基于ACQI模型的樞紐機場航線網絡規劃模型評估

吳昊

摘 要：樞紐機場航線網絡的連通性直接比較出航線網絡的效率和優劣，樞紐機場之間的可達與否，航班密集程度與航線利用率等，都能在航線網絡連通性的研究中得到直觀反映。因此，航線網絡合理的連通性也是樞紐機場功能實現最基本的條件。由機場（結點）和航線（線）所組成的航線網絡結構代表了各機場間的空間可達性，能直觀反映出機場之間連通性的水平。由于多年度數據能更好地反映國內航線網絡動態發展的趨勢，文章以2008-2013年《從統計看民航》中的國內航班起降架次的數據作為樣本，以通航機場為網絡節點，城市的機場間直達航線為網絡的邊，機場間航班頻次作為邊的權重，建立國內航線網絡，并進行連通性的建模與計算。

關鍵詞：ACQI模型；樞紐機場航線；連通性

1 樞紐機場航線網絡連接現狀

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

當前，國內航線網絡已初步形成了以北京首都機場、上海兩場、廣州白云機場等樞紐機場為中心，以成都雙流機場、昆明長水機場、重慶江北機場等省會或重點城市機場為主干機場，以及大量支線機場共同支持的結構布局。同時在有些區域表現的是以省會機場為中心，區域內及周邊城市機場為輻射點的輪輻式航線網絡，云南省和新疆維吾爾自治區就是其中最典型代表。

2 航線網絡研究中的連通性與通達性區別

在研究和評價航線網絡的效率和利用率，機場的可達與否等，首先必須區分連通性和通達性的含義。國外研究認為，連通性被認為是從供給層面來說明一個特定機場如何在航線網絡中合理地發揮節點的作用；通達性被認為是從需求層面來研究旅客通過航空運輸方式從航線網絡的一個節點到另一個節點的可行性和便利性，以及服務質量的傳遞和延伸。

連通性模型可以看出一個機場在全球航空運輸網絡的服務水平，而通達性模型可以反映出旅客通過航空運輸在一個特定節點或者區域的選擇機會。具體在研究航線網絡時，通達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量和密度來研究國內機場的連通性，然后按機場分類，分別論述各級樞紐機場航線網絡連通性的評估結果，并對其作進一步分析和探討。

3 國內樞紐機場連通性研究

3.1 模型規定

首先，文章研究的連通性限定在國內機場以及國內航線網絡的連通性研究上；然后假定A為計算連通性的機場，L為不同類型的國內機場，則國內機場ACQI計算模型為：

其中，l指直達機場類型；l指一次經停的機場類型；fa，l指從機場a到機場l的日航班頻次；da，l指連通機場a的直達航線的機場l數目；da，l指連通機場a的直達航線的機場l數目；wl和wl分別是對于不同類型的l（直達）和l（中轉）機場設定的權重系數；α指對連通性計算的影響程度上，a機場與直達機場，和a機場與一次經停的機場之間的換算系數；此外，當機場a與連通的機場之間既有直達航線又有一次經停航線時，統一當做直達機場來計算。

3.2 機場分類與參數確定

目前，國內機場布局與經濟地理格局基本相互適應。在強調空管因素的基礎上，根據政治、經濟和文化綜合評定，將北京、上海兩場、廣州作為一級樞紐機場，同時這3個機場也是中國七大管制中心中最大的三個管制中心所在地；其他管制中心所在地分別是東北地區的沈陽，西北地區的西安，新疆地區的烏魯木齊和西南地區的成都，再加上中南地區吞吐量僅次于北上廣的深圳寶安機場，總共5個二級樞紐機場。其他省會城市作為三級樞紐，共28個，其他139個機場作為四級機場。

在參數的計算上，《從統計看民航》上提供了多項相關數據，本模型參數值的確定選取最有代表性的吞吐量作為參照和計算的依據。每級樞紐機場權重wl和wl為該級樞紐機場2011年平均客流量與一級樞紐機場2011年平均客流量的比值，計算結果如表1所示。

而換算系數α是基于航線服務質量水平（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量來計算市場份額而引入的概念，航空公司可以通過QSI的變化來預測旅客對該航線的選擇機會和滿意程度，從而調整航線和航班來滿足旅客需求，同時更有效地利用有限的空域，同時便于空管指揮。顯然，旅客一般在航班選擇上，會傾向于選擇直達航班，而不是以一次經停為代表的中轉航班。

換算系數α的精確值會根據不同的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，兩機場之間，直達航班對連通性的貢獻是中轉航班的5到33倍。事實上，大部分的QSI模型所選取的數據都是二十世紀八十至九十年代的數據，那個時候全球大多數航班都是直達航班，中轉航班和樞紐機場都很少。而現今，很多中小型機場之間的連通，往往會通過樞紐機場來中轉，這就很大程度上增加了中轉航班（Wittman and Swelbar（2013）[5]）。文章研究的連通性選取的數據樣本是近十年的數據，因此，α值應該選擇較大值，即中轉航班對連通性的影響和貢獻應該在可取范圍中取較大值。同時，近年來國外學者Emrich and Harris （2008）[6]認為直達航班對連通性的貢獻應該是中轉航班的8倍左右。綜上，文章在ACQI模型計算中將α值設定為0.125。

3.3 基于機場群視角的一次經停機場選擇

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

3.4 結果分析

本模型計算的原始數據來自《從統計看民航》，由于年數較多，機場繁多導致數據龐大，文章采用數據庫計算，最后通過MATLAB編程驗證數據的可靠性。后文在研究不同類型的樞紐機場時，將上文分類的四級機場分別稱為一級、二級、三級樞紐機場和非樞紐機場。

