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.     

平行跑道运行模式对终端区交通流特性的影响研究

为提升终端区空中交通运行效率,研究平行跑道运行模式对终端区交通流特性的影响.根据终端区空域结构特点、跑道运行规则,建立了终端区进场动态排序策略、进离场协调策略和航空器跟驰行为模型;选取国内某终端区标准进离场程序SID-STAR和双平行跑道构型,基于NetLogo仿真平台实现了终端区交通流运行仿真,对比分析了独立运行、相关运行和隔离运行典型跑道运行模式下终端区交通流特性参数的变化规律.结果表明:独立运行模式下终端区交通流运行效率较高但流量波动性较大,隔离运行模式下运行效率最低但最稳定;独立运行模式下终端区交通流的拥堵消散最快且延误最小,相关运行模式次之,隔离运行模式下终端区交通流的拥堵消散最慢且延误最大.     

多机场终端区微观交通流建模与仿真分析

为研究多机场终端区交通流微观时空特性与演变规律,考虑终端区内单股、汇聚和交叉交通流具有基于目标点运行的基本特征,依据先到先服务原则,利用刺激-反射跟驰理论,建立了空中交通流局域排序模型、跟驰模型和机动模型.在此基础上,采用多智能体仿真工具NetLogo,构建了多机场终端区交通流仿真平台,仿真分析了进场交通流特征参数之间的关系和灵敏性,以及进离场交通流之间的相互影响.研究结果表明:多机场终端区进场交通流存在明显的相变与迟滞特征,形成自由相、畅行相、伪拥塞相和同步拥塞相等基本相态;流量与速度密度乘积之间存在线性关系;管制间隔对交通流的影响较大且存在最优管制间隔,进场交叉点的最优管制间隔为8 km.      

基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模

针对航空器自主运行模式的空中交通运行态势评估问题，本文重构了基于分布式空中交通管理系统的空中交通复杂性评价方法，并仿真验证了该方法在航空器冲突探测和自主航迹规划中的应用。首先，基于自由航路空域和航空器自主运行模式定义了空中交通复杂性，在通过三维空域栅格模型量化航空器时空位置的基础上，构建复杂度计算模型以反映航空器位置、航向、 航速对空域各栅格的实时复杂性影响；其次，基于实际管制扇区(ZSSSAR01)及高度层，分别模拟自由航路与固定航路运行模式，对比两者空中交通复杂度时空分布差异；并结合自由航路运行模式，在空中交通复杂性与航空器冲突指标(冲突率、冲突比例)相关性分析的基础上，研究空域复杂度阈值确定方法；最后，初步探究基于空域复杂度阈值进行航空器自主航迹调整的方法，评估其运行效果。仿真实验结果表明：自由航路运行模式相对固定航路运行模式可显著降低空域最大复杂度值(平均降幅119%)；模型计算得到，空中交通复杂度与空域中航空器冲突指标有强相关性 (相关系数大于0.90)；基于复杂度和复杂度阈值的航迹调整策略具备一定可行性。     

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.     

基于跑道运行类别的航班优化排序方法

现有空中交通基础设施难以满足日益增长的空中交通运输需求,多跑道作为机场的瓶颈区域是造成机场拥挤和航班延误的重要原因。针对跑道起降特性以及实际运行机型引入多跑道运行类别的概念,以最小化航班延误成本为优化目标,根据问题的数学描述,建立了适用于相关运行模式下多种跑道构型的多跑道机场航班优化排序模型。结合动态规划及启发式算法基本理论,采用基于改进动态规划方法的滚动时间窗启发式算法对问题进行求解。实例验证分析了跑道运行类别、安全间隔、时间窗大小对航班延误的影响,并通过更为普遍的跑道系统进行实例验证,进一步分析了滚动时间窗启发式算法的计算性能,验证了建模思想对容量评估效果的影响以及所提模型和方法的有效性和可行性。     

