一級(jí)樞紐機(jī)場的一次經(jīng)停航線ACQI值從2007年至2012年增加了17.68%，對ACQI值的影響不如到二級(jí)樞紐和三級(jí)樞紐大。這說明，一級(jí)樞紐機(jī)場連通性的增加，主要來源于其與區(qū)域樞紐機(jī)場（二級(jí)樞紐）和省會(huì)機(jī)場（三級(jí)樞紐）的點(diǎn)對點(diǎn)航線和航班的增加，非樞紐機(jī)場和中轉(zhuǎn)航班的連通性對其貢獻(xiàn)不是很大。

（3）二級(jí)樞紐機(jī)場連通性分析

如圖3所示，2007年至2012年，二級(jí)樞紐連通性增加明顯，由267.08增加至394.90，增幅為47.85%，較一級(jí)樞紐增幅更加明顯。由于中國民航局對于中西部民航發(fā)展的大力支持，成都和烏魯木齊機(jī)場航班量顯著增加，連通性相應(yīng)大幅提升。

下面以烏魯木齊地窩鋪機(jī)場為例，如圖4所示，2007年至2012年，ACQI值由141.42增加至227.86，增幅為61.13%。直達(dá)城市由2007年的18個(gè)省至2012年的22個(gè)，沒有顯著增加。但到一級(jí)樞紐和二級(jí)樞紐機(jī)場的航班頻次大幅上升，由21322架次每年上升至35927架次每年。烏魯木齊機(jī)場增加的ACQI值主要來自航班頻次的提升。

表4反映了二級(jí)樞紐機(jī)場到直達(dá)航班中的其他級(jí)別樞紐機(jī)場的ACQI值變化，和一次經(jīng)停航班的ACQI值變化。具體來說，二級(jí)樞紐到一級(jí)樞紐的ACQI值從184.32增加到249.68，增長了35.46%；到三級(jí)樞紐機(jī)場的ACQI值由10.02到18.06，增加了80.24%，但是其ACQI值所占比重相對于到一級(jí)樞紐的ACQI值要小很多；到非樞紐機(jī)場的ACQI值則波動(dòng)較大，這與區(qū)域樞紐尤其是西部機(jī)場烏魯木齊、西安等區(qū)域內(nèi)或相鄰區(qū)域間通達(dá)的小機(jī)場航線與航班不固定有關(guān)。而一級(jí)樞紐機(jī)場的一次經(jīng)停航線ACQI值從2007年至2012年小幅增長4.2%，變化不顯著。這說明，二級(jí)樞紐機(jī)場連通性的增加，主要源于其與一級(jí)樞紐機(jī)場航班量的增加，中轉(zhuǎn)航班的連通性變化較小，說明二級(jí)樞紐機(jī)場區(qū)域樞紐的作用不明顯，與其功能定位不相匹配。

（4）三級(jí)樞紐機(jī)場連通性分析

如圖5，2007年至2012年，三級(jí)樞紐連通性增加較為明顯，由142.33增加至207.10，增幅為45.51%，比一、二級(jí)樞紐增幅小。由于高鐵的開通造成了中部機(jī)場1000公里半徑內(nèi)的機(jī)場航班減少明顯，從而導(dǎo)致中部地區(qū)一些省會(huì)機(jī)場連通性下降。

這其中表現(xiàn)明顯的有中南地區(qū)的區(qū)域樞紐機(jī)場長沙黃花機(jī)場，如圖6是長沙黃花機(jī)場2007年至2012年的ACQI值變化，由于武漢至廣州的廣鐵在09年底通車，導(dǎo)致通往一級(jí)樞紐廣州的航班頻次在09年之后呈下降趨勢（如圖7），2010年ACQI值較前幾年上升緩慢，2011年則由288下降到279。

表5反映了三級(jí)樞紐機(jī)場的ACQI值變化具體情況。其中，三級(jí)樞紐到一級(jí)樞紐的ACQI值從94.82到124.74，增加了31.55%；到二級(jí)樞紐機(jī)場的ACQI值由33.35到45.17，增加了35.44%；到非樞紐機(jī)場的ACQI值則經(jīng)歷了一個(gè)急劇增加的過程（這其中也存在2010年到2011年的短暫回落），從2.83上升至9.04，增長了219.43%，這與省會(huì)城市新增加省內(nèi)或相鄰省間的航線有關(guān)。一次經(jīng)停航線ACQI值從2007年至2012年增長了48.34%，但其所占比重漸漸有被三級(jí)樞紐到非樞紐機(jī)場的ACQI值趕超的趨勢。這些說明，三級(jí)樞紐機(jī)場連通性的增加，主要源于其與一、二級(jí)樞紐機(jī)場連通性的增加，但是，三級(jí)樞紐機(jī)場與非樞紐機(jī)場連通性的迅速提升，說明省會(huì)城市機(jī)場的功能定位漸趨明晰，覆蓋范圍增加，滿足其省市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的廣度和深度的訴求，同時(shí)反映出支線航空近年來的迅猛發(fā)展。

（5）非樞紐機(jī)場連通性分析

如表6，非樞紐機(jī)場ACQI值大小是由其到一、二級(jí)樞紐是否通航及航班量的大小決定的。非樞紐機(jī)場與一、二級(jí)樞紐機(jī)場連通的ACQI值占到非樞紐機(jī)場總的ACQI值的90%以上。大部分非樞紐機(jī)場與一級(jí)樞紐連通，并且ACQI值主要由到一級(jí)樞紐的頻次組成。如新疆佳木斯機(jī)場，2008至2010年，ACQI值由7.6上升至11.5，增幅為51.3%，而其到北京首都國際機(jī)場的航班量在這三年內(nèi)由881增加至1330架次，2011年，該機(jī)場與北京不再通航，因此ACQI值在2011年減少為0.1。

4 結(jié)束語

文章運(yùn)用The Airport Connectivity Quality Index （ACQI）方法計(jì)算2007年至2012年中國機(jī)場國內(nèi)連通性的ACQI值，從宏觀上定量分類評估了國內(nèi)機(jī)場航線網(wǎng)絡(luò)的合理性。國內(nèi)機(jī)場在6年內(nèi)，主要機(jī)場的ACQI值均有大幅提升，一級(jí)樞紐ACQI值的增加主要來自于其到二三級(jí)樞紐機(jī)場的航班頻次的增加，二級(jí)樞紐ACQI值的增加主要來自于其到一級(jí)樞紐機(jī)場的航班頻次的增加，三級(jí)樞紐和非樞紐機(jī)場ACQI值的增加主要來自于其到一級(jí)樞紐機(jī)場的航班頻次的增加。綜上所述，中國機(jī)場發(fā)展相對不平衡，一級(jí)樞紐發(fā)展較快，航班量增加明顯，二、三級(jí)樞紐和小機(jī)場之間連通性不好，航班量較少有待進(jìn)一步發(fā)展。

同時(shí)，文章也提到了與連通性相對應(yīng)的微觀上研究的概念——通達(dá)性，通達(dá)性從旅客需求層面具體到每一條航線、每一個(gè)航班的合理性研究，其中涉及到客座率、運(yùn)載率、中轉(zhuǎn)時(shí)間等連通性的延伸研究。在此研究基礎(chǔ)上，通過刪減不合理的航班和航線，達(dá)到縮短航班延誤時(shí)間，緩解空域資源緊張，提高空管運(yùn)行效率的目的。

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