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.     

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.     

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．     

一种新的机场地面容量评估模型

空中交通流量剧增,机场容量与空中交通需求的矛盾日益凸出,针对机场地面滑行网络,提出滑行飞机流优化算法,确定飞机经过指定滑行路径上各点的最优时间,避免航班冲突,减少航班延误,将该算法用于机场地面容量评估模型中的飞机流产生模块,结合计算机图形仿真技术开发了机场地面容量评估系统,利用成都双流国际机场的实际航班数据进行仿真计算,得到的容量评估结果验证了该评估模型的可行性和优越性。     

多跑道机场离场航班推出时刻的优化研究

针对繁忙机场场面拥挤造成的大量航班延误状况,作者研究了繁忙多跑道机场离场航班的推出时刻最优问题,以缓解机场场面拥挤,减少航班的地面等待时间和提高跑道利用率。根据飞机尾流间隔的要求以及跑道起飞容量的限制,本文建立了多跑道机场离场航班推出时刻模型,并针对机场小规模的离场航班流量,设计启发式算法,并用算例进行仿真验证。结果表明,与先到先服务的推出时刻策略相比,经该算法优化后的航班总地面等待时间减少了近41%,同时跑道利用率提高了30%。     

基于累积前景理论的机场群旅客出行决策行为分析

基于累积前景理论研究了机场群旅客出行决策行为.针对不同出行需求的旅客,综合计划延误时间、票价、出行在途时间“可靠性”和“不可靠性”动态设置出行决策参考点,并考虑航班容量限制因素,构建了旅客出行选择模型,并将实证调查数据分别与累积前景理论和期望效用理论仿真结果进行对比验证.研究表明：前景理论模型能够有效地描述机场群航空旅客的出行路径决策过程,旅客选择行为随着出行目的不同而不同;与期望效用理论模型比较,该模型对描述航空旅客决策行为具有更好的适应性.因此,机场应根据自身市场定位并结合旅客有限理性特点优化航班频率、票价和航线网络结构.     

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.     

延误航班机场场面滑行优化调度策略研究

为减少大面积航班延误带来的机场拥堵和安全隐患,提出了将解决延误航班调度过程转化为求解流水车间调度问题（flow-shop scheduling problems,FSP）.以航空器总体调度滑行时间最小为目标,建立延误航班滑行调度模型,设计多粒子群算法求解模型.算例分析表明,该调度模型较之比FCFS方案在一个高峰时段内能减少14.2min调度时间,提高了机场运行效率.     

机场调度的队列模型及延误研究

论文讨论了机场航班延误的严重性.基于机场航班排序理论的研究,采用马尔可夫(Markov)链的C-K方程理论建立机场服务队列模型.用模型对飞机进场和离场的时间延误进行预测,仿真实验再现了时间延误概率分布图.由此证明,该模型能直观反映航班延误情况.进一步根据延误情况去制定航班排序策略,是一个有效的办法.     

基于航班时刻优化的多机场地面等待问题——模型和算法

为了优化航班的多机场地面等待问题,根据航班时刻信息,考虑空域容量和飞机周转限制,建立了以总延误时间最少、总延误成本最低、总调整航班架次最少、总延误航班架次最少的多目标、多机场地面等待问题模型.用非支配分类遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)求出了该模型的优化多目标解集.以2008年秋季北京、上海和广州三大枢纽机场为例对该模型进行了验证,与先到先服务情况相比,平均总延误成本减少了约24%,平均总航班调整数减少了约62%.     

基于动态容量的航班进离场流量鲁棒优化分配

为解决机场和定位点动态容量条件下的航班进离场流量优化分配问题,以总航班延误损失为决策依据,建立了绝对鲁棒优化模型、偏差鲁棒优化模型和相对鲁棒优化模型,并用捕食搜索算法,设计了寻找鲁棒最优解的算法流程.以国内某机场数据为例进行仿真验证,结果表明,得到的鲁棒最优解能够根据不同偏好有效规避风险,与该终端区一般容量条件下最优解的航班延误损失相比,偏差鲁棒最优策略和相对鲁棒最优策略下的航班延误损失分别减少了8.2%和7.8%.     