基于蚁群算法的航班着陆排序

当空中交通拥挤时，对航班的着陆顺序进行的调整，可以缓解拥挤，减少航班延误，提高飞行安全性，本文将蚁群算法用于着陆航班的排序问题，首先，建立以航班延误总时间最小为目标的规划模型，将航班着陆排序问题转化为非对称的TSP问题；然后，用蚁群算法寻找符合实际操作的优化排列；最后，经过对某机场实际数据的仿真计算，并与实际运行相比较，本文应用的算法具有较好的有效性和较强的使用性。     

基于复合分派规则的进场航班排序方法

为解决航班延误问题,提出了基于复合分派规则的进场航班排序方法。基于机器调度理论,将最小化加权总延误为目标的进场航班排序问题等效为最小化加权总滞后的机器调度问题;考虑顺序决定的准备时间约束、提交时间约束与最后期限约束,构建了进场航班排序模型;引入加权最短加工时间因子、松弛因子、准备时间因子、提交时间因子与最后期限因子,提出了进场航班排序的复合分派规则,设计了进场航班排序的启发式算法;基于实际案例,对比了采用提出的排序方法、先到先服务规则与Lingo软件得到的进场加权总延误、总延误与最大延误。计算结果表明:提出的排序方法在30架次航班数值仿真中,加权总延误比先到先服务规则缩短了31min,延误航班数量减少了6架次;在以上海浦东机场北向运行为场景的实际案例验证中,基于排序方法的优化降落时间与Lingo软件的仿真结果相同,与实际降落时间相比,平均每架次航班提前了2.4min降落。     

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。     

基于FS-MOPSO的多机场终端区协同航班调度策略

针对多机场进场航班协同调度问题,以协同决策(collaborative decision making,CDM)理念为基础,在重点分析各航空公司之间排序公平性的基础上,提出了一种基于按时刻表分配(ration by schedule,RBS)公布顺序的离散化优化模型.该模型通过分析多机场终端区定位点和跑道双重约束,均衡各航空公司航班相对RBS次序位置变动数,实现了提高调度公平性、优化调度延误时间、减少航班改变位置架次的多目标优化.将模糊自修正多目标粒子群算法(FS-MOPSO)应用于模型进行求解计算,并对上海多机场终端区航班调度进行仿真模拟,结果表明:两机场的30架进场航班调度延误时间较传统先到先服务方案减少22.53%;各航空公司航班改变位置架次偏差值较单一以延误最优遗传算法仿真结果降低26.31%.     

基于对偶分解算法的空中交通流量管理研究

从国家空域系统角度出发,考虑因突发扰动导致部分空域容量受限的情况,以国家空域系统内所有航空器总延误最小为目标函数,建立一种基于多物流网络的空中交通流量管理模型,并采用对偶分解算法对模型求解.通过实例仿真验证此方法的实用性和有效性.     

基于多Agent的多机场终端区空中交通智能仿真系统设计

本文采用分布式人工智能Multi-Agent理论和方法,探讨多机场终端区空中交通运行的模式,以及航班、管制员与机场等多部门之间的协同工作模式。设计了多Agent的仿真系统模型,给出了航班Agent、管制员Agent和机场管制区Agent等关键智能Agent的具体设计模型,构建了基于多Agent的多机场终端区空中交通智能仿真系统的整体框架和运行体系。为复现多机场终端区实际运行状况,实现多机场终端区空中交通智能仿真奠定了基础。     

机场终端区容量利用和流量分配协同优化策略

为充分利用机场终端区系统容量,减少航班延误,协同优化进离场容量利用和流量分配策略．把进离场视为互相影响的两个过程,以机场终端区系统容量为约束,以进离场航班总延误损失最小为目标,建立了容量利用和流量分配优化模型．引入航班延误损失优先级系数作为航空公司协同决策的偏好信息．用遗传算法求解模型．算例结果表明,该策略在充分利用容量和使航班延误损失最少的同时兼顾了航空公司的利益;设计的遗传算法运行稳定．     

航站楼旅客离港流程仿真研究

为研究机场航站楼旅客的离港流程,提高机场的运行效率,减少延误并提高服务质量,根据对上海虹桥机场航站楼旅客离港流程的调查和旅客行为分析,用Service Model软件开发了该机场航站楼旅客离港流程的仿真系统．对典型日的航班数据的仿真分析发现,安检是旅客离港流程的瓶颈环节．提出了消除流程瓶颈的措施．优化后的安检效率提高了42％．     

