基于航班延误分布的机位鲁棒指派模型

为提高机位指派计划的稳定性与降低航班延误波及效应影响, 以广州白云国际机场历史航班数据为例, 构建了不同航空公司之间差异化的航班延误概率分布, 分析了航班延误分布对机位冲突概率的影响。以机位冲突概率最小为目标函数, 以机位与航班类型为约束条件, 建立了机位鲁棒指派模型, 设计了贪婪禁忌搜索算法, 使用实际航班数据进行实例验证。计算结果表明: 使用提出的机位鲁棒指派模型与贪婪禁忌搜索算法, 获得最优解需要的迭代次数为43, 计算时间为0.72 s, 总的机位冲突概率为2.737 1;使用提出的机位鲁棒指派模型与传统遗传算法, 获得最优解需要的迭代次数为72, 计算时间为35.00 s, 总的机位冲突概率为2.741 2;使用现有的机位闲置时间最大的确定型鲁棒指派方法与提出的贪婪禁忌搜索算法, 总的机位冲突概率为3.018 0。与现有的确定型鲁棒指派方法相比, 提出的机位鲁棒指派模型可使机位计划的鲁棒性提高9.31%。     

基于航班延误的机位冲突概率计算方法

为了定量描述航班随机延误对机位分配计划的影响,构建了同机位航班占用时间发生冲突的概率计算方法。首先,基于国内某机场实际航班数据,建立了航班到达延误概率的正态分布模型和起飞延误概率的混合正态分布模型,采用极大似然法和期望最大化（Expectation Maximization,EM） 算法分别对模型参数进行了估计;然后采用JB （Jarque-Bera） 检验和交叉验证法,验证了模型的有效性。在此基础上,根据机位占用冲突机理推导出同机位连续航班间的冲突概率计算公式,量化了同机位连续航班的冲突概率与两航班的延误规律和间隔时间的关系。冲突概率可用于评价机位分配计划中同机位连续航班间隔时间设置的合理性。     

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.     

基于延误油耗优化原则的停机位实时分配算法

停机位的实时动态调整在机场运行过程中具有重要的研究意义．文中研究了在航班发生延误时,通过合理的停机位调整,降低由于航班延误增加的滑行油耗,达到降低运营成本的目的．考虑了特殊性质航班,建立了以延误油耗最低和各航空公司相同机型所承担延误油耗均衡为目标的停机位实时分配模型,采用遗传算法进行求解．实例分析结果表明模型的正确性和算法的有效性,满足机场实际运行的要求．     

基于改进遗传算法的最小油耗机场飞行区布局优化

为降低机场飞行区的飞机燃油消耗,根据飞行区的结构特点,完成了改进遗传算法设计,并针对停机位分配和飞行区布局开展了优化研究。通过对飞行区跑道、滑行道、联络道及停机坪位置和停机位分布形式的分析,在考虑不同机型飞机油耗的基础上,建立了单跑道飞行区构型以及直线式停机位分布形式的飞行区油耗仿真模型,以飞行区油耗最低为优化目标,完成适应度函数设计;设计了一种实数编码和二进制编码混合编码方式,可兼顾停机位分配和飞行区结构参数的编码需求;完成混合编码基因到可行解的映射以及基因选择、交叉和变异的进化操作设计;采取惩罚函数的方法,减小进化过程中不可行解基因对可行解基因的影响;采用最优保存策略,以保证最优个体基因在进化操作过程中不被破坏,提高遗传算法优化的效率和准确度;为验证优化方法的有效性,对飞行区构型为一跑一滑和停机位分布形式为直线式的飞行区进行了优化。优化结果表明：经改进后的遗传算法可有效对飞行区参数进行优化,以实现飞机油耗最低的目的,优化收敛速度快、质量高。     

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.     

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15s;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。     

民航飞机起飞推力对油耗和排放的影响分析

起飞是飞行过程中一个非常重要的阶段。为研究起飞推力对油耗和排放的影响,基于多种数据,建立一种耦合的起飞油耗计算方法,以广州白云机场起飞的B738、A320、A321、B737为研究对象,比较不同方法的起飞油耗计算结果,分析推力对起飞油耗和排放的影响,并对比分析推力调整后起飞排放的变化情况。结果表明：本文方法计算结果准确性较高,与真实数据相比,4种机型起飞油耗平均相对差值分别为-2.32%、5.41%、2.31%和-3.80%;B738和B737随着推力的增加,起飞油耗先减少后增加,推力在77%和81%时,起飞油耗最低;A320随着起飞推力越大,起飞油耗越少;A321 随着推力越大,起飞油耗越多;采用推力调整后,广州白云机场 B738、B737、 A320、A321这4种机型的年起飞排放量累计可减少2499.3 t,减少率达6.4%;在各种排放物中,碳排放量减少最多,为2471.1 t,占总排放物的98.9%,减少率达6.5%。采用推力调整减少起飞油耗和排放对航空器节能减排有重要意义。     

