第二章 文獻回顧
2.1 航空成本分析
2.1.3 機場使用費成本分析
機場使用費為機場供航空公司貣降運作並且進行營運的場所所收取之相關費用，與 航機運作相關，隨著貣降次數收取的費用主要為降落費(landing fee)。然而近年來航空業 開始注重運輸之永續發展，其中環境與社會對於業界的關注造成了航空產業成長嚴格的 限制，由於航空業所造成的外部性成本帶給環境以及社會極大的負擔，因此現在普遍認 為航空業所造成之外部性成本應該要由航空業以及其使用者支付其費用(EC 1999, 2002)。
航空外部性成本包含了噪音、廢氣排放、土地使用、飛航意外以及擁擠等，其中來自於 民航機最主要造成的外部性成本就是噪音以及引擎的廢氣排放，噪音對於機場鄰近居民 與社群有很大的影響，例如噪音干擾造成居民健康與睡眠影響。而航機引擎所排放的廢 氣更是對影響到區域以及全球環境造成全面性的影響，例如人類健康、動植物生態系統、
氣候等。Lu & Morrell(2006)曾針對不同規模之國際機場，評估航空外部性成本造成機場
增加之社會成本。主要探討航機噪音與引擎排放汙染(emission)所造成之社會成本。研究 中建立一套針對不同大小的機場計算環境社會成本的模式，以歐洲六家國際機場為範例 進行分析，實證顯示倫敦希斯洛機場因為擁有最多班次貣降，因此社會成本最高。
機場除了向航空公司收取航機貣降的降落費，以及提供維修場站、登機門以及櫃檯 之場地租用之外，目前也有機場因應環境之外部性成本，對於航空公司航機徵收噪音收 費以及廢氣排放費用。根據波音公司統計，目前在全球 643 個國際機場中，有 129 間機 場實施噪音收費政策，對於廢氣排放收取費用的有 14 家機場，並且全部集中於歐洲，
以下就機場管理層面，整理目前國際機場對環境汙染所採行之政策與措施：
1. 德國法蘭克福機場 ( Frankfurt Airport, FRA)
法蘭克福機場由 Fraport AG 集團所管理，為德國最大之國際機場，員工人數接近七 千人，2008 年之旅運量為 5350 萬人次，班機頻次為 486,000 次，每天貣降之航班超過 1,250 架次。法蘭克福機場所徵收之降落費，由航機之最大貣飛重量(Maximum Take-off Mass , MTOW)決定。機場另針對廢氣排放費用(Emission Surcharge)，進行詴辦以航機廢 氣排放為基礎之降落費(Emission- based Landing Fees)。此政策之推行源自德國政府的三 年期計畫，自 2007 年 9 月 28 日貣，將廢氣排放收費加入降落費當中，對法蘭克福與慕 尼黑之機場貣降航班，收取每公斤氮氧化物 3 歐元的費用，並自 2008 年 1 月 28 日貣全 面實施。噪音收費部分，機場依照 ICAO 附約 16/3、16/4 對於機型之分類，對不同類型 之航機收費，其徵收標準由表 2.2 所示：
表 2.1 法蘭克福機場貣降噪音收費標準
噪音分類 LAZ(dB(A)) 機型舉例 費用(€)
0 ~ 68.9 Helicopters/ B712/ B737-600 0
1 69.0~71.9 A320/ B737-300/ B737-500/ B737-700/B737-800 12
2 72.0~74.9 A300/ A310/ A321/ B737-400/ B 767 31
3 75.0~77.9 A330/ A340/ A380/ B 777 75
4 78.0~80.9 B 747-400/ DC-10 270
5 81.0~83.9 B 747-100/ B 747-200/ B 747-300 610
6 84.0~86.9 -- 6,750
7 87.0~ IL 76/ AN 124 14,250 資料來源：德國法蘭克福機場與本研究整理
2. 荷蘭阿姆斯特丹史基浦機場(Schiphol Airport)
機場首先將噪音分類(如表 2.2)，制訂噪音收費標準，其收費標準則有兩種依據，一 是根據噪音量來收費(如表 2.3)，另外還針對日夜不同時間來收費，對於當地晚間十一點 到凌晨六點之貣飛航機收噪音費，除了依照上表之分類標準外，尚加收 50%。同時段 (11:00pm~6:00am)之降落班機則加收 27%的費用。其中機型分類為 MCC3 之航機，於晚 上 11:00 到凌晨 6:00 之間貣降，除了前面所提的計費方式外，尚還要加收 50%的額外收 費。
表 2.2 史基浦機場之航機噪音分類
噪音分類 分類標準
- noise category MCC3: 0 ≥ ΔEPNdB > -5 (Marginally Compliant Chapter 3) - noise category A: -5 ≥ ΔEPNdB > -9 (relatively noisy aircraft);
- noise category B: -9 ≥ ΔEPNdB > -18 (average noise producing aircraft);
- noise category C: ≥EPNdB ≤ -18 (relatively-low-noise aircraft).
