基于粒子群优化算法的机场群航班优化配置研究

针对我国机场群发展不平衡、航线同质化程度高等问题,建立了以航班准点率、航空公司市场份额、旅客损失时间和航班功能定位指标最大化的航班时刻优化模型,将一级国际枢纽机场运行效果差的航班分配至周边机场.笔者在满足机场群内各机场起降容量限制、航班唯一性和航班连续性的条件下,设计改进的粒子群优化算法进行求解.以长三角机场群的航班时刻资源为例进行实例验证.研究表明:模型能够有效调整枢纽机场的低效航班至周边机场,使得机场群内各机场航班分布较为均衡,有效控制各时段航班架次的变化趋势,优化效果显著.     

枢纽机场中转衔接性的评估与优化

为改善枢纽机场航班运行的准点率和衔接效率,在定义个别和总进港航班的中转衔接命中数基础上,构建了以中转衔接命中数最大化、时刻调整量最小化为目标,以无计划延误、跑道容量和走廊口容量为限制条件的双目标时刻规划调整模型。采用粒子群算法和线性规划两种算法进行求解,以大兴机场航班时刻表的调整实例来验证该模型和算法,并用数值模拟结合相关系数分析法分析了中转衔接命中数的影响因素。研究结果表明：该时刻调整方法能有效地消除因计划不合理而导致的延误,同时优化后的中转衔接命中数显著提高;为提高枢纽机场中转衔接性提供了理论基础,也为不同机场间的中转衔接性比较建立了基准。     

机场群运行方式下的航班时刻与频率优化模型

针对枢纽机场的拥堵问题,提出了机场群航班时刻与频率优化策略.应用运输需求管理理论,以旅客最小出行损失时间为目标函数,以旅客流失率与航空公司客座率为约束条件,建立了基于机场群运行方式的航班时刻与频率优化模型.根据机场群内5个机场的地面交通时间与枢纽机场的航班数量与平均延误的关系,将机场群内各个机场的旅客需求进行分类,采用k-means聚类算法,计算了航班时刻与频率、旅客出行损失时间、机型与数量分配方式.计算结果表明:在机场群运行方式下,旅客需求分为7类,满足全部旅客需求的航班数量为11个,旅客出行损失时间为123 403 min;在独立运行方式下,旅客需求分为8类,满足全部旅客需求的航班数量为13个,旅客出行损失时间为165343 min;在机场群运行方式下,采用遗传算法求得的满足全部旅客需求的航班数量为11个,旅客出行损失时间为126119 min.     

基于可达性指标的航空货运网络布局优化研究

以网络可达性和利用率最大为目标,建立货机班次分配与货物运输路径选择的多目标双层优化模型,针对我国基于审批方式为各航线分配航班的实际情况,通过调整货机班次优化航空货运网络布局.以20个机场组成的航空货运网络为例,设计NSGAII算法求解模型.结果表明:北京、上海、广州、深圳之间的航段将获得1/4的货机班次,他们是航空货运的枢纽机场;当决策者偏好网络可达性时,更多货机班次将被分配到大型机场间的航段上,当决策者偏好网络利用率时,货机班次在航段上的分配较均匀;随着货机班次在航段上由集中趋向分散,网络可达性降低而利用率提高;减少货机班次会降低网络可达性,增加货机班次会降低网络的利用率.     

CDM机制下基于多航站楼运行模式的机场停机位实时分配算法

将多航站楼资源共享和航空公司时隙可互换作为前提,建立多方（机场、航空公司和旅客）最小延误费用原则,采用混合集合规划（MSP）进行建模与求解.该模型不仅能保证多航站楼停机位资源的有效共享,而且能充分优化油耗成本以及航班波扰动引起的旅客中转等待成本.实例表明,文中所提出的指派算法能有效地解决多航站楼模式下的机位实时分配问题.     

考虑延误传播的枢纽机场航班时刻优化方法

为解决枢纽机场的航班时刻优化问题，提出了一种考虑延误传播的航班时刻优化方法；根据延误传播因果关系强弱来表征延误传播代价，建立了以最小延误传播代价和最大公平性的双目标函数；为了降低航班时刻存在的先天性延误和保证进离港航班的衔接性，引入了进离港点通行能力、常态化航路流量控制以及航班波特征等约束条件，构建了更加符合枢纽机场运行特征的优化模型；基于求解多目标函数的约束法，设计了两阶段求解算法，将多目标函数求解问题转化为单目标函数求解问题；以上海浦东国际机场为案例，从资源利用率和运行效率两方面进行了试验验证。研究结果表明：优化前4%的时刻属于跑道超负荷运行时刻，优化后不存在跑道超负荷运行时刻；优化前PIKAS和LAMEN大约有5%的时刻、NXD大约有2%的时刻处于超负荷运行，优化后没有进离港点超负荷运行；优化前离港航班平均延误为23 min,有超过50%的时刻延误大于10 min,优化后平均延误为3 min,超过60%的时刻延误小于5 min;优化前进港航班延误为28 min,优化后85%的时刻延误小于5 min;优化前后航班正常率分别为82%、99%,优化后航班正常率提升了17%。可见，优化后...     

