延誤與流量管理

近年來，航空旅客人數與航班數的快速成長，對原本已呈現擁擠狀態的空域 與空邊系統，更是造成一大負擔。伴隨而來的便是不可避免的延誤現象。對航空 公司而言，因航機延誤所產生的額外成本，往往是個很大的支出。以美國國內線 機場為例，每日總延滯達數千個小時，花費成本達一年兩億美金［41］。奧地利 航空公司（Austrian Airlines）估計在 1999 年，因為航空交通管制而造成的額外成 本支出約為五千二百萬美元，其中54%來自於因航機接續航班所產生的連鎖延誤 效應，22%為因延誤而產生的直接額外操作成本，而高達 24%是由於顧客的流失

［4］。研究也顯示航空公司的表現（包括航機準點率、服務品質與飛安紀錄）與 市場占有率之間有密切的關係，一旦旅客不滿某航空公司的表現時，就會選擇改 搭乘其他航空公司［28］。

2.1.1 延誤類別

航機延誤計有五類，包括旅客處理延誤（Traffic handling delays）、航機地面 作 業 延 誤 （Aircraft turnaround delays）、航空器技術延誤（Aircraft technical delays）、流量管制與機場延誤（Air traffic control and airport delays）及天候影響 之延誤（Weather delays）［27］。其中，流量管制所造成的航機延誤，係指因空域 或空邊之容量限制，以致航管單位必須以某一流量管制規則對航機起降進行管 制，使得航機於正常運作狀況下要用額外的時間才能起飛或降落地面的延誤，也 就是所謂的技術性延誤（Technical delays），包括因流量管制或流量管理所造成航 路管制點的進離場延誤及機場設施容量（如跑道）不足的延誤，但並不包括航空 公司因自身問題所造成的航空器或服務作業之延誤。另美國聯邦航空管理局將延 誤分為兩種，第一種為有效的到達延誤（Effective delays），即實際到達時間與班 表預定抵達時間之差，為直接影響旅客延誤多寡之衡量指標，第二種則為航機之 技術性延誤［11］。然而就上述航機延誤類型而言，相關空域與空邊設施系統容 量不足與航空交通流量管制，是產生航機延誤的兩大主因。英國倫敦蓋特威

（Gatwick）機場的研究發現，該機場 30%的航機延誤來自於航空交通流量管制，

另外的 25%航機延誤來自於航空器與航空公司的地面作業延誤［10］。就台灣地 區的機場來說，國內航線班機載客以台北-高雄航線之載客量最多，台北-台南航 線之載客量次之，其中就台北-高雄航線的市場占有率高達 32.59%的現象中不難

發現，台北松山機場與高雄小港機場班機起降頻繁［34］，因而造成南北主要航 路擁擠，航機延誤或變更屢見不鮮，造成航空公司巨額的損失。因此，如何降低 航機延誤成本便顯得非常重要。

2.1.2 延誤管理

在以往的研究中，為了降低航機延誤時間或延誤成本，而採取的手段，可分 為直接手段與間接手段兩大類［8、14、15］。直接手段乃指以減少飛航班次數，

或採取時間帶分配與管理的方式來降低延誤，如將部份航班調整至非尖峰時段或 非主要機場，或以較大的航機替代較小的航機服務於擁擠的機場，而減少飛航班 次數。Abeyratne［1］探討美國航空公司藉著到達時間帶分配系統來減低機場擁 擠所造成班機延誤之擴散效應，應用此網路最佳化系統在飛航管制的限制下，重 新調整班機之起降時間，以取消某些班次而善加利用這些空出之時間帶將班次重 排，使延誤擴散效應的不良影響減至最低，達到減少總延誤，增加航空公司利潤，

並提高航空公司可靠度的目的。李穗玲［36］則認為航管人員有能力運用跑道空 檔原則於較小時點長度的剩餘緩衝時間使用，來調整航機起降的先後以降低航機 延誤，因此在規劃班表時點長度時，除了發揮跑道容量之最大使用外，更應選擇 適當易控制的時點長度，來提升實務上流量管理技術的效能。並且，班表時點航 機架次安排愈均勻，相對的總延誤將愈小。

間接手段乃指當航機停留在空中時，由於油料的消耗，延誤成本遠高於留置 地面的成本，因此乃採取將航空器留置於地面上，避免航機盤旋於空中，此種策 略稱為地面等候策略（Ground Holding Policy）。一般來說，旅客比較偏好飛航班 次密集的航空公司，且時間帶安排為航空公司獲利之重要關鍵因素，航空公司若 改採取大型航機飛航，放棄若干之機場時間帶，該時間帶也許會被其他航空公司 使用，直接手段所達成減少機場延誤的效果較為有限。因此，以間接手段（也就 是採取地面等候策略）來降低延誤成本的研究居多。

Andreatta 和 Romanin-Jacur［11］在地面等候策略中，加入考量進場航機降落 先後順序因素以減少機場擁擠的成本。其模式乃假設進場航機降落順序為已知，