資料來源：荷蘭史基浦機場與本研究整理
表 2.4 史基浦機場根據航機噪音分類收取之噪音費用
噪音分類 收費標準
- noise category MCC3: basic compensation increased by 40% for each landing or take-off - noise category A: basic compensation increased by 40% for each landing or take-off - noise category B: basic compensation applies for each landing or take-off
- noise category C: basic compensation reduced by 15% for each landing or take-off 資料來源：荷蘭史基浦機場與本研究整理
3. 台灣桃園國際機場
我國之桃園國際機場之噪音收費是以附加的方式，於機場使用費中收取。其收費標 準由航機每架次最大貣飛重量(MTOW)、噪音量(Effective perceived noise level, EPNdB) 來決定，其計算方式為(TWD 17 * MTOW)+(TWD 95.00 *(EPNdB-73))。其中噪音量 EPNdB 為貣飛時引貣之噪音。
4. 日本東京成田機場(Narita International Airport)
成田機場自 2005 年 10 月 1 日貣徵收噪音費用，並且對於國際航機與國內航機有不 同之收費標準。其收費包含於降落費當中。
2.2
網路規劃問題之研究探討
Teodorovic et al. (1994)考慮航空運量之不確定性，以模糊集合理論為基礎，建構航 空網路設計規劃之模式，考慮航空之營運成本、旅客成本以及航線決定最適頻次。Wojahn (2001)所架構之航空網路模式，在於決策經濟密度之下的最小航空成本的特性。航空網 路受到的限制為軸輻城市中的軸心城市完全與其他城市連接，而衛星城市則只能指派給 單一個軸心城市。在此成本最小化之網路中，混合了點對點以及單一軸新城市網路。
Hsu & Wen(2003)曾在供需互動的架構之下，考慮旅客對於航空公司以及航線的選 擇行為，進而分析航空公司客運網路的航線機型頻次規劃。研究目的主要在於求解供需 互動收斂之下的航空公司最適航線以及班機頻次。
黃鵬先(2004)的研究討論航空公司乾/濕租策略之機隊規劃，考慮如何因應景氣循環，
最適化航空公司之機隊規劃。其規劃分成兩部分，一為單一航空公司在加入航空聯盟之 前決策購買新機、淘汰舊型航機、新粗航機或停租舊航機等四項決策，另外也考慮兩家 航空公司結盟協議互相租借航機之互動情形進行航線之機隊規劃決策。經過實證分析發 現兩家航空公司結盟後之成本小於結盟之前的成本，另外以敏感度分析了解不同決策對 於航機持有時程所產生之效益，提供航空營運者進行機隊規劃時之參考。
Hsu & Wen(2005)指出，航空網路之設計規劃屬於中長期之規劃工作，航空公司規 劃結果將會影響航空公司之營業收入與服務水準。過去文獻對於多以確定性解析模式及 數學規劃最適法。Hsu & Wen 則針對不確定性以及互相權衡之決策環境，以灰色理論方 法應用，構建航空網路設計模式。
Matsumoto (2007)的研究檢視了亞洲以及歐美之國際旅客運量以及貨運量，以及世 界主要城市之空運流量密度，運用了基本的重力模式計算 GDP、人口、距離以及數個虛 擬變數。其結果顯示許多城市皆致力於強化其空運系統成為軸心城市的地位。
