多机场区域内新机场选址问题解析.docx

第 1 章 绪 论1.1 研究背景2011年我国共有运输机场 180 个，定期航班航线2290 条，全行业完成旅客 运输量 2.93 亿人次［1］，机场建设及航线开发进程迅猛发展，民航服务社会能力显 著增强但与发达国家相比，我国民用机场的覆盖范围还十分稀疏目前，我国 的民用机场密度仅为0.19个/万km2［2］，而美国的机场密度为19.7个/万km2；加拿 大的机场密度为1.7个/万km2,就连印度的机场密度也达到了为1.16个/万km2o 因此，可以说我国机场的发展建设大大滞后，亟需加快机场基础设施建设，进一 步优化机场布局机场选址是机场建设的一项重要内容已有的枢纽机场、干线机场以及支线 机场等已经搭建形成了我国航空运输网络的骨架，有些城市或地区的航空出行需 求己由现存的多家机场服务，在此现实基础上进行的新机场选址与在没有机场服 务的区域内的选址有明显的不同，不仅要考虑新机场本身的建设费用、工程条件、 环境保护等要素，更要关注新机场和布设对周边其他机场以及区域航空服务水平 的影响然而，与前些年的港口建设一样，由于机场对地方经济发展、城市形象和地 位提升意义重大，因此地方政府非常热心于本地的机场建设，纷纷积极争取机场 的建设许可，并从各自行政区域的利益出发投资建设新机场。

这种行为虽然从政 府公务、高端需求的角度增强了城市与国家的政治、经济中心的联系，但却轻视 了普通居民日常的航空出行需求，更不考虑对周边机场的影响，可能导致有的机 场容量过于饱和，有的机场过于清闲，从而诱发不良竞争，并导致航线资源调配 不当因此，在多机场区域取新机场选址问题必须考虑机场竞争，关注区域航空 运输资源的整合优化，使其既满足旅客航空出行的需要，同时又有效提高区域航 空运输系统的通达性本文在此背景下展开对新机场选址问题的研究，在多机场区域中考虑机场竞 争和区域航空运输资源的优化整合进行科学选址1.2 研究目的和意义科学合理地规划与部署新机场是扩大航空服务的人口覆盖率，提高国民航空 出行便利性的重要途径，是实现民航业可持续发展的关键为促进城市或地区航 空服务水平的提高，促进我国民航快速可持续发展，并为我为科学合理的机场点 位布局提供参考，本文以多机场区域为对象，考虑机场间竞争以及航线资源整合， 进行机场选址研究，提出的方法具有较强的理念意义和实践意义在理论方面，本文从区域多机场系统的角度进一步丰富机场选址理论，并系 统性地解析机场的陆域和空域资源配置在机场选址决策问题中的重要性及影响 机理，为其他领域的设施选址研究提供理论参考和借鉴。

在实践方面，本文提供的理论框架和应用模型可为我国民航业进一步优化机 场布局、规划新机场和整合机场资源等决策提供可靠的理论依据及技术方法有 利于《国务院关于促进民航业发展的若干意见》，《中国民用航空发展第十二个 五年规划》等国家政策的科学实施根据我们的方法获得的新机场选址方案，不 仅有利于扩大区域航空服务的覆盖率，提高航空出行的便捷度，而且有利于区域 内的航线资源的优化整合，使合机场的航线优势互补，从而形成良性竞争的局面， 为科学部署综合运输体系提供有利的保障1.3 国内外研究综述1.3.1机场选址问题研究关于机场选址问题的研究，国外起源于上世纪70年代，国内开始于90年代 中期，随着航空业、数值计算和计算机技术的发展，研究成果不断涌现，总体上 可以划分为机场选址决策、机场选址单目标优化和多目标优化三个阶段起初，大量学者关注机场选址方案的决策方法，采用定性与定量相结合（以 定性为主）的方法进行新场址的选择，该类研究成为后续定量研究的基础理论， 但其主观性较强，不利于科学决策例如，Paelinck]将排名加权法用于荷兰机 场的随机选址问题中，首次提出静态的无容量限制的机场选址模型;Milan J et[4]l 将三种多准则决策分析模型（简答加权法、寻找近似最优解法和层次分析法）用 于新枢纽机场的选址问题中;孙志强[5]从工程建设角度对机场场址选择问题进行 论述，并建议采用评分优选法作为机场场址选择的定量优化方法;卢厚清等 [6] 基于主成份分析（PCA）方法，结合我国现行的机场规划设计技术规范建立机场 选址问题的综合评价指标体系，通过专家打分法对多个备选场址进行综合评价与 优选；李婷婷等［7］基于模糊多属性群决策方法，利用决策程序为先个别决策、然 后综合、最后加权的模糊折衷型群决策方法，通过比较各机场选址方案的综合效 用函数值得到最理想的机场场址；李明捷等［8］基于突变理论建立分层次的机场选 址评价指标体系，对机场选址的合理性及可持续发展进行评价，实例计算验证了 该方法的可行性、有效性和实用性。