繁忙机场机坪空间构型对航班离港滑行时间的影响

航班离港始于停机坪推出,经由滑行道滑行并止于跑道离地,因此机坪空间及其与跑滑系统构成的相对位置关系对航班离港滑行具有较大影响,滑行时间的预测精度对ACDM机制下航班推出时刻优化和跑滑系统效率提升具有重要作用。首先提出机位组概念表征机坪空间构型,据此设计场面实时动态航班流量、机位组无阻碍滑行时间和机位组空间影响指数等新特征变量,然后基于分类回归树构建预测模型,验证新特征引入对离港滑行时间的预测效果。以首都机场实际运行数据为例,预测结果表明：在保持较高拟合优度的同时,新引入的表征机坪构型及其与跑滑系统相对位置关系的特征变量提高了离港滑行时间预测模型精度,预测与实际误差值在3 min和5 min内的航班数量分别提高了4.88%和6.46%,每高峰小时可为首都机场减少约2~3个起飞时隙的浪费;新特征变量对离港滑行时间预测精度的整体贡献较大,且场面整体流量特征变量的贡献超过单一跑道流量,进港航班相关特征变量的贡献超过离港航班。     

基于理想滑行路径的机场滑行道调度策略模型

针对各大型机场容量不足导致地面滑行延误日益严重的难题,结合空中交通管制与机场地面滑行基本规则,提出了一种新的调度策略,将停机位或跑道入口无限时等待时间分散到滑行过程中的各个结点,并建立了求解该问题的混合整数规划模型.此外,将最短路与理想路径进行区分,采用Floyd算法为每架飞机提供多条无障碍的理想路径.通过某大型机场的...     

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机位的高效、合理安排是机场地面作业中的一项重要任务,也是机场运行组织的重要组成部分. 本文在考虑跑道使用方向的基础上,研究如何利用优化机位分配来减少飞机滑行距离,从而达到降低滑行油耗的目的. 通过对首都国际机场滑行油耗分析,本文建立了机位分配混合整数规划模型,利用现代优化算法——禁忌搜索算法对该问题进行求解, 并用实例验证了模型和算法的有效性. 实证分析结果具有一定的理论价值和实际意义.     

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停机位指派是机场运营管理的关键活动之一,合理高效的停机位指派,除有利于提高机场运行效率和旅客满意率水平之外,对降低航空公司地面运行成本也有重要意义. 本文从航空公司、机场及旅客三者综合效能最大化角度出发,以飞机地面滑行距离、机场停机位空闲时间及旅客步行距离总成本最小为目标函数,构建机场停机位指派模型,设计了指派模型的贪婪禁忌搜索算法. 该算法首先采用贪婪算法产生一个初始指派方案,然后采用禁忌搜索算法在初始指派方案的基础上进行逐步优化. 算例研究验证了模型的正确性和算法的有效性,该模型和算法可满足国内大型机场停机位指派实际运作需要.     

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针对国内机场目前基本依据经验分配停机位的情况,基于传统滑行路径的理念,建立了降低旅客进出机场飞行区时间的停机位分配模型.在满足场面运行安全约束及可接受延误水平下,寻求时间最小的分配方案.通过机场的地面网络数据、运行模式以及航班计划等信息,利用计算机仿真对模型进行了算法设计,并利用MATLAB编程进行了计算,与机场地面容量评估系统（ACES）中的停机位随机分配模型进行了对比.结果显示：与随机分配模型相比,旅客飞行区平均停留时间减少9.7%,机场地面容量提高5.7%,冲突次数和延误时间分别降低9.4%、6.4%.因此,机场运行效率与资源配置情况得到改善,所提模型与算法有效.     

