多跑道机场停机位分配仿真模型及算法

基于传统滑行路径和停机位等待的理念, 建立了多跑道机场停机位分配仿真模型, 在满足场面运行安全约束的条件下, 寻求滑行时间最小的分配方案。通过多跑道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, 并对场面的实时运行状况进行了停机位分配的仿真模拟。仿真结果表明: 该算法与随机分配算法相比, 多跑道机场的地面容量提高了4.6%, 冲突探测与解脱的次数降低了10.7%, 最大延误减小了34.8%, 因此, 机场场面的运行效率得到提高, 所提算法有效。     

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。     

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.     

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．     

飞机和机组一体化恢复的约束规划模型

分析了飞机和机组运行计划的特点与异同,以最小化恢复总成本为目标函数,以飞机、航班、机组和机场的时空衔接、流平衡等为约束条件,建立了飞机和机组一体化恢复的约束规划模型.针对一体化恢复问题的特点和模型结构,利用混合集合规划方法设计搜索算法,并进行了实例验证.计算结果表明:对小规模问题,约束规划模型与分阶段恢复方法得到的结果一致,延误均为6 020 min;对中大规模问题,约束规划模型与分阶段恢复方法求得的延误分别为9 670 min和12 840 min,约束规划模型比分阶段恢复方法减少约24.69％的延误;分阶段恢复方法在约22.2％的情况下无法求得可行解.可见,约束规划模型可行.     

基于Memetic算法的机场停机位分配问题研究

通过对航空器使用停机位的特性分析,建立了一种停机位分配模型,并采用Memetic算法和贪婪算法分别对航空器停机位占用次序和占用时间进行了仿真模拟,最后以浦东机场实际数据为原型,通过与遗传算法比较,验证了Memetic算法在停机位分配应用中的可行性和高效性.     

基于飞机滑行油耗的枢纽机场机位分配研究

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.     

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。     

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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.     

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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。     

Airlines' Optimization Decision of Slot Allocation in CDM

With the rapid development of civil aviation in China, increasingly serious irregular flights problem arise wide attention. Though the air transport systems are composed of air transport control, airlines and airports, solving the irregular flight problem is still depend upon air transport control at present. The paper presents the method of airlines free-assignment between flight and slot with collaborative decision-making mechanism. A flight-slot assignment model is developed and an indexing heuristic arithmetic is designed. An empirical example proves that this method can reduce the total delay time and improve regular flight ratio. It also shows the importance of slot allocation decisions when the airlines is involved.     

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随着中国民航事业的快速发展,航班不正常变得越来越严重.虽然航空运输系统涉及空管、航空公司与机场三方面,但是目前解决不正常航班却单纯依靠空管.而这种方式无法达到减少不正常航班的目的.本文研究在协同决策机制下,航空公司自由指派航班时隙的方法问题.文中建立航班时隙指派模型,针对模型的特点设计了一种参数启发式算法。最后通过实例证明了采用本文的方法可以减少航班总延误时间并且提高航班正点率.通过该实例说明航空公司参与时隙分配决策的重要性.