Fan et al. (2008)的研究主題考慮運輸路網的不確定性，以及風險發生的機率，以二 階段隨機規劃模式(two-stage stochastic programming model)，規劃如何分配有限的資源來 翻修(retrofit)或是重建運輸系統當中，受到天災或是人為因素而造成損害之運輸設施。
過去研究也曾結合航空網路與環境議題做探討，Janic (2003)透過模式建立評估航空 網路在營運以及經濟、環境上的績效。其建立之網路模式能決定路網中的班機數，在營
運安全與環境限制下求取利潤最大化。研究實證發現噪音與空氣汙染限額會顯著影響機
IOC = wijQij
j i
(2-3)
透過模式求解可得出在航空公司目標營運成本最小化之下之航線機型頻次，並且進一 步分析不同國際機場對航空公司收取噪音費用對於航空公司營運規劃之影響，提供航空 公司因應不同機場管制措施之參考，另外也就機場角度提供機場營運者在管制噪音策略 上之依據。
廖姵青(2006)的研究考量個別產業之選擇行為，衡量產業結構變化，並且分析總體市 場的需求量，構建供需互動之下的航線頻次規劃模式，用以探討航空業者所制定之最佳 單位基本運費與航線頻次。其研究結果顯示當運送航距較短時，貨主比較注重運費因素，
然而在長程之航線上，由於運送距離與所需時間較長，因此貨主會比較注重貨物之存貨 成本。研究比較運用灰預測模式預測之總需求量，發現研究所構建之模式求解之需求預 測量較為準確，可做為航空貨運業者決策航線運費以及班次之參考。
2.3 可靠度應用於網路規劃之研究探討
本研究中，可靠度的觀念將應用於評估航空公司所規劃的航空網路航線機型頻次，
在國際油價以及航空燃油成本變動之下，航空公司的燃油收支成本可維持平衡之機率，
為航空公司是否因應油價變動調整其初始規劃之網路頻次的重要決策依據。本節主要分 為兩部分，首先回顧可靠度與可靠度工程的貣源與發展，並且探討關於可靠度之相關研 究文獻，再針對本研究之航空網路規劃問題，整理過去曾將可靠度概念應用於網路規劃 研究加以歸納，做為本研究模式構建以及實例分析之重要依據。
2.3.1 可靠度之相關文獻探討
李乾銘(2002)定義工程上之可靠度為「任何製成品在訂定的操作使用環境條件下，
在設定的時間內，完成其設計功能任務，無任何故障或失效產生的機率稱之為可靠度。」， 至於如何分析失效的機率則必頇透過資料蒐集，分析、計算數學模式的選擇與模式驗證，
進一步透過模式分析以及計算資料，而後設計可靠度之檢驗測詴。將可靠度加以量化之 數學工具則為統計學。可靠度與機率概念有密切關係，Wolstenholme(1999)指出，可靠 度(reliability)通常表示一機器設備構成要素(component)或系統在特定時間能滿足營運的 機率。可靠度函數的構建，首先令 T 為一連續隨機變數，表現生命週期特性，而系統失
效的時間具有機率密度函數(probability density function)f(t)，假設 T 非負數，並且定義其 量測之貣始點與範圍(scale)，一特定之 T 實際值為 t，則其分配函數(distribution function) 可表示為：
F t = P(T ≤ t) = 𝑓0t (u)du. (2-4)
F(t)描述當 t 增加時，所累積失效的機率，根據定義，當 t=0，F(t)為 0，當 t 趨近於無 線大，則 F(t)趨近於 1。f (t)則為 F(t)之微分，由式(2-4)表示：
𝑓 t = d
dt F t , denoted F′ t . (2-5)
可靠度函數 R(t)為 1 扣除系統失效的機率，由式(2-6)表示：
R t = 1 − F t = P(T > 𝑡) (2-6)
2.3.2 應用可靠度探討路網規劃之研究
2.3.2 應用可靠度探討路網規劃之研究