（1）國內樞紐機場連通性整體情況

圖1反映了2007年和2012年每種類型的樞紐機場ACQI平均值的比較，從中可以看出不同類型的樞紐機場連通性變化的差異。所有研究的樞紐機場在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場，陸續開通了這些非樞紐機場直達一級樞紐或者二級樞紐的航線。但同時，從ACQI值上看，在2012年，一級樞紐機場ACQI值是二級樞紐機場的1.75倍左右，是三級樞紐機場的4倍，是非樞紐機場的25倍之多。

從圖1中也可以看到，2007年到2012年各級樞紐機場的連通性都是上升的，說明經濟危機對國內機場航線網絡整體的連通性并沒有產生決定性影響。在下文中將要分別對各級樞紐機場ACQI值從2007年到2012年的變化，來分析其連通性變化。

（2）一級樞紐機場連通性分析

圖2顯示了一級樞紐機場從2007年至2012年，ACQI值由517.20增長至719.25，平均增長率約為8%。2008年的國際金融危機沒有給中國大陸機場連通性造成影響，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造成的經濟下滑的風險，國家投入了4萬億用來刺激經濟。2011年相比2010年有小幅度降低，是由于一級樞紐機場到三、四級機場的通航城市和航班大量減少，使得大型樞紐機場連通性下降，2012年這些航班又恢復了，導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年機場ACQI值呈下降趨勢，與這6年整體趨勢相反，主要是因為上海兩場到三、四級機場的通航城市和航班大量減少。2007年至2012年，上海兩場到二、三級樞紐機場連通性增長較與一級樞紐機場連通性更加明顯，上海到二級樞紐和到三級樞紐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飽和，而其到其他區域樞紐和省會城市的航班頻次增長潛力較大。

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

（3）二級樞紐機場連通性分析

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

下面以烏魯木齊地窩鋪機場為例，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%。直達城市由2007年的18個省至2012年的22個，沒有顯著增加。但到一級樞紐和二級樞紐機場的航班頻次大幅上升，由21322架次每年上升至35927架次每年。烏魯木齊機場增加的ACQI值主要來自航班頻次的提升。

表4反映了二級樞紐機場到直達航班中的其他級別樞紐機場的ACQI值變化，和一次經停航班的ACQI值變化。具體來說，二級樞紐到一級樞紐的ACQI值從184.32增加到249.68，增長了35.46%；到三級樞紐機場的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樞紐的ACQI值要小很多；到非樞紐機場的ACQI值則波動較大，這與區域樞紐尤其是西部機場烏魯木齊、西安等區域內或相鄰區域間通達的小機場航線與航班不固定有關。而一級樞紐機場的一次經停航線ACQI值從2007年至2012年小幅增長4.2%，變化不顯著。這說明，二級樞紐機場連通性的增加，主要源于其與一級樞紐機場航班量的增加，中轉航班的連通性變化較小，說明二級樞紐機場區域樞紐的作用不明顯，與其功能定位不相匹配。

（4）三級樞紐機場連通性分析

如圖5，2007年至2012年，三級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、二級樞紐增幅小。由于高鐵的開通造成了中部機場1000公里半徑內的機場航班減少明顯，從而導致中部地區一些省會機場連通性下降。

這其中表現明顯的有中南地區的區域樞紐機場長沙黃花機場，如圖6是長沙黃花機場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，導致通往一級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反映了三級樞紐機場的ACQI值變化具體情況。其中，三級樞紐到一級樞紐的ACQI值從94.82到124.74，增加了31.55%；到二級樞紐機場的ACQI值由33.35到45.17，增加了35.44%；到非樞紐機場的ACQI值則經歷了一個急劇增加的過程（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%，這與省會城市新增加省內或相鄰省間的航線有關。一次經停航線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樞紐到非樞紐機場的ACQI值趕超的趨勢。這些說明，三級樞紐機場連通性的增加，主要源于其與一、二級樞紐機場連通性的增加，但是，三級樞紐機場與非樞紐機場連通性的迅速提升，說明省會城市機場的功能定位漸趨明晰，覆蓋范圍增加，滿足其省市經濟發展的廣度和深度的訴求，同時反映出支線航空近年來的迅猛發展。

（5）非樞紐機場連通性分析

如表6，非樞紐機場ACQI值大小是由其到一、二級樞紐是否通航及航班量的大小決定的。非樞紐機場與一、二級樞紐機場連通的ACQI值占到非樞紐機場總的ACQI值的90%以上。大部分非樞紐機場與一級樞紐連通，并且ACQI值主要由到一級樞紐的頻次組成。如新疆佳木斯機場，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場的航班量在這三年內由881增加至1330架次，2011年，該機場與北京不再通航，因此ACQI值在2011年減少為0.1。

4 結束語

文章運用The Airport Connectivity Quality Index （ACQI）方法計算2007年至2012年中國機場國內連通性的ACQI值，從宏觀上定量分類評估了國內機場航線網絡的合理性。國內機場在6年內，主要機場的ACQI值均有大幅提升，一級樞紐ACQI值的增加主要來自于其到二三級樞紐機場的航班頻次的增加，二級樞紐ACQI值的增加主要來自于其到一級樞紐機場的航班頻次的增加，三級樞紐和非樞紐機場ACQI值的增加主要來自于其到一級樞紐機場的航班頻次的增加。綜上所述，中國機場發展相對不平衡，一級樞紐發展較快，航班量增加明顯，二、三級樞紐和小機場之間連通性不好，航班量較少有待進一步發展。

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

參考文獻

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