好文嚴選:全球航空網暗藏危機

2014-04-27 11:41

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全球航線出現脆弱的偏遠結構,應該出自於航空公司的生意考量。(取自網路)

全球航線出現脆弱的偏遠結構,應該出自於航空公司的生意考量。(取自網路)

坐飛機是很多人工作與生活的一部份,但最怕誤點,無奈地球環境愈為惡劣,影響飛機起降,誤點從幾小時到幾天並不少見,甚至癱瘓整個地區。2010 年 4 月冰島火山突然爆發,噴出的煙霧與灰塵蔓延西北歐洲大陸,波及 20 個國家 60% 的歐洲航班,一共停飛了五天,影響十萬旅客。根據世界民航組織,全球在 2011 年有 29 億人坐飛機工作與旅遊,要靠火山與天氣幫忙,或者是,航空線路是否可以調整,減少災害帶來的衝擊。

(圖片取 MIT 技術評論)

上圖是瑞士皇家技術學院 T. Verma 以及另外兩位學者所繪製全球航空路線圖,小點是飛機場,直線是連接兩個飛機場的航線,所以點越黑越大,代表飛機場對外的連接越多。這張圖包括全球 3,237 個飛機場,相互連接的 18,000 條航線,看上去以西歐與美國的空中交通最為頻繁。學者要研究哪一個機場或哪一段航線一旦因故停飛,對外擴散的災害會到什麼程度。

這聽起來是個數學問題,只是飛機場的位置與航線不是依照數學設計的,是因政治經濟的發展逐漸形成的,一旦關鍵點發生情況,可能連帶全球活動的停滯,甚至災難性的損失。所以學者們要從航線的拓普 (Topology)結構,與實際的運作情況做一比較。

學者們分析全球航空網路,大城市的核心機場,航線頻繁,如果有哪一個機場受阻,都有別的路徑可以繞道到達目的地。但除了核心機場,仍有眾多的邊陲航線網路,這些邊陲網路都是小型的,以中心轉接點機場呈星狀對外輻射,連接偏遠地區的機場,一旦轉接點受阻,整個偏遠地區就被可能被隔離。所以這些高危險被隔離的航線,就成為研究的重點。

全球這麼多機場,不可能每兩個機場的都有直飛航線,但都能轉接到達,平均的距離是 4 次轉接。當然這只是平均數,直飛的航線非常多,但距離最長的是 12,也就是地球上有兩個飛機場要轉機 12 次才能轉到。所以是飛機場的轉接是整體運作的核心,也是研究工作的第一步。

轉機的意思就是兩個機場不直飛,要從第三地轉接。從 A 到 B 是直飛航線,這條航線萬一因故受阻,通常都可以經過 C 的轉接,從 A 轉到 C、再從 C 轉到 B(A-->C-->B),來維持 A 與 B 的航線\,從整體航線來說,ACB 這個「三角形」是連接的重要元素。

在整體網路外圍有一些落單的機場,這些機場不與任何「三角形」連接,所以是最高的危險群,因為受到上游機場故障而停擺。把這些機場暫時從整體航線圖拿掉,再看次高的危險群,也就是僅與一個「三角形」、連接的機場(自己也是三角形成員之一),同樣從航線圖暫時拿掉,再看下一層的高危險群,也就是與兩個三角形連接的機場。

這樣依次抽絲剝繭,最後剩下 73 個機場,每個機場都與將近 400 個三角形連接,如倫敦希斯洛、杜拜、法蘭克福、芝加哥、洛杉磯等國際大機場。學者們這時發現一件有趣的事,就是把這 73 個大型國際機場從航線圖移除,其餘的機場仍有 90% 的航線連接暢通,所以現有航線的設計仍相當穩固。

但學者們立即發現了問題,就是許多邊陲地帶的機場,都成了那一區域的轉接中心,呈星狀向外輻射,而對外連接的都是落單的機場,不屬於任何三角形。所以一旦轉接中心出了問題,下游所有的落單機場停擺,也就是那一地區被航空隔離。

美國佛羅里達州 Tempa Bay 的聖彼得堡機場,就是那一地區的轉接中心,對外連接 24 個機場,每個機場僅有一個航班,是標準的單線連接,一旦聖彼得堡機場出了狀況,24 個機場全數停飛。又如安克拉治 (Anchorage) 是連接北美與亞洲的轉接點,但也是阿拉斯加州偏遠地區的轉中心,一旦出了狀況機場停用,北美與亞洲仍有替代航線,但阿拉斯加州的偏遠地區則全部被隔離。

全球航線在緊密連接之下卻出現了偏遠地區的脆弱結構,學者分析成因,應是航空公司的生意考量,航空公司希望縮短飛行時間,同時也要獲取最大利潤。兩點直飛時間最短,但僅適合人口眾多、經濟活動熱絡的城市,偏遠地區旅客人數少,僅能以星狀設計的轉接,來彌補旅客不足的低量營運。

學者們建議從新設計一個有彈性的整體航線,或許可以幫助航空公司獲取最大利潤,但重新設計需要進一步資料,包括每個機場當地的人口與經濟結構,航班的頻率,旅客的流量等詳細數據,然後發展出較好的模式,供航空公司調整航線,給旅客最大便利的同時,也同時獲得最大的營運利益。

在這以前,住在偏遠邊陲地方的人,只好祈禱附近沒有重大天災與氣候變化,免得上游的轉接機場停擺。(有興趣瞭解詳情的讀者可以參考這篇學術論文)。

*作者為專欄作家

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