大型机场进场航空器联合调度模型

为减少进场航空器总延误与总滑行时间,研究了大型机场进场航空器联合调度问题;分别以跑道排序时间跨度和总延误加权和最小、被分配至远机位航班数量最少、进场航空器总滑行时间最短为目标函数,构建了跑道、停机位、滑行道三大系统的正向联合调度模型;在此基础上引入停机位再调整模型,通过调整额外滑行时间较大的航空器的停机位指派方案对滑行...     

空域分类技术研究

空域是国家重要资源,是航空器的活动区域。对空域进行科学统筹管理,实现空域使用的效益最大化极为重要。空域分类是空域管理的重要组成,国际民航组织规定空中交通服务空域必须按要求进行分类和命名。本文通过研究国内外空域分类现状,对比分析中美两国空域分类和运行情况,总结了我国空域分类和规划的不足之处;在学习和借鉴航空业发达国家空域分类成功经验的基础上,概括了我国空域分类应考虑的主要因素,并参照国际民航组织和欧美等国的空域分类标准提出适合我国航空业发展的空域分类调整建议。     

确定性空域容量约束下的区域流量管理优化模型

为解决区域内空中交通拥挤问题,以最小化总权重延误和最小化区域外权重延误为优化目标,通过决策偏好参数关联两个优化目标,在确定性扇区容量约束的基础上,增加了流量尾随间隔限制约束和扇区最大允许延误时间约束,构建了满足区域性流量管理实际运行约束条件的基于时间计量的流量管理整数规划模型.选取中南区域的实际空域和航班计划数据,采用CPLEX优化软件求解模型.结果表明:目标函数中的决策偏好参数能调节两个优化目标;新增的约束条件能满足实际运行需求和保证策略的可实施性,即在实施生成的策略时不产生额外的管制员工作负荷.     

基于机场群的航班选择机场模型分析研究

为了解决枢纽机场因容量限制而产生的航班延误,引入了一种新的概念——机场群,就是地理位置接近的多个机场构成一个超级大的机场,进行航班的共同调度,并且结合地面交通,解决空中交通运输需求问题。本文针对机场群问题进行研究,给出了机场选择模型的数学描述,并结合模糊综合评判方法思想,设计了启发式算法。通过对现实机场情况的仿真,表明了模型的可用性,减少了跑道空闲状态。     

基于熵权法的平行跑道多模式进场效能分析

为了能准确有效地评估终端区进场航班的运行效能，从航班进场效率和机场终端区容量提升能力两方面入手，建立面向不同跑道运行模式、不同类型飞行程序的效能评价指标体，利用基于熵权法改进的TOPSIS综合评价模型对终端区进场航班进行效能评价。引入基于终端区管制负荷的进场效率指标用于评估航班的进场效能，并将其与传统效率指标做相关性分析，验证了该指标的合理性。最后以南京禄口机场为实例，利用AirTop软件分别对典型日航班做隔离运行、独立运行（传统ILS模式、基于RNP AR技术、基于PMS技术）仿真，对多种模式进行对比分析。实验结果表明，PMS技术模式下的进场效能最优，具有良好的进场效率和提升容量的能力。     

基于最小延误成本的进港航班公平排序

进港航班排序优化是提高航空公司的经济效益和空中交通流量管理的主要手段。作者在一定假设的条件下,以所有到达航班在机场终端总延误成本最小为目标函数,并在该函数中引进公平性惩罚因子,得到一个带有公平性惩罚因子的航班总延误成本最小进港排序模型。该模型用粒子群算法求解,作者给出了解法步骤。文中列出了两个实例。实例结果表明：在自然状况下,本文模型的总延迟成本显著地下降;与遗传算法的结果比较,两个方法都有效地降低了总延误成本,但是,本文方法的最大延迟顺序小于遗传算法的相应值,结果比较公平;此外,本文方法的计算量相对较小。