上述研究都是将某种方法“移植”到解决机场 选址问题中，在有限的机场选址方案集内进行“静态”的分析及决策，定性决策多 于定量分析，这些成果为后续的机场选址优化模型的构建提供了分析的思路接着，机场选址布局研究进入单目标优化阶段例如，Saatcioglu 0［9 ］首次开 发用于解决有容量和需求双重限制的机场选址问题的数学规划模型，美中不足的 是该模型局限于单目标和单周期问题；PATRICK J et al［io］以总交通成本最小为目 标，研究轴辐式网络下枢纽机场的选址及其定线问题，进行不同的服务政策下网 络的构建及枢纽机场位置的确定，构建不同的整数线性规划模型：Andreas T et al ［ii］基于改进的混合整数线性规划算法解决容量约束下的单枢纽机场选址问题， 利用启发式算法进行模型求解：G. Hyman et al ［12］基于一种orbital-radial的网络 拓扑方法，以区域机场服务范围最大为目标进行机场场址优化研究： Mihiro S et al ［13］基于轴辐式航空网络研究枢纽机场的选择问题，将该问题归结为p-hub中心问 题，分别用分支界定算法和启发式算法进行求解；杨青等［14］以项目利益相关者 价值最大化为目标，在对首都第二机场四个可供选择的方案进行初步价值工程分 析和筛选的基础上，采用改进的模糊质量功能展开法评价了四个潜在的新机场选 址方案，得到了价值最优的场址方案；杨忠振 ［15］综合考虑供需双方利益，以区 域内航空出行总费用最小为目标，解决区域内航空旅客运输网络中新节点的布设 和相应的航线费率优化，并利用遗传算法与模型组互相反馈迭代的方法进行模型 求解；程小慷［16］根据布局和选址原则经验比选备选场址，以旅客集中、疏散的 费用与机场建设、经营费用之和最小为目标建立支线机场选址模型，优化确定经 济区域支线机场的最佳位置。

上述学者大都以总交通费用最小或总收益最大为单 一目标进行建模，缺少对选址过程中其他因素的定量分析，为多目标优化选址提 供发展空间近年来，关于机场选址问题的研究进一步复杂化，考虑因素更加全面，并逐 步向多目标优化模型方向发展例如，HOKEY M et alw］针对机场改扩建问题， 在一定的容量和预算约束下，以总费用最小、噪声污染最小、经济带动作用最强、 总交通可达性最高为目标，提出一个动态的多目标混合整数规划模型用于何时扩 建或何时何地改建机场的决策；Nicole A et al"］基于轴辐式航空网络，以区域旅 客的出行总距离最短、收益最大为目标建立整数线性规划模型优化航空枢纽布局 方案，评价各个枢纽布局方案的优劣；王姣娥等 ［19］提出了基于机场布局规划的 两阶段法第一阶段通过综合评分法确定以城镇为中心的机场备选方案集，第二 阶段以所有用户到机场的空间距离总费用最小和新建机场数尽可能少目标来优 化选址布局方案；江波等 ［20］在综合考虑机场建设成本、运营成本、旅客成本的 基础上，同时考虑了高铁给民航带来的巨大竞争和压力，建立了高铁竞争下的机 场选址双层离散优化模型，并进行算例验证戴福青等 ［21］考虑到枢纽机场建设 对航线网络的反作用，提出了对单枢纽机场位置和航线网络进行综合优化，以枢 纽机场建设成本、航线网线上的飞行成本与航线扩容总成本之和最小为目标，建 立基于空中交通均衡分配的成本最优的数学规划模型，并通过优化迭化算法求 解；Juan C M et al［22］考虑到机场选址带来机场间竞争、机场竞争又反作用于机场 选址的双向傅弈，以总费用最小为目标开发了一种兼顾枢纽机场选址和机场竞争 的两阶段动态博弈模型；曹学明等 ［23］等考虑宏观机场决策者与微观旅客的相互 作用，构建双层规划模型来描述多机场系统下的机场场址选择问题，以系统中各 机场容量协调并使系统收益最大化为目标，从备选机场集中确定新机场的位置。