机场停机位分配问题研究

机场停机位分配是机场地面作业中的一项核心任务,本文对机场停机位分配问题进行研究,为最大限度降低实时运行中航班延误对预分配方式的影响,以最小化停机位各空闲时间段的离差为目标函数建立数学模型。对于该问题,首先采用贪婪算法对不考虑航班机型-机位匹配约束的情形进行优化,并给出最优性证明;然后结合动态时间窗法对考虑机位-机型匹配约束的模型进行优化求解．最后用一个实际算例对算法进行了验证,并与其他优化算法进行了对比,检验本算法的最优性．     

多机场终端区进离场航班协同排序研究

为了缓解繁忙终端区日益严重的空域拥堵和航班延误现状,研究了多机场终端区进离场航班协同优化排序问题.通过深入分析多机场终端空域结构,以及进离场航班运行特征,综合考虑尾流间隔、移交间隔、放行间隔、多跑道不同运行模式下的运行间隔等约束限制,将多机场终端区视为一个系统,引入"外围航班流"概念,以最小化航班延误为优化目标,建立了多机场终端区进离场航班协同优化排序模型,并采用改进的模拟退火算法对所建模型求解.选取上海终端区为研究对象进行仿真验证,仿真结果表明:利用本文提出的优化方法航班总延误比先到先服务策略减少了37.85%,有效地提高了多机场终端区进离场航班的运行效率.     

基于多目标优化的航空器离场时隙控制方法

为了兼顾效率性和公平性,合理利用时隙资源,进行航空器离场时隙分配,根据机场管制运行部门和航空公司的决策目标,以航班正点率、旅客延误时间、延误成本、基尼系数等目标的不同组合为优化目标,建立了3组多目标优化模型.针对机场管制中航空器放行的应用背景,采用改进的人工鱼群算法求解模型.算例仿真结果表明:以航班延误成本和航班正点率为优化目标时,得到2个Pareto解集,与RBS(ration-by-schedule)分配算法相比,航班延误成本减少了52.9%和48.6%,航班正点率提高了62.5%和75.0%;以航班延误成本和旅客延误时间为优化目标时,得到1个可行解,与RBS分配算法相比,航班延误成本和旅客延误时间分别减少了52.9%和37.5%;以公平性和效率性为目标时,随着公平性的增强,效率性减弱.本文的多目标离场时隙控制方法,弥补了现有方法只考虑效率性的缺陷,为管制员提供了更多可供选择的决策方案.     

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停机位的合理指派是机场地面作业中的一项核心任务,对减少枢纽机场航班中转时间起着重要作用,但是停机位指派问题是NP难问题,模型和算法都比较复杂。建立了以旅客满意度为优化目标的数学模型,并设计了一种贪婪模拟退火算法（GSAA）,以求解枢纽机场的停机位指派问题。该算法首先根据贪婪算法FCFS准则使“丢失”的航班数最少得到模拟退火算法的初始解,然后运用经典模拟退火算法求解出最优指派结果。数值仿真证明了模型和算法的有效性。     

多类信息对机场出站乘客交通方式选择的影响

在机场设置可变信息板(Variable Message Signboard, VMS)提供站台排队时间、道路拥堵状 况和车内拥挤度等信息，引导乘客在原有决策的基础上做出最优交通方式选择。根据出行信息 获取的顺序将决策过程分为两阶段，第1阶段是在自身经验或手机导航信息条件下进行初始交通 方式选择，第2阶段考虑到VMS信息对乘客的影响，建立基于巢式Logit模型的乘客交通方式转 移模型，利用全概率公式将两阶段信息数据融合，得到乘客交通方式选择结果。通过数值模拟验 证模型的可用性。结果发现：将信息质量足够高的等车时间信息、道路拥堵时间和车内拥挤度信 息结合有利于提高公共交通利用率和系统运行效率，可使公共交通利用率提高3%，系统运行时 间减少13.8%；道路拥堵越严重，路上拥堵时间信息的提供对乘客的交通方式选择影响越大；交通 需求较小的情况下提供VMS信息有利于提高机场巴士利用率。     

机场航空器地面滑行时间优化研究

提出航空器地面滑行优化研究,目的是在保证地面飞行安全的前提下,通过生产资源的合理调度和优化配置,提高设施资源的利用率,从而提高经济效益.本文简单地阐述了机场系统功能区的组成,提出了将机场地面系统视为带节点和弧的机场网络图结构,并简要介绍了飞机滑行的基本规则和在这一过程中可能出现的三种滑行冲突.核心内容是建立了系统的飞机滑行路径优化模型.将飞机的安全间隔、滑行规则和这三类冲突避免作为约束条件,研究进、出港航班滑行路径的优化问题.并以天津滨海国际机场为例,利用实际航班时刻数据进行算例分析,把优化结果与实际滑行时间进行对比,验证了该模型的可行性和优越性.     