机场停机位指派模型及算法

为探索中小型机场停机位指派问题有效合理的解决方法,以乘客最小行走距离为优化目标,建立了中小型机场停机位整数规划指派模型,利用改进的启发式算法进行了求解。该算法可以缩小搜索空间,在最坏情况下的计算复杂度是多项式的,优于CPLEX软件的指数级计算复杂度,具有更高的计算效率;与CPLEX结果相比,距离误差仅为5.2%,指派结果令人满意。     

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航班计划运行仿真是一个高效的、低成本的、高准确度的、动态的航班计划评估方法. 随着国内航空运输量的增加和航线网络的扩展,对航班计划的可行性和经济性提出了更高的要求. 本文以ServiceModel仿真软件为平台,构建了一个国内航班计划在航线网络层面运行的仿真模型. 仿真模型通过模拟航班在地面过站和天空飞行等运行过程（包括国内150个机场）,不但可以根据航班延误时间,缓冲时隙,轮挡时间,飞机利用率等参数评估任何一个国内航班计划,还可以在运行过程中为不正常航班恢复系统提供随机延误航班,并对恢复结果进行评估.     

航空联运时代物流中枢机场选择研究

经济全球化、电子商务、第三方物流等多种因素促使中国航空联运业务快速增长,正在重塑中国航空货运网络。首先从中国参与全球经贸一体化程度加深、城市群产业转型升级与布局优化、航空物流快速发展等方面对中国现阶段发展航空联运的必要性及趋势进行分析。然后建立模型对国际与国内物流中枢机场选择进行分析,显示郑州新郑、武汉天河两机场具备中枢机场建设条件。进而对两机场的现状基础及潜力进行深度考察,认为二者在建设国际与国内物流中枢机场方面各具优势,应当考虑错位发展。     

基于逆向重力模型的枢纽机场旅客吞吐量估计方法

为了利用航空OD客流数据精确估计机场旅客吞吐量,描述了全连通线性航线网络和枢纽辐射航线网络,根据枢纽机场之间的OD客流矩阵,建立了逆向重力模型标准代数算法和基于哈密顿图原理的简化代数算法,分析了在不同距离修正指数下,算法的拟合与估计精度。分析结果表明:简化代数算法与模型标准代数算法最优吞吐量回归直线的可决系数都为0.84,斜率分别为0.91和0.87,比较接近。可见算法的拟合效果优良,估计精度高,且简化代数算法需要的数据少,尤其适合大规模OD矩阵分析。     

基于链路预测的中小机场连接机制研究

以中小机场航线网络为研究对象，利用链路预测理论与评价方法，从网络外生属性与内生因素角度各自建立了4种预测接近性指标，比较各指标的预测效果，并进一步设计出3种耦合接近性预测算法，选取预测精度最好的算法预测中小机场未来新增航线，并对预测结果进行实际检验。结果显示，4种内生因素指标的预测精确度均高于除起降架次以外的外生属性指标，其中局部路径(Local Path，LP)指标的预测精确度最高，挖掘网络内部的结构信息更有利于预测网络连接情况，耦合算法的预测效果优于单个指标。基于耦合算法的预测结果与未来新增航线对比发现， 预测的中小机场航线在未来新增航线中占比高于1/3，预测航线主要集中在东部地区，多数中小 机场依然会选择中心城市连接，结果较为符合中小机场实际连接情况。     

跑道容量仿真模型分析

跑道容量是指在一定的运行条件下,跑道在特定时段内所能服务的起降飞机的最大架次数,对正确地估计跑道容量,减少机场延误有重要作用。在回顾以往的跑道容量计算模型的基础上,使用仿真软件建立单跑道机场的仿真模型,计算仪表飞行条件下单条跑道的容量和延误,并绘制出相应的容量一延误曲线。     

机场塔台管制仿真系统核心计算模块的建模及实现

本文主要研究了塔台仿真模拟机空中部分的核心计算模型,介绍了塔台仿真系统的主要结构,重点详细阐述了仿真计算核心的设计,仿真模型的建立,以及实现流程。同时,为了使系统更加灵活,程序可扩展性更强,能够满足复杂大型机场模拟需求,根据飞行阶段的特点和飞行机动形式,分别建立模型进行仿真计算,从而使模拟飞行更加真实。     

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.     

考虑多因素的不正常航班飞机计划恢复模型

为降低不正常航班给航空公司带来的负面影响,提出了一个以加权成本最小为目标的考虑 多个影响因素的不正常航班飞机计划恢复模型。模型目标函数考虑的因素包括航班延误与取消、飞机维护以及航班运行过程中与飞机和机场相关的各项改变,并且在约束条件中考虑了过站时间 等因素。针对所提出的模型设计遗传算法进行求解。基于大规模航班数据设计算例对模型和算法进行验证,研究结果表明：遗传算法适用于求解所提出的模型;通过对模型求解可以得到合理的 飞机计划恢复方案;除机场关闭之外,飞机维护任务、过站时间等因素对于航班的执行具有重要影响,因此在飞机计划恢复问题中应该考虑多方面的因素。算例结果证明了模型和算法的正确性 和有效性。