场面航空器滑行时空协同优化模型

引入双层规划方法, 研究了场面航空器在滑行道系统中的滑行调度问题; 考虑了成本与冲突对场面航空器运行效率和安全的影响, 以航空器推出延迟时间与滑行路径作为决策变量, 以航空器在滑行道系统中滑行过程无冲突与场面航空器的总滑行距离最短为目标函数, 构建了场面航空器滑行时空协同优化模型; 针对航空器滑行道调度问题的特点, 设计了适用于航空器滑行时空协同优化模型的双层规划算法, 以降低场面航空器滑行距离和等待时间; 为了验证航空器滑行时空协同优化模型及算法的有效性, 对比了先到先服务调度方案的计算结果, 分析了滑行等待时间与滑行距离对场面航空器运行效率的影响。研究结果表明: 场面航空器滑行时空协同优化模型与先到先服务的航空器调度方案相比, 保证了航空器滑行过程无冲突, 将16架次航空器的总滑行距离从40 690 m降至37 700 m, 降低了8%;航空器平均运行时间为254 s, 提升了滑行道系统的整体运行效率; 在复制组数为100与变异概率为0.4的条件下, 采用场面航空器滑行时空协同优化模型能够在412 s内获得最优解, 求解效率与收敛性显著。可见, 采用场面航空器时空协同优化模型在保障航空器滑行安全的前提下, 能有效提高场面航空器滑行调度效率, 降低航空器运行成本, 能够为繁忙机场滑行道调度提供决策支持。     

面向航班延误的停机位实时指派优化模型

为解决航班延误造成机场停机位占用冲突问题,在对延误等级进行划分的基础上,以最小化机坪冲突概率,旅客变更登机口步行距离和指派至远机位的旅客数为目标,构建停机位实时指派的多目标优化模型,设计带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解.利用我国某大型机场的实际运行数据进行仿真验证.结果表明：在机位占用冲突得到成功化解的基础上,旅客变更登机口的平均步行距离减至102.9 m,指派至远机位的旅客数减至0人;所提出的停机位实时指派模型在保证机坪安全运行的前提下,能有效优化旅客乘机体验,提升机坪运行效率,为繁忙机场停机位资源调度提供决策支持.     

面向航班延误的停机位实时指派优化模型

为解决航班延误造成机场停机位占用冲突问题,在对延误等级进行划分的基础上,以最小化机坪冲突概率,旅客变更登机口步行距离和指派至远机位的旅客数为目标,构建停机位实时指派的多目标优化模型,设计带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解.利用我国某大型机场的实际运行数据进行仿真验证.结果表明：在机位占用冲突得到成功化解的基础上,旅客变更登机口的平均步行距离减至102.9 m,指派至远机位的旅客数减至0人;所提出的停机位实时指派模型在保证机坪安全运行的前提下,能有效优化旅客乘机体验,提升机坪运行效率,为繁忙机场停机位资源调度提供决策支持.     

面向层次资质的机场外航服务人员排班研究

机场外航服务人员排班是机场智能调度系统的重要组成.针对目前我国机场外航服务人员排班主要采用人工方式,排班效率低下,员工工作时间均衡性不高,且难以满足多种类约束这一现状,本文充分考虑员工对任务具有层次资质及各类劳动法规约束,以均衡员工工作时间为优化目标,提出了面向层次资质的机场外航服务人员排班模型,并设计了基于禁忌搜索算法的模型求解策略.在首都机场外航服务部实际数据集上进行实验,验证结果表明,相比较于现有人工排班方案,利用本文模型得到的排班方案能满足所有排班约束条件,且在员工工作时间均衡性上有显著提高.     

考虑运营费用和线性化树形改编策略的货物列车开行方案研究

国外货物列车开行方案的制定通常以车流和车列的综合费用最小为目标,而我国大多以车流的集结和改编车小时消耗最小为目标,很少考虑每个车列的运营费用,造成理论开行费用偏小,其方案未必最优.此外,我国现有开行方案模型将车流树形改编策略递归表示,不利于对不可行流的处理.鉴于此,本文对现有模型进行改造,在总目标中增加车列运营费用;在约束中引入新的决策变量,实现线性化的车流树形改编策略.设计并行禁忌搜索算法实现对模型的求解.结果表明,单位列车运营费用中的固定费用对开行方案有着重要的影响,其费用越高,总开行列数越少,列车平均运距越长,但总改编车流量增加;线性化的改编策略直观展现车流的改编路径,便于对不可行流的运输方案进行调整.     

基于禁忌搜索的动态车辆路径问题研究

在对动态车辆路径问题进行描述的基础上,分析了求解动态车辆路径问题的主要策略.通过将计划周期分片,将动态车辆路径问题转换为一系列的静态子问题,对静态子问题采用禁忌搜索算法进行求解.采用该算法对9个算例进行了测试,与文献中其他算法的计算结果相比较,有3个问题得到了最好解,7个问题得到了最好平均解,表明了算法的有效性.