且皆以相同之飛航速度降落，同時將機場容量值設為定數，不隨時間而改變。以 動態規劃演算法求解尚未起飛之航機是否需要在地面等候。

Richetta 等人［25］認為靜態地面等候策略僅能指出是哪一架航機需作地面 等候，若要解決等待多久則需轉換為最小成本流量問題。模式中考量實務上到達

航機之接續限制，並以四種演算法進行延誤績效的評比。由於不同機型之航機有 不同的延誤成本，導致小型航機雖然只占總飛機數的45%，卻吸收了約 90%的地 面等候，此種演算法並不公平。

周雅蕊［39］延續國外已發展的靜態、確定性模式構建單一機場之地面等候 策略，引入航機延誤對其續接飛航任務影響的限制，以整數規劃方法分別構建確 定性與隨機性模式，自行發展一個啟發式演算法進行模式的求解。模式中並以松 山機場為例，進行機場天候情況良好、風向改變而變換跑道使用方向及機場關閉 三種情境之地面等候策略分析。然而對於航機等候公平性的處理上，由於使用航 機等候之懲罰成本，易於強迫成本較高的航機進行等候。

動態方面，Vranas 等人［32］引進多機場動態地面等候模式，亦即航機之地 面等候策略，能隨著最新資訊（如天氣預測）的取得，以及現場情況（如等候成 本）的改變而動態修正，分為動態確定性與動態隨機性兩種。該研究並在模式中，

考慮多機場之到離容量相互影響情況，及實際航機到達時間能早於預定航機到達 時間，使得模式之使用價值提高。但因模式中機場之天氣情況皆為同質性，故模 式僅在距離非常近，且天氣情況也相近的機場才能成立，是其缺點。

Mohleji［22］提出航路導向的規劃控制概念（Route-Oriented Planning and Control，ROPAC），以動態調整空中流量，達到機場容量最佳化。其研究結果顯 示運用 ROPAC 之概念將可使每架次航機平均延誤減少 3 分鐘，燃油節省 54 加 侖，跑道之航機起降頻次增加14%，航管人員與機師之間通話的次數下降 30%。

2.1.3 延誤擴散及預測

航機延誤之擴散效應，主要來自四個因素［46］。第一種為同一架飛機，相鄰 班次間之推擠性誤點延滯，當一架航空器在一天之中有多個航段之飛航任務時，

只要前面航段發生延誤，且航段與航段之間沒有足夠的地面航機回頭作業時間

（aircraft turnaround time）與巡航緩衝時間（airborne buffer time），則後續航段班 機也會跟著延誤，此種延誤稱為連鎖延誤（knock-on delay）。第二種為不同架飛 機，相鄰班次間之推擠性誤點延滯，如使用相同登機門之前後兩架航機，後架航 機有可能因為前架航機延誤離開機門而延誤。第三種為班機因轉運所造成之推擠 性誤點延滯，當航空公司採取輻軸路網（Hub and Spoke）之航線配置時，只要有 任何一個到場航班發生延誤，則該班機上旅客所要轉接之班機，在容許的延誤範 圍內，也會跟著延誤。目前世界上大型航空公司大多採用輻軸路網設計，因此在

轉運機場常發生此類延誤。第四種為多層次班機誤點延滯擴散情形，也就是前述 三種延誤可能會兩種或兩種以上同時發生之情形。

Hall 等人［16］研究分析旅客在軸輻機場轉機過程，並構建其相關模式。分 析主要有四種因素影響轉機，分別為（1）班機的到站隨機誤點延滯（2）等候進 場及空跑道（3）兩架班機間轉機班表誤點延滯，及轉機作業延誤（4）離場產生 之誤點延滯。並依據上述四種情形構建轉機誤點延滯模式，推算出轉機誤點延滯 時間。

Wu 等人［6］發展了一個能模擬航機在多個機場的環境中飛航的模擬模式，

包含了航機在機場回頭作業模式與航機空中巡航兩個副模式。藉由加入隨機變數 與航機準點不確定性的機率密度函數，來預測航機之擴散延誤。研究發現航機的 準點性與航機飛航班表的排定及在機場回頭作業的效率有關。應用這個模式，航 空公司可以用來衡量航機飛航班表改變，對後續航機準點性的影響。此模式對低 成本航空公司格外重要，因為他們的營運策略通常都是在航機的飛航班表中，預 留很短的航機作業時間，以提升飛機的使用率。

廖上萱［44］則以機場作為研究對象，探討國內之空中交通流量及其延誤擴 散效應之影響。採用網路流量模式建立起降航機之管制最佳化模式。此研究之模 式可提供現行班表檢驗，以避免航機潛在延誤的發生，未來可再以此為基礎擴展 至多個機場，實際討論延誤效應的影響，進而作為國內空中交通流量管理之實際 參考。

2.1.4 延誤擴散之控制

為了減少因航機延誤而產生之擴散延誤，Ahmad 等人［2］提出了兩個網路

為了減少因航機延誤而產生之擴散延誤，Ahmad 等人［2］提出了兩個網路