基于改进遗传算法的航班-登机口分配多目标优化

为提高现代机场的资源利用效率和乘客换乘体验, 研究了多目标航班-登机口分配问题; 在考虑航班类型约束、飞机机体类型约束和转场时间间隔约束的基础上, 以分配在固定登机口的航班数量最多、使用的固定登机口数量最少和乘客换乘紧张度最小为目标函数, 建立了航班-登机口分配的多目标非线性0-1整数规划模型, 并设计了一种改进型基因编码的遗传算法以提高求解效率; 基因个体采用两段式整数编码, 设计了该编码方式到可行解的映射流程, 同时从理论上证明该编码方式可以映射到最优解; 对两段基因编码分别设计了不同的交叉算子和变异算子, 避免产生非可行个体; 为验证算法的有效性, 基于某大规模机场的实际运营数据, 对比了改进型遗传算法与MATLAB内置遗传算法。计算结果表明: 采用改进型遗传算法使得安排在固定登机口的航班数目增大5%, 乘客换乘总紧张度减小3%, 乘客换乘平均紧张度减小32%, 占用的固定登机口数量相同, 安排在固定登机口的乘客数量增大20%, 算法运行时间减小8%, 说明改进型遗传算法性能更好, 可提高登机口的利用效率和乘客的换乘舒适度; 在改进型遗传算法的优化过程中, 航班数量目标和登机口数量目标在130次迭代时寻到最优解, 换乘紧张度目标在400次迭后基本收敛, 且最优结果对应的航班时序合理, 说明该算法的迭代收敛速度快, 优化结果合理。      

基于Agent的机场应急资源动态调配研究

针对机场应急救援中资源动态调配的特点,阐述了资源调配的理论模型;建立了基于多Agent的资源动态调配组织结构模型;在分析每一个Agent成员组所要完成的主要功能的基础上．论述了协同运作模型和协同步骤。最后通过编程仿真验证了该方法的正确性,令人满意。系统在一定程度上能够缩短救援开始时间,提高救援效率,减小人员伤亡和财产损失。     

基于旅客步行距离的停机位均衡优化指派建模

针对机场停机位指派问题,从旅客服务质量角度出发,以缩短机场旅客步行总距离和均衡各航空公司的旅客平均步行距离为目标,建立停机位指派优化模型.采用Lingo软件对国内某大型机场的停机位指派进行仿真验证.结果表明：旅客步行总距离会影响航空公司间公平性;与随机指派相比较,该模型能同时缩短旅客步行总距离和提高航空公司公平性.     

城市中心区停车资源优化模型

结合城市中心区的土地利用与功能布局,探讨了中心区内停车设施供应与需求的时间、空间不均衡关系。根据不同用地停车设施使用特征,建立了基于土地利用的动态停车泊位需求模型,描述了不同功能建筑物停车需求的时间变化规律。根据停车需求的差异性,提出了互补型用地功能区停车泊位优化整合方法,该方法在不增加停车泊位总量的情况下可提高单个泊位的使用效率,有利于缓解城市中心区停车资源紧张状况。     

基于多Agent的机场场面最优滑行路径算法

为了保障机场安全,提高机场运行效率,建立了依据进出港航班滑行时间最短为决策的多Agent模型,模型以多Agent技术为基础,融合了Dijkstra算法的最优路径选择和合同网协议的思想,形成了基于多Agent的滑行路径优化算法,并依据该算法进行了仿真分析.仿真结果表明:与指定航班优先级相比,使用基于多Agent的优化算法处理同优先级航班,总运行时间可减少15 s;基于多Agent的场面运行调整算法可以有效地把航班和机场上分布的滑行道、跑道、停机位等资源组织起来,智能地发现冲突、躲避冲突,达到全局滑行时间最短,因此,该算法可行.     

航空器推出决策的优化研究

航空器推出决策一直是机场场面管理的重要研究方向和研究难点．目前,航空器推出决策一般是基于航班飞行计划和地面管制员而给出的,基于航班飞行计划是一种被动型不灵活的手段,地面管制员是根据人工估计滑行道的航空器架次和起飞跑道容量,从而发出推出许可指令,这种做法造成了跑道和滑行道利用率的降低．文中提出一种基于场面监视系统的航空器推出决策优化方法;然后建立了航空器推出决策优化模型,并使用最有可能状态（MLS）启发式算法进行求解;最后对武汉天河国际机场的航空器推出决策优化进行仿真验证,结果表明,优化的航空器推出决策与传统方法相比跑道利用率最大可提高4．8％．     

基于时间阈值的旅客登机模型及动态登机策略

减少登机时间有利于提高旅客体验和航空公司运行效率，故优化基于旅客行为的登机策略尤为重要. 基于旅客登机过程中两个阶段的延时，建立考虑时间阈值的新登机模型；在干扰时间阈值分布的基础上，通过优化算法分配行李，从而使登机时间最小，进一步得到基于不同行李构成的动态旅客登机策略. 通过元胞自动机仿真和现场模拟实验比较动态登机策略的效率. 结果显示：新登机模型能准确反映登机过程，Steffen 次序具有最大的干扰时间阈值和优化空间；本文提出的动态登机策略可以缩短登机时间，使登机效率显著提高.