上述学者们考虑了机场选址问题的复杂性，考虑因素更全面，提出的模型和方法 更科学实用然而，上述学者研究的大都是在无机场服务地区的新机场选址问题， 忽略了新机场建立带来的机场竞争以及对周边机场辐射范围、航线航班的影响综上可以看出，国内外的有关研究在处理机场选址问题时，考虑的因素更加 全面，逐少向多目标优化模型方面发展，在以总费用最小为目标外，又增加了噪 声污染最小、经济带动作用最强、总交通可达性最高、航线网络上的飞行成本与 航线扩容总成本之和最小等多个目标；然而，国内外学者关于机场选址的研究大 都是在无机场区域内优化最佳的机场场址，并不适用于多机场区域内的新机场选 址Juan C［22］和曹学明［23］等虽然关注了多机场系统下的机场竞争要素，但并没有 考虑区域航空资源配置问题因此，本文拟针对多机场区域的新机场选址问题建立多目标优化模型，在最 小化建设总费用外，突出多机场区域内的机场竞争和区域航空资源配置要素的影 响为此，我们需要进一步对有关选址的已有文献进行更加深入和广泛的回顾分 析，达到为我们的模型开发提供思路、奠定基础的目的1.3.2 选址相关问题研究多机场系统多机场系统下的机场选址问题有别于区域无机场状态下的新机场选址问题。

因此，我们首先对多机场系统的相关研究进行回顾国外学者关于区域多机场系统的研究相对成熟，且大都集中于多机场系统下 的各机场腹地划分以及旅客在多机场系统中的机场选择行为上例如,Marco K et al［24］通过改变机场的陆域可达性水平，研究区域机场间的竞争关系以及旅客对机 场选择行为的变化；Jun et al［25］建立基于机场-航线对的混合logit模型，研究多 机场系统下旅客（公务旅客和休闲旅客）的机场选择行为；Kurt F［26］运用GIS和空 间分析技术，从多机场系统角度对 Harrisburg 国际机场的腹地范围及所占市场份 额进行分析：ERWIN A.B et al ［27］研究了多机场系统中旅客机场选择行为，并认 为低成本航空运输对旅客的机场选择有明显影响；Stephane H et al［28］对San Francisco Bay 地区旅客的机场选择行为进行分析，发观休闲旅客对机票价格的敏 感度比公务旅客的大，且到达机场的便利程度影响旅客的机场选择； Becky P.Y［29］ 基于 SP 调查数据发观机票价格、到达机场的便利度、航班密度和航线数是影响 机场服务水平的重要因素。

可以看出，多机场系统下的机场腹地划分、旅客机场选择行为都是由区域机 场间的竞争引起的，如何考虑诱发竞争的要素，将机场竞争定量化运用到多机场 系统下的新机场选址模型中，是本文需要解决的难点机场竞争 有关机场竞争的研究，有的学者从航空公司角度研究航线资源的配置争夺， 有的学者从机场自身的区位优势分析竞争优势，有的学者从市场占有率角度来比 较机场的强弱杨秀云［30］从分布特征、吞吐量、产权和经营模式等对我国民用 机杨的空间分布竞争优势进行研究；张建森等［31］认为机场的自然垄断性有限， 机场竞争实质就是机场腹地市场的竞争；周慧艳等 ［32］从区域多机场系统航空资 源配置角度对机场间协调发展进行研究；黄佳等［33］利用 Lotka-Volterra 模型定量 分析了邻近机场直接的客流竞争变化和可能的均衡结果，求解出了竞争系统。